3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của link.
Router đầu nguồn của một trung kế phải nắm được thông tin thuộc tính tài nguyên của tất cả các link trong mạng để tính toán đường LSP. Điều này chỉ có thể đặt được bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến trạng thái liên kết Link-State
(như IS-IS hay OSPF). Vì chỉ có kiểu giao thức này mới quảng bá các thông tin về tất cả các link đến tất cả các router. Vì vậy, OSPF và IS-IS được mở rộng để hỗ trợ MPLS-TE. Một khi router đầu nguồn nhận được các thông báo này thì nó không chỉ biết được topology mạng mà còn biết được các thông tin tài nguyên khả dụng của từng link. Điều này rất cần thiết để tính toán các đường để thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng.
Hình 3.6: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên.
Các giao thức IGP sẽ quảng bá các thuộc tính tài nguyên khi dưới các điều kiện hay sự kiện nào đó như:
• Khi link thay đổi trạng thái (ví dụ up, down...). • Khi lớp tài nguyên của link thay đổi do tái cấu hình.
• Theo định kỳ (dựa vào một timer), router sẽ kiểm tra các thuộc tính tài nguyên và quảng bá cập nhật thông tin.
• Khi tham gia thiết lập một đường LSP nhưng thất bại.
3.5.2 Giao thức định tuyến Link - State.
Như đã nói ở trên, quá trình hình thành các TE-LSP dựa trên các điều kiện ràng buộc ban đầu. Do đó cần phải có một giao thức thích hợp để quảng bá những thông tin này ra toàn mạng. Những thông tin ràng buộc đó có thể là:
• Băng thông cần thiết cho kênh truyền dữ liệu.
• Các tính chất (color) của kênh truyền. Các tính chất này đặc trưng cho gói dữ liệu có thể được chuyển qua đường dẫn tương ứng.
• Số lượng các hop mà gói tin có thể truyền qua. • Thông số độ ưu tiên thiết lập dành cho kênh truyền. Các thông số trên được chia làm hai loại:
• Đặc trưng cho từng đường link như: băng thông, tính chất đường truyền (color) và các thông số metric.
• Đặc trưng cho LSP như: Số lượng hop trong LSP và thông số độ ưu tiên. Việc quảng bá các thông tin ràng buộc trên được thực hiện bằng cách mở rộng giao thức định tuyến OSPF và IS-IS.
3.5.3 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP).
LSP cho một trung kế lưu lượng có thể khai báo tĩnh hoặc tính toán động. Việc tính toán sẽ xem xét các tài nguyên khả dụng, các thuộc tính link và cả các trung kế khác (vì vậy việc tính toán bị ràng buộc). Kết quả của việc tính toán này là tìm ra một chuỗi các địa chỉ IP đại diện cho các hop trên đường LSP giữa đầu nguồn và đầu đích của trung kế lưu lượng. Sau đó thực hiện báo hiệu LSP và hoàn thành việc thiết lập đường bằng các giao thức báo hiệu cho MPLS như RSVP-TE.
Tiến trình tính toán đường ràng buộc luôn luôn được thực hiện tại đầu nguồn trung kế lưu lượng và kích hoạt do:
- Một trung kế mới xuất hiện.
- Một trung kế đang tồn tại nhưng thiết lập LSP thất bại. - Tái tối ưu hóa một trung kế đang tồn tại.
3.5.4 Giải thuật chọn đường.
Việc chọn đường cho một trung kế lưu lượng sử dụng trọng số quản trị (TE cost) của mỗi link riêng biệt. Giải thuật chọn đường ràng buộc theo các bước sau:
- Cắt bỏ các link có lớp tài nguyên Resource-Class bị loại do phép tính tương đồng Affinity ra khỏi topo mạng.
- Cắt bỏ các link không có đủ băng thông dự trữ theo yêu cầu của trung kế. - Chạy giải thuật Dijktra để tìm ra đường có tổng TE-cost nhỏ nhất.
Sau khi thực hiện các bước trên mà vẫn còn nhiều đường ứng cử cho LSP (nhiều đường có cùng tổng số metric TE) thì tiêu chuẩn thứ tự chọn đường như sau:
- Đường có băng thông tối thiểu cao nhất. - Đường có số hop nhỏ nhất.
- Chọn lựa ngẫu nhiên.
Khi đường LSP được tính xong, RSVP được dùng để dành trước băng thông thực sự, để phân phối các nhãn cho đường và hoàn thành việc thiết lập đường LSP.
3.5.5 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng.
Chúng ta sẽ xét ví dụ về chọn đường LSP cho một trung kế lưu lượng thiết lập giữa R1 (đầu nguồn) và R6 (đầu đích) trong mô hình dưới. Yêu cầu của trung kế lưu lượng như sau:
- Băng thông đòi hỏi ở mức ưu tiên 3 là 30 Mbps.
- Các bit Affinity lớp tài nguyên là 0010, có bit mặt nạ mask là 0011.
Hình 3.7: Mô hình ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng
Link R4-R3 cần được loại trừ khỏi đường LSP, do vậy chuỗi bit lớp tài nguyên Resource-Class của link này được đặt là 0011. Khi các bit Affinity lớp tài nguyên của trung kế lưu lượng được so với các bit Resource-Class là không trùng nên link R4-R3 bị loại.
Hình 3.8: Xem xét các ràng buộc khống chế.
Tham số tiếp theo được kiểm tra trong quá trình tính toán đường ràng buộc là cost của mỗi link mà đường LSP có khả năng đi qua. Nếu không xét tài nguyên thì đường R1-R4-R6 có tổng cost thấp nhất là 30. Tất cả các đường khả thi khác đều có tổng cost cao hơn. Khi tài nguyên được đưa vào tính toán, ta thấy rằng trên tuyến đường ngắn nhất không đủ băng thông thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng (băng thông yêu cầu là 30M trong khi link R4-R6 chỉ đáp ứng 20M khả dụng). Kết quả là link R4-R6 cũng bị loại khỏi phép tính đường LSP.
Sau khi loại bỏ các link không thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng, kết quả là còn hai đường LSP là: R1-R2-R3-R6 và R1-R5-R6. Cả hai đường đều có tổng cost là 40, để chọn một đường phải giải quyết bằng luật “tie-break”.
Trước tiên, băng thông tối thiểu trên đường được so sánh. Sau khi so sánh, vẫn còn cả hai đường vì chúng đều cung cấp ít nhất 50 Mbps băng thông. Tiếp theo luật số hop nhỏ nhất trên đường LSP được tính đến. Vì đường R1-R5-R6 có số hop ít hơn nên nó được chọn và quá trình tính toán ràng buộc kết thúc.
Hình 3.10: Đường tốt nhất được chọn.
3.5.6 Tái tối ưu hóa (Re - optimization).
Các đặc trưng và trạng thái mạng biến động theo thời gian. Ví dụ, các tài nguyên mới trở nên khả dụng, các tài nguyên cũ bị lỗi đã được tái kích hoạt, các tài nguyên đã cấp phát được thu hồi lại. Do vậy, các đường của trung kế lưu lượng đã thiết lập tối ưu trước đó có thể không còn tối ưu nữa. Để duy trì mạng luôn luôn ở tình trạng tối ưu nhất, các trung kế lưu lượng phải được tái tối ưu hóa.
Tái tối ưu hóa được thực hiện theo chu kỳ. Sau những khoảng thời gian nhất định, MPLS-TE thực hiện kiểm tra đường LSP tối ưu nhất của các đường dành cho trung kế lưu lượng. Nếu xuất hiện đường cho LSP tốt hơn thì:
- Trước tiên, router đầu nguồn cố gắng báo hiệu thiết lập LSP mới tốt hơn. - Nếu thành công thì thay thế đường LSP cũ bằng đường LSP mới tốt hơn. Tái tối ưu hóa phải không được gây ra sai hỏng dịch vụ. Để thực hiện điều này, đường LSP hiện có phải được duy trì cho đến khi LSP mới được thiết lập xong và
chuyển trung kế lưu lượng từ đường cũ sang đường mới. Sau đó LSP cũ mới được giải tỏa. Khái niệm này gọi là “make before break” - thiết lập trước khi hủy.
3.6 BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG.
Các cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS cung cấp một dịch vụ tin cậy cho việc chuyển tải lưu lượng trong mạng MPLS và tái định tuyến lưu lượng qua một đường chuyển mạch nhãn LSP. Nếu có một sự cố xảy ra tại một nơi nào đó trong mạng, luồng dữ liệu sẽ chuyển từ nơi có sự cố trong mạng sang một vị trí khác. Ba ràng buộc chính đối với việc này là thời gian khôi phục, đảm bảo tối ưu mạng và tính ổn định của luồng dữ liệu.
Để khôi phục thành công khi xảy ra sự cố, mạng cần phải có các khả năng sau. Trước tiên mạng phải có khả năng phát hiện lỗi. Thứ hai, nút trong mạng mà tại đó phát hiện lỗi phải thông báo sự cố đến một nút nào đó trong mạng. Nút nào được thông báo còn tuỳ thuộc vào mô hình khôi phục được ứng dụng. Thứ ba, mạng phải tính toán lại đường đi tại nút được thông báo. Và thứ tư là luồng dữ liệu phải được chuyển qua đường mới được tính lại thay vì đường cũ đã bị hư.
Khi mạng có sự cố và được khôi phục sẽ xảy ra hiện tượng luồng dữ liệu bị gián đoạn. Sự gián đoạn này được gây ra bởi thời gian phát hiện lỗi, thời gian thông báo lỗi cho nút cần thiết, thời gian tính đường khôi phục.
Trong phần này, ta có một vài khái niệm sau:
• Working Path-Primary Path, đường làm việc là đường chuyển tải trung kế lưu lượng khi chưa có sự cố. Nếu có các cơ chế bảo vệ trên đường này thì ta gọi đường này là đường làm việc được bảo vệ.
• Recovery Path-Backup Path, đường khôi phục là đường mà trung kế lưu lượng sẽ chuyển từ đường làm việc sang khi có sự cố xuất hiện trên đó. • PSL (Path Switch LSR) là LSR ở phía trước vị trí lỗi trên đường làm việc
chịu trách nhiệm chuyển mạch hoặc tái tạo lưu lượng sang đường khôi phục.
• PML (Path Merge LSR) là LSR chịu trách nhiệm nhận lưu lượng trên đường khôi phục và sẽ hợp nhất lưu lượng trở về đường làm việc, hoặc chuyển lưu lượng ra khỏi miền MPLS nếu bản thân nó là đích.
• POR (Point of Repair) là LSR đảm nhận việc sửa chữa LSP bị sự cố. POR có thể là PSL hoặc PML.
• Bypass Tunnel là một đường khôi phục có cùng PSL và PML với đường làm việc
• MPLS Protection Domain là một miền MPLS mà các LSR đều được thiết lập cơ chế bảo vệ
• Revertive Mode là chế độ hoạt động mà đường làm việc chính sẽ được sử dụng lại khi được phục hồi.
• Fault Indication Signal (FIS) là tín hiệu báo hiệu từ điểm phát hiện lỗi đến các LSR Upstream hoặc Downstream trong mạng cho tới khi nó đến được POR trong mạng.
• Fault Recovery Signal (FRS) là tín hiệu báo hiệu đường đã được khôi phục trở lại.
3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục.
3.6.1.a Sửa chữa toàn cục và sửa chữa cục bộ.
Sửa chữa toàn cục là loại bảo vệ mà trong đó LER phía nguồn đóng vai trò là PSL và POR, nhận tín hiệu FIS từ nút phát hiện lỗi. Đường phục hồi và đường chính trong trường hợp này là tách biệt hoàn toàn.
Sửa chữa cục bộ là loại bảo vệ mà trong đó điểm phát hiện lỗi đóng vai trò là PSL và cũng có thể cũng là POR nếu được cấu hình tương ứng. Có hai loại sửa chữa cục bộ là sửa chữa liên kết và sửa chữa nút.
• Khôi phục liên kết là loại bảo vệ mà trong đó PSL và PML là hai nút đầu cuối của liên kết bị hư. PML có thể là LER phía đích.
• Khôi phục nút là loại bảo vệ mà PSL và PML là hai nút Upstream và Downstream gần nhất với nút được bảo vệ. Đường bảo vệ phải cách ly hoàn toàn với nút được bảo vệ và các liên kết đi chung với nó.
3.6.1.b Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ.
Tái định tuyến bảo vệ là chế độ mà khi phát hiện được lỗi xảy ra nhờ vào FIS, POR sẽ tìm đường mới nhờ vào các giao thức định tuyến. Sau khi tìm được đường đi mới xong, PSL mới chuyển lưu lượng sang đường mới.
Chuyển mạch bảo vệ có cơ chế hoạt động gần giống với tái định tuyến bảo vệ chỉ khác ở chỗ đường bảo vệ đã được tính toán trước đó. Chính vì điều này làm cho phương pháp này tốn ít thời gian để khôi phục hơn phương pháp tái định tuyến bảo vệ.
3.6.2 Mô hình Makam (Bảo vệ toàn cục).
Đây là mô hình bảo vệ và khôi phục MPLS đề xuất đầu tiên và đơn giản nhất, trong đó đường khôi phục có thể được tính toán trước (nếu sử dụng cơ chế bảo vệ), hoặc tính bằng giao thức định tuyến khi LER lối vào nhận được FIS. Đường làm việc và đường khôi phục tách rời nhau về cả về link và nút. Nếu đường được tính toán từ trước thì khi thiết lập đường bảo vệ thông qua đối tượng ERO có chứa thông tin về đường khôi phục trong tín hiệu thiết lập (CR-LDP) hoặc Path Message (RSVP-TE) sẽ thông báo cho các LSR biết được thông tin và thiết lập lên đường khôi phục.
Hình 3.11: Mô hình Makam.
Ưu điểm: ít tốn tài nguyên bởi một đường khôi phục có thể dùng dự trữ cho các trường hợp lỗi khác nhau xảy ra trên các link thuộc đường hoạt động chính.
Nhược điểm: nếu liên kết bị lỗi ở xa LER lối vào làm cho quá trình khôi phục chậm đi do cần chờ tín hiệu báo hiệu FIS trở về. Ngoài ra, do các hàng đợi ở các LSR thuộc đường cũ còn chứa các gói tin nên sẽ bị mất các gói tin này khi chuyển hướng sang đường bảo vệ. Để tránh mất các gói tin trên, cần phải khôi phục lại đường cũ khi lỗi được khắc phục, tuy nhiên ta sẽ gặp phải vấn đề gói sai thứ tự. Cách này chỉ nên dùng trong trường hợp lỗi được sửa chữa nhanh và hàng đợi phía LER lối ra đủ lớn.
3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup).
Mô hình này khắc phục được điểm yếu thứ hai của mô hình Makam mà không cần phải phục hồi lại đường cũ. Bằng cách thiết lập một đường dự phòng đảo tại nút phát hiện lỗi, một đường dự phòng đảo được thành lập với chiều lưu lượng ngược với chiều của đuờng cũ. Tuy nhiên mô hình này có nhược điểm là hao tốn tài nguyên do phải dùng đường dự phòng đảo, ngay cả khi đường cũ đã bị hư thì dữ liệu sẽ vẫn chạy qua đường cũ cho tới khi gặp phải nút phát hiện lỗi mới quay trở về để chuyển mạch sang đường khôi phục toàn cục.
Một cải tiến khác giúp quá trình trên diễn ra nhanh hơn là gửi kèm thông tin FIS trong các gói tin gửi ngược về từ đường dự phòng đảo. Cách này giúp chuyển mạch tại LER lối vào nhanh hơn mà không cần chờ tín hiệu FIS tới rồi mới nhận dữ liệu từ đuờng dự phòng đảo. Tuy nhiên, do các gói vẫn không được quản lý thứ tự nên hiện tượng các gói sai thứ tự vẫn sẽ xảy ra.
Hình 3.12: Mô hình Haskin.
3.6.4 Mô hình Hundessa.
Mô hình này khắc phục nhược điểm của mô hình Haskin thông qua việc kiểm soát số thứ tự các gói gửi về từ đuờng dự phòng đảo. Khi nhận được FIS từ nút phát hiện lỗi, ngay lúc này PSL (LER lối vào) sẽ đánh dấu gói cuối cùng mà nó truyền vào đường cũ, sau đó nó ngưng truyền. Đợi tới khi gói này được truyền ngược về từ nút phát hiện lỗi lúc đó LER lối vào mới chuyển sang đường khôi phục toàn cục và truyền tiếp tục dữ liệu theo đường này.
3.6.5 Mô hình Shortest - Dynamic.
Đây là mô hình bảo vệ cục bộ, trong mô hình này thì chỉ có đường làm việc được thiết lập. Khi một nút phát hiện sự cố link thì nó phải tính toán rồi báo hiệu thiết lập một đường LSP ngắn nhất đi từ nó đến nút phía bên kia link bị sự cố và sau đó chuyển mạch lưu lượng (bằng cách xếp chồng nhãn để luồn đường làm việc chui qua đường LSP tránh lỗi này). Trong mô hình này thì PML là LSR Downstream kế cận với link hoặc LSR bị sai. Do đó đường khôi phục trong trường hợp này còn gọi là đường vòng Bypass Tunnel. Đường được bảo vệ thường được tính toán trước và phần lớn người ta chỉ dùng giao thức báo hiệu RSVP-TE để thiết lập đường bảo vệ. Chế độ khôi phục có cả khôi phục link và khôi phục nút.