a. Định tuyến đa đường:
4.3.1 Vai trị của MPLS trong mạng IP cỡ lớn
a. Giới thiệu về cơng nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
MPLS là cơng nghệ tập trung vào giải quyết các vấn đề cịn tồn tại liên quan đến việc chuyển tiếp các gĩi tin trong mơi trường liên mạng hiện nay. IETF đã đưa ra các tiêu chuẩn về MPLS và mơ tả mục đích cơ bản của MPLS như sau:
Mục đích cơ chính của nhĩm nghiên cứu MPLS là chuẩn hố một cơng nghệ cơ sở giúp kết hợp giữa việc chuyển tiếp theo kiểu chuyển đổi nhãn với định tuyến lớp mạng. Cơng nghệ này được hi vọng là sẽ cải thiện hiệu năng định tuyến lớp mạng, khả năng mở rộng của lớp mạng, và sự mềm dẻo trong việc triển khai các dịch vụ mới (bằng cách cho phép thêm vào các dịch vụ mới mà khơng cần thay đổi kiểu chuyển tiếp gĩi tin).
Kiến trúc MPLS mơ tả các cơ chếđể thực hiện chuyển mạch nhãn bằng cách kết hợp giữa chuyển mạch tốc độ cao của chuyển mạch lớp hai với khả năng định tuyến của lớp ba. MPLS gán các nhãn cho các gĩi để truyền tải các gĩi qua mạng. Cơ chế chuyển tiếp gĩi tin qua mạng này gọi là cơ chế chuyển đổi nhãn (label swapping). Trong cơ chế này, các gĩi được gán các nhãn cĩ độ dài cố định giúp cho các node chuyển mạch cĩ thể dựa vào đĩ để sử lý các gĩi tin và chuyển tiếp chúng qua mạng. Sự khác nhau đáng kể giữa MPLS và cơng nghệ WAN truyền thống là cách các nhãn được gán và khả năng mang danh sách các nhãn (stack of label) được gắn vào gĩi.
Kỹ thuật chuyển tiếp các gĩi trong miền MPLS hồn tồn trái ngược với trong mơi trường mạng phi kết nối ngày nay, nơi mà mỗi gĩi được sử lý tại mỗi node, header lớp 3 được kiểm tra, và các quyết định về chuyển tiếp gĩi tin được thực hiện dựa trên giải thuật định tuyến lớp mạng.
Đồ án tốt nghiệp Chương 4. Ứng dụng của OSPF
Kiến trúc được chia thành hai phần tách biệt bao gồm: Phần chuyển tiếp (gọi là mặt bằng dữ liệu) và phần điều khiển (gọi là mặt bằng điều khiển). Phần chuyển tiếp sử dụng cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (label-forwarding database) được lưu trữ trong các chuyển mạch nhãn để thực hiện chuyển tiếp các gĩi tin dựa trên các nhãn mà các gĩi mang theo. Phần điều khiển cĩ nhiệm vụ tạo và duy trì thơng tin chuyển tiếp nhãn (label-forwarding information) giữa một nhĩm các chuyển mạch nhãn kết nối với nhau.(Hình 4.5)
C o n tr o l p la n e i n a n o d e IP routing protocols IP routing table IP routing protocols Routing information Exchange with other routers
Data plane in a node
Label Forwarding Table Outgoing labeled packets incoming labeled
packets
Label binding Exchange with other Routers
Mỗi node MPLS phải chạy ít nhất một giao thức định tuyến IP (hoặc sử dụng định tuyến tĩnh) để trao đổi thơng tin định tuyến IP với các node MPLS khác trong mạng. Khi này, mỗi node MPLS sẽ là một Router IP trong mặt bằng điều khiển.
Các giao thức định tuyến IP sẽ xây dựng bảng định tuyến IP cho các node. Sau đĩ bảng định tuyến này được sử dụng để xây dựng bảng chuyển tiếp IP (IP forwarding table). Tiếp đĩ bảng định tuyến này lại được sử dụng để xác định việc trao đổi nhãn. Việc chuyển đổi nhãn này được thực hiện bởi giao thức phân bổ nhãn LDP (Label distribution Protocol).
Quá trình điều khiển định tuyến IP trong miền MPLS sử dụng các nhãn đã được trao đổi với các node MPLS kế cận để xây dựng bảng chuyển đổi nhãn (Label Forwarding Table), để chuyển tiếp các gĩi qua mạng MPLS.
LSR cạnh là một Router thực hiện việc ánh xạ từđịa chỉ IP của gĩi vào miền MPLS sang một nhãn tương ứng và thực hiện chuyển đổi ngược lại khi gĩi ra khỏi miền MPLS. Các LSR cạnh sử dụng bảng định tuyến IP kết hợp với thơng tin về nhãn để gán nhãn cho các gĩi IP trước khi chúng vào mạng hoặc xố bỏ các nhãn này khỏi các gĩi trước khi chúng được chuyển đến các node khơng thuộc miền MPLS. Hình sau chỉ ra kiến trúc của một LSR cạnh. C o n tr o l p a n e l in a n o d e IP ro u tin g p ro to c o ls IP ro u tin g ta b le M P L S IP ro u tin g p ro to c o ls R o u tin g in fo rm a tio n E x c h a n g e w ith o th e r ro u te rs D a ta p la n e in a n o d e IP F o rw a rd in g T a b le In c o m in g IP p a c k e ts O u tg o in g IP p a c k e ts L a b e l F o rw a rd in g T a b le O u tg o in g la b e le d p a c k e ts In c o m in g la b e le d p a c k e ts L a b e l re m o v a l a n d s u b s e q u e n t L 3 lo o p u p L a b e l b in d in g E x c h a n g e w ith o th e r R o u te rs Sự chuyển đổi nhãn tại phần cạnh của mạng
Chức năng này được thực hiện tại node cạnh của mạng. Ở đây, các gĩi được đánh nhãn trước khi chúng được chuyển tiếp vào miền MPLS. Khi một gĩi được chuyển tiếp tới hop tiếp theo, node chuyển tiếp gĩi sẽ dựa vào nhãn đã được gán cho gĩi để đưa ra các quyết định chọn đường thay vì phải thực hiện các chức năng định tuyến ở lớp ba như các mạng IP truyền thống. Hình sau mơ tả tồn bộ quá trình truyền gĩi trong miền MPLS.
Đồ án tốt nghiệp Chương 4. Ứng dụng của OSPF IP packet IP packet L1 IP packet L2 IP packet L3 IP packet A G F E D C B b. Vai trị của MPLS trong mạng IP cỡ lớn Xét một mạng IP cỡ lớn được phân cấp lớp như hình vẽ: Core layer Node 4 Node 3 Node 2 Node 1
Mạng đang xét gồm ba lớp là : lớp lõi, lớp phân phối, và lớp truy nhập. Ở đây ta sẽ tập trung nghiên cứu về lớp lõi. Nhiệm vụ chính của lớp lõi là chuyển tiếp các gĩi tin với tốc độ nhanh nhất cĩ thể, và vấn đề đặt ra là ta sẽ sử dụng node chuyển mạch là thiết bị nào trong lớp lõi để thực hiện điều này. Cĩ hai sự lựa chọn sau:
Hình 4.7 Quá trình truyền gĩi trong miền MPLS
• Nếu sử dụng thiết bị Switch làm node chuyển mạch trong lớp lõi, điều này sẽ làm cho tốc độ chuyển tiếp các gĩi tin là rất nhanh do việc định tuyến được thực hiện ở lớp hai. Tuy nhiên ưu điểm này lại dẫn đến nhược điểm đĩ là do việc định tuyến được thực hiện ở lớp hai nên các gĩi sẽđược định tuyến một cách kém thơng minh hơn (định tuyến theo kiểu quảng bá) điều này dẫn đến miền quảng bá trong lớp lõi sẽ rất lớn và lớp lõi phải cĩ băng thơng rất lĩn mới cĩ thểđáp ứng được (điều này là trái ngược với thực tế bởi lớp lõi trong các mạng IP cỡ lớn thường cĩ băng thơng rất nhỏ).
• Nếu sử dụng Router làm node chuyển mạch trong lớp lõi của mạng IP cỡ lớn thì tác dụng lại hồn tồn ngược lại so với việc sử dụng Switch làm node chuyển mạch. Việc định tuyến sẽ được thực hiện ở lớp ba nên tốc độ chuyển tiếp các gĩi tin sẽ chậm hơn so với việc sử dụng Switch. Ngược lại các quyết định định tuyến ở đây lại thơng minh hơn so với Switch dẫn đến làm giảm miền quảng bá trong lớp lõi.
Để giải quyết vấn đề trên người ta sử dụng kỹ thuật chuyển mạch nhãn MPLS. Mỗi node chuyển mạch trong lớp lõi là một LSR. Các gĩi đi vào lớp lõi sẽđược gán thêm một nhãn định tuyến để phục vụ cho việc chuyển tiếp các gĩi tin trong lớp lõi. Với phương pháp này, các gĩi tin đi vào lớp lõi sẽđược chuyển tiếp nhanh hơn so với phương pháp sử dụng Router nhưng lại giảm được miền quảng bá so với phương pháp sử dụng Switch.