Khái niệm
Định tuyến cưỡng bức (CR) là một công cụ có thể đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật lưu lượng cho các mạng MPLS. Khái niệm cơ bản này được mở rộng tới LDP để hỗ trợ các đường dẫn chuyển mạch nhãn (CR-LSP) được định tuyến cưỡng bức bằng việc định nghĩa các công cụ và các TLV để hỗ trợ cho các CR-LSP hay sử dụng các giao thức có sẵn để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức.
CR có thể được thiết lập như là một hoạt động từ đầu cuối tới đầu cuối; nghĩa là, từ CR-LSR lối vào tới CR-LSR lối ra. Ý tưởng là để cho CR-LSR lối vào khởi tạo CR và tất cả các node liên quan có thể dành trước tài nguyên băng việc sử dụng LDP.
Thuật ngữ “ràng buộc” ngụ ý rằng trong một mạng và với mỗi tập các node luôn tồn tại một tập các ràng buộc phải được thoả mãn cho tuyến hay các tuyến giữa 2 node. Một ví dụ của định tuyến ràng buộc đó là đường đi có băng tần tối thiểu. Ví dụ khác là đường đi an toàn. Giao thức để tìm ra các đường đi như vậy (chẳng hạn như OSPF mở rộng) được ràng buộc phát hành các đường đi trong miền định tuyến để thoả mãn những loại điều kiện ràng buộc này.
Ngoài ra, định tuyến cưỡng bức cố gắng đáp ứng một tập các điều kiện ràng buộc và đồng thời tối ưu một số các metric vô hường nào đó. Một metric vô hướng quan trọng là số chặng với các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ. Thực tế chỉ ra rằng các chặng bổ
sung tạo ra biến thiên trễ, đặc biệt nếu Internet bận và các router đang xử lý nhiều lưu lượng.
Định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR)
Định tuyến hiện (ER) là thành phần không thể thiếu của định tuyến cưỡng bức. Các đường đi được thiết lập tại biên của mạng, thoả mãn với các tiêu chuẩn QoS và thông tin định tuyến. Hình 2.29 biểu diễn ví dụ về định tuyến hiện.
Hình 2.29. Định tuyến hiện
Các đường đi trong định tuyến hiện bắt đầu tại router lối vào A và đi tới B, sau đó D, và ra tại router F. Các đường đi trong định tuyến hiện không được phép đi qua các LSR C và E. Các đường đi được phép có thể được thiết lập bằng việc sử dụng các bản tin LDP. Các đường đi trong định tuyến hiện được mã hoá trong bản tin yêu cầu nhãn. bản tin này chứa 1 danh sách các node (hay nhóm các node) dùng để tạo nên đường đi CR. Sau khi CR-LSP đã được thiết lập, tất cả tập con các node trong nhóm có thể được sử dụng thiết lập LSP.
Khả năng để xác định nhóm các node cho phép hệ thống có tính mềm dẻo cục bộ đáng kể trong việc đáp ứng yêu cầu cho đường đi CR. Hơn nữa, định tuyến cưỡng bức yêu cầu đường đi được tính toán bởi nguồn gửi lưu lượng.
LDP và định tuyến cưỡng bức (CR)
Nếu một LDP được sử dụng cho định tuyến cưỡng bức, đường đi được định tuyến cưỡng bức được mã hoá như là một chuỗi liên tiếp các chặng ER chứa trong bản tin LDP. Mỗi chặng ER có thể nhận ra một nhóm các node trên đường đi được định tuyến cưỡng bức, và cũng có các TLV để mô tả các tham số lưu lượng, chẳng hạn như là tốc độ đỉnh và tốc độ cam kết. Một đường đi được định tuyến cưỡng bức là một đường dẫn bao gồm tất cả nhóm các node được nhận dạng theo thứ tự như chúng xuất hiện trong TLV.
Thuật toán định tuyến cưỡng bức
Định tuyến cưỡng bức phải tính toán xác định đường đi thoả mãn các điều kiện sau:
Tối ưu theo một tiêu chuẩn nào đó (ví dụ đường ngắn nhất hoặc số chặng ít nhất) Thoả mãn các điều kiện ràng buộc.
Thuật toán “đường ngắn nhất đầu tiên” (SPF) thường được sử dụng để tìm đường tối ưu theo tiêu chuẩn nào đó. Các mạng IP truyền thống sử dụng thuật toán này để tìm đường tối ưu theo tiêu chuẩn nào đó (chẳng hạn: số hop…) mà không tính tới các yếu tố bổ sung như trễ, biến thiên trễ…Để thoả mãn cả các điều kiện ràng buộc thì thuật toán SPF cần phải thay đổi để bao gồm các điều kiện ràng buộc. Thuật toán mới này gọi là SPF cưỡng bức (CSPF).
Trước hết chúng ta tìm hiểu hoạt đông của thuật toán SPF. Thuật toán SPF hoạt động khởi đầu tại một nút được gọi là gốc và bắt đầu tính toán xây đường ngắn nhất ứng với gốc là nút đó. Tại mỗi vòng của thuật toán sẽ có một danh sách các nút “ứng cử” không nhất thiết phải là ngắn nhất. Tuy nhiên ứng với nút “ứng cử” ở ngay kề nút gốc thì đường nối tới nút này phải là ngắn nhất. Vì vậy tại mỗi vòng, thuật toán sẽ tách nút có đường ngắn nhất tới nút gốc từ danh sách nút “ứng cử”. Nút này sẽ được bổ sung vào cây đường ngắn nhất, thì các nút không nằm trên cây đường ngắn nhất nhưng liền kề ngay nút này cũng được kiểm tra để bổ sung hoặc sửa đổi danh sách nút “ứng cử”. Sau đó thuật toán lại được thực hiện lặp lại. Trong trường hợp tìm đường ngắn nhất từ một gốc đến tất cả các nút khác trong mạng thì thuật toán sẽ dừng khi nào danh sách các nút “ứng cử” là rỗng. Trong trường hợp tìm đường ngắn nhất từ một gốc đến một nút cụ thể thì thuật toán sẽ dừng lại khi nào nút đó được bổ sung vào cây đường ngắn nhất. Thuật
toán SPF để tính toán xác định đường ngắn nhất từ nút SPF (nguồn) đến một số nút (đích) có thể được mô tả dưới dạng các bước như sau:
Bước 1 (khởi tạo): Đặt danh sách các nút “ứng cử” bằng rỗng. Đặt cây đường
ngắn nhất chỉ có gốc S. Đối với mỗi nút liền kề gốc đặt độ dài đường bằng độ dài kênh giữa gốc và nút. Đối với tất cả các nút khác, đặt độ dài này bằng vô cùng. Bước 2: Đặt tên nút bổ sung vào cây đường ngắn nhất là V. Đối với mỗi kênh
nối vào nút này, kiểm tra các nút phía còn lại của kênh. Đánh dấu các nút này là W.
Bước 2a: Nếu như nút W này đã có trong danh sách cây đường ngắn nhất
thì kiểm tra tiếp với các kênh còn laị nối với nút V.
Bước 2b: Trong trường hợp ngược lại (W không nằm trong danh sách cây
đường ngắn nhất) thì tính độ dài của đường nối từ gốc đến nút W ( độ dài này bằng tổng độ dài của đường nối từ gốc đến nút V cộng với độ dài từ nút V đến nút W). Nếu như W không nằm trong danh sách các nút “ứng cử” thì giá trị độ dài đường hiện thời lớn hơn giá trị độ dài đường mới tính và gán giá trị độ dài đường từ gốc đến nút W bằng độ dài mới tính.
Bước 3: Trong danh sách nút “ứng cử”, tìm một nút với độ dài đường ngắn
nhất. Bổ sung nút này vào cây đường ngắn nhất và xoá nút này khỏi danh sách nút “ứng cử”. Nếu nút này là nút D thì thuật toán kết thúc và ta được cây đường ngắn nhất từ nút nguồn SPF đến nút đích D. Nếu như nút này chưa phải là nút D thì quay trở lại bước 2.
Từ các bước của thuật toán SPF đơn giản trên đây, chúng ta dễ dàng sửa đổi nó trở thành CSPF. Tất cả chúng ta phải làm đó là sửa đổi bước thực hiện bổ sung sửa đổi danh sách nút “ứng cử”. Cụ thể là bước 2, khi chúng ta kiểm tra các kênh nối với nút V, đối với mỗi kênh trước hết chúng ta kiểm tra xem kênh đó có thoả mãn điều kiện ràng buộc không? Chỉ khi điều kiện này được thoả mãn, sau đó chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh. Thông thường chúng ta hay gặp bài toán tìm đường từ S đến D thoả mãn một số điều kiện ràng buộc là C1, C2,…, Cn, khi đó tại bước 2 chúng ta sẽ kiểm tra tất cả các kênh nối với nút V, đối với mỗi kênh trước hết chúng ta kiểm tra xem nó có thoả mãn điều kiện C1, C2,.., Cn. Chỉ khi kênh thoả mãn tất cả các điều kiện ràng buộc thì chúng ta mới kiểm tra nút W ở phía đầu kia của kênh.
Về tổng quát, thủ tục kiểm tra xem kênh có thoả mãn một điều kiện ràng buộc cụ thể là đặc điểm của định tuyến cưỡng bức. Ví dụ như nếu điều kiện ràng buộc cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần khả dụng của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần được chỉ ra trong điều kiện ràng buộc; chỉ khi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh.
Để kiểm tra kênh có thoả mãn một điều kiện ràng buộc cụ thể nào đó thì chúng ta phải biết trước các thông tin của kênh tương ứng có liên quan đến điều kiện ràng buộc. Ví dụ như khi điều kiện ràng buộc cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng thì thông tin cần có là độ rộng băng tần khả dụng của từng kênh.
Hình 2.30. Ví dụ về CSPF
Lưu ý rằng thuật toán tính toán xác định đường sử dụng trong CSPF, yêu cầu bộ định tuyến thực hiện việc tính toán xác định đường phải có các thông tin về tất cả các kênh trong mạng. Điều đó có nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến có thể hỗ trợ định tuyến cưỡng bức đó là giao thức định tuyến theo trạng thái kênh (ví dụ như IS-IS, OSPF). Còn các giao thức định tuyến theo vector khoảng cách (ví dụ như RIP) không hỗ trợ định tuyến cưỡng bức.
Để minh hoạ cho CSPF, chúng ta hãy xem xét ví dụ trên hình 2.30. Chúng ta giả sử rằng độ dài tất cả các kênh đều bằng nhau và có giá trị là 1. Chúng ta cũng giả sử rằng tất cả các kênh đều có độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb/s, ngoại trừ kênh nối từ LSR2 đến LSR4 có độ rộng băng tần khả dụng là 45Mb/s. Nhiệm vụ của chúng ta là tìm đường từ LSR1 đến LSR6 sao cho có độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khả dụng
phải lớn hơn hoặc bằng 100Mb/s. ở đây điều kiện ràng buộc cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng.
Khởi đầu cây đường ngắn nhất (có gốc là LSR1) chỉ có nút LSR1. Tiếp theo chúng ta kiểm tra hai nút bên cạnh LSR1 đó là LSR2 và LSR3 với lưu ý rằng độ rộng băng tần khả dụng của kênh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giá trị cần thiết là 100Mb/s. Kết luận không kênh nào vi phạm điều kiện ràng buộc, vì vậy chúng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sách “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm nút có khoảng cách ngắn nhất đến LSR1 trong danh sách các nút “ứng cử”. Nút này là LSR2 (ở đây cả hai nút LSR2 và LSR3 đều có khoảng cách như nhau đến LSR1 vì vậy có thể chọn ngẫu nhiên là LSR2), chúng ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR2) và xoá nó khỏi danh sách các nút “ứng cử”. Kết thúc vòng một của thuật toán.
Vòng thứ hai chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR2 là LSR4. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này không thoả mãn điều kiện ràng buộc và chúng ta không bổ sung LSR4 vào danh sách nút “ứng cử”. Chúng ta vẫn còn LSR3 trong danh sách nút “ứng cử”, vì vậy ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoá nó khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ hai của thuật toán.
Tại vòng thứ 3 của thuật toán, chúng ta kiểm tra cạnh nút LSR3 là nút LSR5. Với nút này chúng ta thấy độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR3-LSR5), lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung nó vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng cử” nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR5. Vì vậy ta bổ sung LSR5 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR 5) và xoá LSR5 khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ 3 của thuật toán.
Tại vòng thứ 4 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR4. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR5-LSR4) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung nó vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng cử” nút có khoảng cách ngẵn nhất tới LSR1 là nút LSR4. Vì vậy ta bổ sung LSR5 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoá LSR4 khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ tư của thuật toán.
Tại vòng thứ 5 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR6 và LSR7. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên các kênh (LSR4-LSR6) và (LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta nhận thấy rằng trong danh sách các nút “ứng cử” có nút LSR6 có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1. Vì vậy ta bổ sung LSR6 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoá LSR6 khỏi danh sách “ứng cử”. Tại đây chúng ta nhận thấy cây đường ngắn nhất đã có nút LSR6 là nút đích của đường cần tìm. Vì vậy thuật toán kết thúc ở đây. Kết quả đường ngắn nhất tử LSR1 đến LSR6 là (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6). Chúng ta có thể nhận thấy đường này khác với đường được xác định theo thuật toán SPF có thể là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6).
Các bản tin và các TLV sử dụng trong CR
Bản tin yêu cầu nhãn
0 Kiểu Yêu cầu nhãn Độ dài bản tin Nhận dạng bản tin
TLV FEC
Nhận dạng LSP TLV (CR-LDP, bắt buộc) Định tuyến hiện TLV (CR-LDP, tùy chọn)
TLV Lưu lượng (CR-LDP, tùy chọn) TLV Cố định (CR-LDP, tùy chọn) TLV Lớp tài nguyên (CR-LDP, tùy chọn) TLV Quyền ưu tiên (CR-LDP, tùy chọn)
Trong đó:
Một số trường đã được định nghĩa trong giao thức LDP
Bản tin yêu cầu nhãn bao gồm một phần tử TLV-FEC duy nhất. Tuy nhiên, các TLV khác được sử dụng trong LDP có thể dùng để thay thế cho một ứng dụng nào đó.
Các thông số tùy chọn bao gồm các định nghĩa của bất kỳ các TLV cưỡng bức nào được chỉ ra trong phần giao thức
Bản tin ràng buộc nhãn
0 Kiểu Ràng buộc nhãn Độ dài bản tin Nhận dạng bản tin
TLV FEC TLV Nhãn
TLV Nhận dạng bản tin yêu cầu nhãn TLV Nhận dạng LSP (CR-LDP, tùy chọn)
TLV Lưu lượng (CR-LDP, tùy chọn)
Hình 2.32 . Bản tin ràng buộc nhãn Bản tin thông báo
0 Kiểu Thông báo Độ dài bản tin Nhận dạng bản tin
TLV Trạng thái Các thông số tùy chọn
Hình 2.33. Bản tin thông báo
Các bản tin hủy bỏ, thu hồi và giải phóng: các bản tin này giống như các bản tin
tương ứng sử dụng như trong LDP.
Tuyến hiện là một chuỗi cụ thể các bước từ LSR lối vào tới LSR lối ra. Một tập hợp các node có thể được trình diễn đơn giản là một node trừu tượng, ví dụ sử dụng tiền tố địa chỉ. LSP phải định tuyến tới một vài node bên trong node trừu tượng này như là chặng tiếp theo. Tuyến có thể chứa một vài chặng trong node trừu tượng này trước khi hiện ra tới node tiếp theo được chỉ rõ trong tuyến hiện. Một tuyến hiện cũng có thể chứa một vài nhận dạng của một hệ thống tự quản. Điều này cho phép LSP được định tuyến qua một vùng mạng mà bên ngoài sự điều khiển quản lý của người khởi tạo LSP. Tuyến cũng có thể chứa một vài chặng trong hệ tự trị này trước khi hiện ra tới node tiếp theo được chỉ rõ trong tuyến hiện. Một tuyến hiện có thể được phân loại thành chặt và không chặt. Tuyến chặt chỉ chứa các node, các node trừu tượng và hệ tự trị được chỉ rõ trong tuyến hiện và phải sử dụng nó theo thứ tự đã cho. Tuyến không chặt phải bao gồm tất cả