2. Ngày hoàn thành đồ ỏn: / /20
2.2.5. Kỹ thuật MPLS để truyền dẫn IP trờn quang
2.2.5.1. Chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS
MPLS là cơ chế truyền tải dữ liệu dạng chuyển gúi (packet-switched). Trong mụ hỡnh OSI, MPLS cú thể xem như nằm giữa lớp 2 và lớp 3...Vỡ vậy MPLS cú thể được xem như là giao thức thuộc lớp 2.5. MPLS được thiết kế để thống nhất cỏc loại dịch vụ chuyển tải dữ liệu cho cả mạng chuyển gúi và chuyển mạch, hỗ trợ cả IP, ATM, SONET, Ethernet...Do đú sử dụng MPLS sẽ tiết kiệm được chi phớ rất nhiều.
MPLS hoạt động dựa vào một header được chốn giữa 2 header của lớp 2 và lớp 3 trong mụ hỡnh OSI gọi là label stack. Một layer stack gồm cỏc thành phần sau:
-20 bit xỏc định nhón (label).
-3 bit xỏc định ưu tiờn chất lượng dich vụ (QoS).
-1 bit bottom xỏc định header này cú phải là header cuối (trước header IP) hay chưa, trong trường hợp sử dụng nhiều stack khi truyền qua nhiều mạng.
-8 bit xỏc định thời gian sống của gúi tin MPLS (TTL).
Tiờu đề lớp liờn kết MPLS Tiờu đề lớp mạng Dữ liệu và cỏc tiờu đề cỏc lớp khỏc Nhón Bit EXP BS TTL Hỡnh 2.17: Định dạng MPLS
Nhón xỏc định gúi tin thuộc loại ứng dụng nào, từ đú xỏc định mức độ ưu tiờn của gúi khi được truyền qua mạng.
32 bit
Để xõy dựng một mạng MPLS, cỏc thiết bị cơ bản nhất cần sử dụng là LER (Label Edge Router) và LSR (Label Switch Router).
Ở đầu vào, Label Edge Router sẽ kiểm tra gúi tin được đưa tới và quyết định cú đỏnh nhón gúi tin hay khụng. Việc đỏnh nhón sẽ dựa vào một cơ sở dữ liệu đặc biệt được lưu trong LER. Sau đú, một header MPLS sẽ được chốn vào. Gúi dữ liệu được chuyển đi.
Gúi dữ liệu truyền đi sẽ lần lượt đi qua cỏc LSR, cỏc LSR sẽ khụng thờm vào hay bớt đi nhón nào, nú chỉ thay đổi cỏc nhón và chuyển gúi tin đến LSR tiếp theo, cỏc LSR xỏc định việc đổi nhón hay LSR tiếp theo dựa vào một bản dữ liệu trong router. Nếu dữ liệu khụng chứa nhón nào, nú sẽ hoạt động như một router bỡnh thường. Do vậy, cỏc đường dẫn sẽ được thiết lập giữa cỏc LER và LSR. Những đường dẫn này được gọi là Label switch paths (LSPs). Cỏc đường dẫn này cú cỏc đặc tớnh khỏc nhau mà dựa vào đú, ta cú thể xỏc định được mức tải cao nhất trong mạng, xỏc suất cỏc gúi tin bị hỏng...
Ở đầu ra, LER sẽ tỏch header MPLS ra và gúi dữ liệu sẽ được truyền đi một cỏch bỡnh thường. Ngoài ra MPLS cho phộp xỏc định chế độ ưu tiờn cho dữ liệu, thuật ngữ mạng là FEC (Forward Equivalence Class). Thực chất, việc xỏc định mức độ ưu tiờn cho dữ liệu là rất quan trọng. Do cú những dữ liệu quan trọng cần chất lượng mạng cao hơn. MPLS cho phộp chọn mức độ ưu tiờn để cung cấp chất lượng mạng hỗrp lý cho cỏc loại dữ liệu này. Việc xỏc định mức độ ưu tiờn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giao thức truyền, cổng dịch vụ sau đú, dựa vào mức độ FEC của gúi thụng tin đó được đỏnh nhón mà cỏc loại đường truyền khỏc nhau cú thể được thực hiện.
MPLS trong vai trũ cụng nghệ đường trục phải được cung cấp dịch vụ thớch hợp cho lưu lượng mạng bao gồm bảo vệ lưu lượng mang trờn LSP. Chuyển mạch bảo vệ MPLS liờn quan đến khả năng lớp MPLS khụi phục nhanh chúng và hoàn toàn lưu lượng trước những thay đổi trạng thỏi của lớp MPLS. Thời gian bảo vệ lớp MPLS phải so sỏnh được với thời gian bảo vệ của lúp SDH.
Cỏc khả năng cơ bản của MPLS được:
- Hỗ trợ liờn kết điểm-điểm và multicast.
- Phõn cấp định tuyến, hợp nhất vc và tăng cường khả năng mở rộng.
- Định tuyến hiện.
- Hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng và giao thức lớp liờn kết đồng thời.
- Cung cấp khả năng điều khiển lưu lượng và QoS.
- Hỗ trợ truy nhập mỏy chủ và VPN.
Cỏc ưu điểm của MPLS:
- Khả năng tớch họp cỏc chức năng định tuyến, đỏnh địa chỉ, điều khiển v.v... trong MPLS trỏnh được sự phức tạp trong NHRP, MPoA, IPoA
- Khả năng mở rộng đơn giản.
- Tăng chất lượng mạng, cú thể triển khai cỏc chức năng định tuyến mà cỏc cụng nghệ trước khụng thể thực hiện được như định tuyến hiện (explicit routing), điều khiển lặp V.V..
- Tớch hợp giữa IP và ATM cho phộp tận dụng toàn bộ cỏc thiết bị hiện tại trờn mạng.
- Tỏch biệt đơn vị điều khiển với đơn vị chuyển mạch cho phộp MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN. Việc bổ sung cỏc chức năng mới sau khi triển khai mạng MPLS chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển.
Cỏc nhược điểm của MPLS:
- Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phỳc tạp trong kết nối.
- Khú hỗ trợ QoS xuyờn suốt.
- Hợp nhất vc cần phải được nghiờn cứu sõu hơn để giải quyết vấn đề chốn gúi tin khi trung nhón (interleave).
2.2.5.2. MPLS trong mạng quang
Yờu cầu cơ bản trong mạng MPLS khi chuyển tiếp thụng tin qua mạng là xỏc định đường chuyển mạch nhón giữa LSR biờn vào đến LSR biờn ra của mạng. Việc trao đổi nhón và thiết lập LSP do cỏc giao thức phõn phối nhón thực hiện.
Tầng kờnh quang cung cấp cỏc kết nối quang end- to- end giữa cỏc điểm truy nhập. Trong mạng dữ liệu, cỏc chức năng chủ chốt đều được thực hiện bởi mặt điều
khiển kỹ thuật lưu lượng MPLS. Tương tự, tầng kờnh quang cũng cú cỏc chức năng sau: định tuyến, giỏm sỏt, chuyển mạch bảo vệ và phục hồi kờnh quang.
Trong MPLS nhón được gỏn cho gúi tin và cỏc LSR dựa vào thụng tin nhón đớnh kốm với gúi tin và thụng tin duy trỡ tại mỗi nỳt làm cơ sở để thực hiện việc chuyển tiếp gúi tin đến nỳt tiếp theo. Nhưng cần lưu ý rằng nhón được đớnh kốm gúi tin khụng cung cấp thụng tin liờn quan đến băng thụng và chất lượng dịch vụ của luồng dữ liệu dựng để chuyển tiếp gúi tin. Cỏc giao thức phõn phối nhón hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng được sử dụng như CR-LDP, RSVP kết hợp việc phõn phối nhón với chất lượng dịch vụ và thỏa thuận băng thụng được sử dụng. Cỏc giao thức khỏc như LDP khụng hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng chỉ sử dụng cho việc lan truyền nhón và thiết lập LSP.
Cựng với một vài thành phần tớn hiệu analog giữa mạng MPLS TE và mạng truyền tải quang OTN sử dụng cỏc OXC. Vớ dụ, LSR và OXC sử dụng cựng một kiểu định hướng: chuyển mạch đơn vị thụng tin từ cổng vào đến cổng ra. LSR thực hiện chuyển mạch dựa trờn nhón gắn kốm theo mỗi gúi tin, cũn OXC thực hiện chuyển mạch dựa trờn số thứ tự của cổng hay bước súng. Một điểm tương tự khỏc: LSP và LSP - quang là cỏc kết nối điểm - điểm khụng trực tiếp, được thiết lập thụng qua một đường giữa hai nỳt (LSR hoặc OXC đó sắp đặt trước). Những điểm tương đồng này cho thấy MPLS là lựa chọn đỳng đắn để thiết kế một mặt điều khiển cú thể hoạt động liờn kết mở nhằm thực hiện hợp nhất mạng quang và IP. MPλS là khỏi niệm được sử dụng để mở rộng MPLS TE trờn quang.
Số kết nối kiểu LSP riờng biệt truyền qua mạng MPLS - OXC cú thể bị hạn chế bởi khụng gian nhón. Trong trường hợp này, khụng gian nhón liờn quan đến cú bao nhiờu bước súng cú thể ghộp vào một sợi quang. Cụng nghệ DWDM hiện tại cho phộp khoảng 200 bước súng. Thậm chớ, với sợi quang đa mode và cú biến đổi bước súng thỡ cú thể cú 220 nhón (khả dụng) được dựng trờn cỏc IP router (nhón 4 byte, trong mỗi gúi cú trường nhón 20bit). Vỡ thế, nú rất hữu hiệu trong việc tập hợp ghộp cỏc LSP vào một LSP - quang lớn hơn để khắc phục sự hạn chế tài nguyờn và sự bựng nổ lưu lượng. Điều này, cú thể thỳc đẩy sự phỏt triển của một vài loại LSP quang cú dung lượng rất cao.
Khắc phục hạn chế tài nguyờn cú thể thực hiện được bằng cỏch sử dụng cỏc cơ chế của MPλS để tạo một LSP-quang giữa IP router đầu vào và IP router đầu ra.
LSP-quang này định dạng một liờn kết FA, và cỏc router định tuyến động sẽ lưu trữ liờn kết này trong cơ sở dữ liệu về cấu hỡnh mạng của tất cả cỏc IP router quang hay phi quang. Bất kỳ một IP router nào trờn mạng (thậm chớ nú khụng được nối trực tiếp đến mạng MPLS-OXC) đều cần chỳ ý đến liờn kết FA này trong tớnh toỏn đường truyền của nú khi một LSP-setup đầu tiờn được yờu cầu.
Khi LSP đi qua liờn kết FA, router IP ở đầu vào của FA sử dụng thủ tục ngăn xếp- nhón với mục đớch che lấp cỏc LSP nhỏ hơn bờn trong liờn kết FA lớn hơn để truyền qua mạng MPLS-OXC. Trong tài liệu này, ngăn xếp-nhón nghĩa là router đầu vào của FA cú thể đỏnh nhón gúi trực tiếp từ nhiều LSP nhỏ hơn xuyờn qua một LSP-quang đơn lớn hơn. LSP-quang này cũn gọi là liờn kết FA. Ngoài ra, để sử dụng hiệu quả nhất nguồn tài nguyờn LSP sẵn cú, cỏc nhà cung cấp cũn đưa ra cỏc quy định cho phộp hay khụng một router nào đú sử dụng liờn kết này.
2.2.5.3. Mạng IP/MPLS định tuyến theo bước súng
Sự phỏt triển nền tảng MPLS đó mở ra nhiều chiến lược tớch hợp cho cỏc mạng vận chuyển IP và cỏc lớp liờn kết. Đặc tớnh tổng quỏt của kiến trỳc này làm cho nú cú thể ứng dụng như cơ sở cung cấp nền tảng cơ bản cho rất nhiều cụng nghệ mạng dữ liệu. Vớ dụ, MPLS ứng dụng trong cỏc cụng nghệ liờn kết lớp (ATM, frame relay…) mặc dự khụng thể mụ tả hoặc xử lý cỏc gúi tin IP nhưng nú cú thể thực hiện một số cỏc hoạt động xử lý nhón. Hiện nay, chuyển mạch lamda đa giao thức (MPλS) đó coi cỏc kết nối chộo quang (cỏc bộ định tuyến bước súng) như là cỏc LSR và cỏc bước súng như cỏc nhón để cung cấp cỏc đường dẫn định tuyến dựa bước súng.
Chuyển mạch lamda đa giao thức được sử dụng để thiết lập cỏc quang tuyến giữa cổng vào (ingress) và một bộ định tuyến IP cổng ra (egress). Với MPLS, mụt OXC cung cấp cỏc quang tuyến bằng cỏch thiết lập mối quan hệ giữa cổng vào cựng bước súng vào và cổng ra cựng bước súng ra. Cỏc gúi tin IP được chuyển tiếp bởi cỏc bộ định tuyến thụng thường cho đến khi nú đến được một bộ định tuyến trục chớnh cổng vào. Dựa vào địa chỉ đớch của cỏc gúi tin này mà chỳng được bộ định tuyến IP cổng vào gửi đi trờn một bước súng phự hợp tới bộ định tuyến đầu ra qua mạng trục chớnh toàn quang bao gồm cỏc OXC. Từ bộ định tuyến IP lối ra, cỏc gúi tin IP tiếp tục được cỏc bộ định tuyến thụng thường chuyển tiếp cho đến khi nú đến được địa chỉ đớch. Cỏc khỏi niệm của chuyển mạch nhón đa giao thức cú thể được mở rộng cho mạng vận chuyển quang (gọi là MPLambdaS). Với MPLambdaS, ý tưởng cơ bản là sử dụng cỏc kờnh bước súng như là cỏc nhón và thiết lập cỏc tuyến đường phự hợp trong mạng.
2.2.5.4. GMPLS cho mảng điều khiển quang tớch hợp với cụng nghệ IP
Dựa trờn ý tưởng của cụng nghệ chuyển mạch nhón (MPLS) người ta tiếp tục phỏt triển nú hướng tới một cụng nghệ hoàn thiện, trong đú kết hợp với việc quản lý và phõn bổ tài nguyờn của lớp mạng quang, đú là cụng nghệ GMPLS. Tuy nhiờn khỏc với MPLS gồm cả mảng số liệu và điều khiển, GMPLS chỉ thuần tuý là mảng điều khiển.
Ngoài cỏc kiểu chuyển mạch được sử dụng trong MPLS, GMPLS cũn hỗ trợ thờm nhiều kiểu chuyển mạch khỏc. Phụ thuộc vào cụng nghệ sử dụng mà cỏc kờnh được thiết lập cú thể mang những tờn khỏc nhau như: kờnh SDH, kờnh quang..., trong ngữ cảnh GMPLS cỏc kờnh được tham chiếu dưới một tờn chung là đường chuyển mạch nhón LSP. Mỗi LSP được thiết lập phải bắt đầu và kết thỳc trờn cỏc giao diện cựng loại. GMPLS mở rộng khỏi niệm LSP trong MPLS, hỗ trợ thiết lập nhiều loại đường chuyển mạch khỏc nhau với cấu trỳc phõn cấp sử dụng chế độ đường hầm. Chế độ đường hầm được hiểu đơn giản là ‘LSP trong LSP’ cho phộp cỏc đường LSP cựng kiểu hoặc cỏc LSP khỏc kiểu cú thể lồng vào nhau. Cỏc giao thức tớn hiệu mở rộng CR-LDP, RSVP-TE điểu khiển để thiết lập và bảo vệ đường chuyển mạch nhón. Hỡnh minh họa bờn dưới thể hiện cấu trỳc phõn cấp và cỏc loại LSP trong GMPLS.
GMPLS khụng phải là một giao thức mà là một tập hợp cỏc giao thức cú liờn quan với nhau bao gồm cỏc giao thức định tuyến mở rộng OSPF~TE, ISIS-TE, cỏc
giao thức tớn hiệu CR-LDP, RSVP-TE và giao thức quản lý liờn kết LMP. Cỏc giao này hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng và thiết lập đường chuyển mạch nhón trong mạng quang. GMPLS khụng chỉ rừ giao thức tớn hiệu cụ thể nào được sử dụng, điều này do nhà sản xuất thiết bị quyết định.
2.2.5.5. Sự khỏc nhau giữa MPLS và GMPLS
Như chỳng ta đó thấy ở trờn, MPLS và GMPLS cú mối quan hệ rất mật thiết. Tuy nhiờn, nếu xột một cỏch tổng thể, mảng điều khiển MPLS và GMPLS vẫn cú sự khỏc biệt. Mặc dự GMPLS là sự mở rộng của MPLS nhưng cỏch sử dụng của chỳng lại khỏc; GMPLS ứng dụng trong mảng điều khiển cũn MPLS hoạt động trong mảng số liệu.
MPLS được thiết kế chỉ cho mạng chuyển mạch gúi. Ưu điển vượt trội so với định tuyến truyền thống của MPLS đú là nú cú thể cung cấp chức năng thiết kế lưu lượng, điều này khụng thể thực hiện đối với hệ thống định tuyến thụng thường. Bờn cạnh đú, chỉ tiờu phỏt chuyển của MPLS tốt hơn rất nhiều so với cỏc hệ thống định tuyến truyền thống.
Một trong cỏc điểm khỏc biệt chớnh giữa MPLS và GMPLS là ở mục đớch thiết kế. MPLS chủ yếu dành cho mảng số liệu (lưu lượng số liệu thực) trong khi đú GMPLS lại tập trung vào mảng điều khiển, thực hiện quản lý kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gúi (Giao diện chuyển mạch gúi- PSC) và chuyển mạch kờnh (như TDM, Chuyển mạch bước súng LSC, Chuyển mạch sợi- FSC).
Một điểm khỏc nữa giữa MPLS và GMPLS đú là MPLS yờu cầu luồng chuyển mạch nhón (LSP) thiết lập giữa cỏc bộ định tuyến biờn, trong khi đú GMPLS mở rộng khỏi niệm LSP ngoài cỏc bộ định tuyến đú. LSP trong GMPLS cú thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhón như nhau nào ở biờn của mạng.
GMPLS cho phộp phối hợp hoạt động nhiều kiểu giao diện khỏc nhau bằng cỏch lắp chỳng trong những thiết bị khỏc nhau. Điều này mang lại khả năng mở rộng tốt hơn bằng cỏch tạo nờn sự phõn cấp phỏt chuyển.