Đường đi qua một mạng chuyển mạch nhãn được quyết định bởi một trong hai cách. Thứ nhất, các giao thức định tuyến truyền thống (như OSPF hay BGP) được sử dụng để phát hiện các địa chỉ IP. Thông tin này, từ nút tiếp theo đến địa chỉ là tương đương với một nhãn, một đường chuyển mạch nhãn mềm dẻo. Thứ hai, LSP có thể được thiết lập dựa trên ý tưởng của định tuyến cưỡng bức. Cách này có thể dùng một giao thức định tuyến để hỗ trợ việc thiết lập LSP nhưng LSP cũng bị cưỡng bức bởi một số nhân tố khác như sự cần thiết phải cung cấp một mức độ QoS tốt. Thực vậy, lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiên của định tuyến cưỡng bức.
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ CHUYỂN MẠCH NHÃN
Chương này giới thiệu các khái niệm cơ bản của chuyển mạch nhãn. Lớp chức năng tương đương đã được giới thiệu ở chương 1 sẽđược giải thích chi tiết hơn. Các thông tin cấu thành một FEC cũng như cách một router liên kết FEC với một nhãn và một lớp dịch vụ cũng được miêu tả.
Các phương pháp chỉđịnh nhãn, các ví dụ về liên kết cục bộ và liên kết xa, liên kết dòng lên và liên kết dòng xuống, hoạt động liên kết điều khiển và liên kết dữ liệu, Khái niệm không gian nhãn được giới thiệu và cách các nhãn được thiết lập giữa các router cạnh nhau.
3.1. Lớp tương đương chức năng (FEC)
Thuật ngữ FEC được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn. FEC được dùng để miêu tả sự kết hợp của các gói riêng biệt với một địa chỉđích thường là điểm nhận lưu lượng cuối cùng chẳng hạn như một tổng đài host. FEC cũng có thể liên kết một giá trị FEC với một địa chỉ đích và một lớp lưu lượng. Lớp lưu lượng được liên kết với một chỉ số cổng đích.
Tại sao phải dùng FEC ? Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp. Từ nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thểđược dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý các gói. FEC cũng có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS. Ví dụ, FEC có thể liên kết với độưu tiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực, lưu lượng nhóm mới ưu tiên thấp…
Sự kết hợp một FEC với một gói được thực hiện bởi việc dùng một nhãn để định danh một FEC đặc trưng. Với các lớp dịch vụ khác nhau, phải dùng các FEC khác nhau và các nhãn liên kết khác nhau. Đối với lưu lượng Internet, các định danh sử dụng là các tham sốứng cử cho việc thiết lập một FEC. Trong một vài hệ thống, chỉ địa chỉđích IP được sử dụng.
3.1.1. Độđáp ứng và bản chất hoạt động
Nhà quản trị mạng điều khiển các bảng chuyển tiếp trở thành bản chất quá trình hoạt động của FEC. Giá nhưđịa chỉ đích được dùng cho FEC, thì bảng này được giữ lại để quản lý kích thước. Tuy nhiên bản chất quá trình này không cung cấp một cách
thức nào để hỗ trợ lớp lưu lượng và hoạt động QoS. Mặt khác, sự hỗ trợ tốt mạng bởi việc dùng các chỉ số cổng và các PID sẽ mang lại nhiều phân lớp lưu lượng hơn, nhiều FEC hơn, nhiều nhãn hơn và một bảng chuyển tiếp rộng hơn. Mạng này có thể không cùng tỉ lệ với cơ sở người dùng lớn.
3.1.2. Thông tin dùng trong quyết định chuyển tiếp
Điểm trọng tâm của chuyển mạch nhãn là việc chuyển tiếp một gói tới đích cuối cùng của nó. Và như chúng ta biết, sự hoạt động này dựa vào các trường của gói tới để đưa ra quyết định chuyển tiếp của nó.
Các trường này là:
- Địa chỉ IP nguồn hoặc đích. - Chỉ số cổng nguồn hoặc đích. - Định danh giao thức IP. - Các dịch vụ phân biệt IPv4. - Nhãn dòng IPv6.
Chú ý rằng một vài trường được trình bày trong chương này không được liệt kê ở trên. Bởi vì chúng có thể được dùng bởi một router, một switch hay một bridge để tạo ra một quyết định chuyển tiếp nhưng chúng không thường xuyên được dùng bởi FEC.
IP Datagram Payload TCP/UDP Payload
Chỉ số cổng Địa chỉ IP và PID Địa chỉ MAC hoặc ATM/FR VCID
Hình 3.1. Thông tin được dùng trong quyết định chuyển tiếp
- Lớp 2 : a. Địa chỉ một mạng LAN (địa chỉ IEEE MAC). b. Định danh kênh ảo ATM hoặc Frame Relay.
Mào đầu lớp 2 Mào đầu bản tin Đuôi lớp 2 Lưu lượng user Mào đầu mảng Mào đầu dữ liệu
- Lớp 3 : Địa chỉ IP nguồn hoặc đích (hoặc địa chỉ IPX, Appletalk,…) - Lớp 4 : Chỉ số cổng nguồn hoặc đích.
- Định danh giao thức IP (PID).
Lý do các chỉ số cổng và PID được dùng trong FEC và quá trình quyết định chuyển tiếp bởi các trường này là loại lưu lượng nằm trong tải trọng dữ liệu đồ IP. Ví dụ, một PID có thể được mã hoá bởi bộ phát của dữ liệu đồ gốc để biểu thị rằng tải trọng là lưu lượng OSPF. Một router có thểđược lập trình để xử lý lưu lượng này nếu PID chỉ ra tải trọng là lưu lượng UDP hay TCP. Nếu quả thực tải trọng chứa lưu lượng TCP hoặc UDP thì chỉ số cổng trong mào đầu TCP hoặc UDP sẽ chỉ ra loại tải trọng nào nằm trong phần còn lại của gói. Ví dụ, chỉ số cổng đích được mã hoá để chỉ ra lưu lượng là thoại, thưđiện tử, truyền file,… Do đó, các trường này trở nên khá quan trọng trong các mạng cần hỗ trợ các dịch vụ QoS khác nhau cho các kiểu dữ liệu khác nhau, đó là bản chất hoạt động tốt.
3.2. Các phương pháp chỉđịnh nhãn
Sự phân chia giá trị tới các gói phụ thuộc vào người sản xuất hoặc tiêu chuẩn được thiết lập. Phần này của chương giới thiệu các khái niệm của chỉđịnh nhãn.
3.2.1. Sự liên kết cục bộ và từ xa
Remote
Hình 3.2. Liên kết nội hạt và từ xa
Thuật ngữ liên kết ám chỉ sự hoạt động tại một router chuyển mạch nhãn mà ở đó một nhãn được liên kết với một FEC. Như hình 3.2, chỉ định nhãn cục bộ là một quá trình mà router cục bộ thiết lập mối quan hệ giữa một nhãn và một FEC. Router có thể thiết lập mối liên hệ này ngay khi nó nhận lưu lượng hoặc khi nó nhận được thông tin điều khiển từ dòng dữ liệu lên hoặc dòng xuống của router bên cạnh. Liên kết từ xa là quá trình mà một nút bên cạnh phân cho một liên kết tới nút cục bộ. Đặc biệt, điều này được thực hiện với các bản tin điều khiển như bản tin phân phối nhãn.
3.2.2. Liên kết dòng lên và dòng xuống Ru Rd Ru Rd Luồng của lưu lượng Dòng xuống Dòng lên Hình 3.3. Liên kết dòng xuống và dòng lên Như chỉ ra trong hình, chỉ định nhãn dòng xuống ám chỉ một phương pháp mà việc chỉđịnh nhãn được thực hiện bởi LSR dòng xuống. Thuật ngữ dòng xuống ám chỉ phương hướng mà một gói tin người dùng được gửi. Khi router dòng lên gửi một gói tới router dòng xuống, thì gói đã được xác định như một phần của FEC và nhãn được liên kết với FEC này. Do đó, nhãn là nhãn đầu ra dòng lên của router và là nhãn đầu vào dòng xuống của router. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.3. Liên kết điều khiển và liên kết dữ liệu chuyển động
Phạm trù lớn của liên kết điều khiển chống lại dữ liệu chuyển động hoặc luồng chuyển động được phân biệt như sau. Liên kết điều khiển được thiết lập trước với bản tin điều khiển hoặc dùng những lệnh thủ công tại nút. Liên kết dữ liệu (hoặc điều khiển luồng) xảy ra rất linh hoạt dựa trên sự phân tích dòng gói. Những ý tưởng này được minh hoạ trong hình 3.4.
Luồng của lưu lượng
Hình 3.4. Điều khiển với liên kết luồng
Trong hầu hết hệ thống, cả hai khái niệm được sử dụng cùng nhau. Đầu tiên, một liên kết được thiết lập giữa hai nút thông qua việc dùng giao thức phân bổ nhãn để liên kết một nhãn với một FEC. Sau đó, khi các gói đến một nút LSR (thường là nút đầu vào với mạng chuyển mạch nhãn) nội dung của gói thích hợp với FEC này sẽ
Router Router
Router Router
Điều khiển: Chuẩn bị trước hoặc tìm kiếm bản tin điều khiển. Dữ liệu: tạo ra bởi khối dữ liệu
được kiểm tra. Giá trị nhãn thích hợp được đem về từ bảng và được đặt vào mào đầu nhãn của gói.
3.3. Không gian nhãn và sự phân nhãn
Nhãn có thể được phân giữa các LSR bởi một hoặc hai phương pháp. Để giải thích điều này, thuật ngữ không gian nhãn để chỉ ra cách thức mà một nhãn được kết hợp với một LSR.
Không gian nhãn giao diện
Không gian nhãn 1-5000 Không gian nhãn 1-5000 Không gian nhãn nền Không gian nhãn 1-5000
Hình 3.5. Không gian nhãn và phân nhãn.
Phương pháp đầu tiên là giao diện không gian nhãn. Nhãn được kết hợp với một giao diện đặc trưng ở một LSR như DS3 hoặc giao diện SONET. Hoạt động chung của phương pháp này thực hiện trên mạng ATM và Frame Relay, nơi các nhãn định danh kênh ảo được liên kết với một kênh ảo. Điều này chỉ được dùng khi hai nút ngang cấp kết nối trực tiếp thông qua một giao diện. Nếu một LSR dùng một giá trị giao diện để giữ dấu vết của các nhãn ở mỗi giao diện thì giá trị một nhãn có thểđược dùng lại tại mỗi giao diện. Khi đó định danh giao diện này trở thành một nhãn nội bộ trong LSR đối với nhãn bên ngoài được gửi đi giữa các LSR.
Phương pháp thứ hai là nền không gian nhãn. Ở đây, các nhãn đầu vào được chia xẻ dọc theo tất cả các giao diện tham gia tại một nút. Điều này nghĩa là nút này phải chỉ định không gian nhãn dọc theo tất cả các giao diện. Sự lựa chọn các phương pháp này là đặc trưng hoạt động mặc dù phương pháp giao diện không gian nhãn là phổ thông hơn. Giao diện A Giao diện B Tất cả giao diện
3.4. Router biên và miền chuyển mạch nhãn
Hình 3.6 chỉ ra ba LSR (A, B, C) và hai host với địa chỉ 191.168.1.1 và 191.168.1.2. LSR A và C được gói là LSR biên bởi chúng nằm ở biên của mạng chuyển mạch nhãn.
User 191.168.1.2
1.Gửi gói
2. Phân Router biên A nhãn 21 Switch B 3.Phân nhãn 30 4. Phân nhãn 21 Router biên C Miền chuyển mạch 5.Phân nhãn 55 nhãn User 191.168.1.1 Hình 3.6. Sự phân nhãn.
Miền chuyển mạch nhãn có thể chứa một hoặc nhiều hơn các mạng vật lý. Ranh giới của miền này được thiết lập bởi nhà quản lý mạng. Trong ví dụ này, hai host không nằm trong miền chuyển mạch nhãn. Điều này nghĩa là các host không thực hiện bất cứ một hoạt động chuyển mạch nhãn nào nếu chúng không được khởi xướng bởi các LSR biên. Chúng liên lạc với các địa chỉ IP thông thường (như 191.168.1.1 và 191.168.1.2) nhưng trong ví dụ này các luồng lưu lượng được phân nhãn bởi các router biên. Các host này có thể nằm trên một mạng cục bộở nơi kinh doanh sản xuất hoặc chúng kết nối tới các router thông qua các liên kết dial – up bình thường.
Bước 1, nút phía trên gửi một gói tới LSR A. Gói này bị kiểm tra các trường thích hợp để thiết lập một FEC. Dựa trên sự kiểm tra này, LRS A đưa ra quyết định cách thức xử lý gói này. Nếu nó phụ thuộc vào các hoạt động của nhãn, LSR sẽ thông báo cho host 191.168.1.2 trong bước 2 bởi việc phân một nhãn (chỉ số 21) vào luồng
a
b - - d
a - - c
d - - a
FEC. Bước 3, 4 và 5 chỉ ra các liên kết dòng lên. Các liên kết này diễn ra thông qua giao thức phân bổ nhãn.
Trong hình 3.6 thì a, b, c và d là các giao diện đầu vào và ra ở mỗi trạm host như SONET hay liên kết DS1. Trong ví dụ này, nhãn được liên kết với một giao diện đặc trưng ở mỗi nút.
Vai trò của các host và LSR (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các trạm host ởđây có thể không phải các thiết bịđầu cuối người dùng như PC hay điểm làm việc. Chúng là các router nội hạt hoặc các server đặt giữa mạng công ty và các LSR biên. Với cách nhìn này chúng là các thiết bị thụ động trong hoạt động chuyển mạch nhãn mặc dù phần mềm chuyển mạch nhãn phải thể hiện tất cả các thiết bị này. Điều này bắt nguồn từ mạng ATM và Frame Relay mà ở đó các nhãn được phân bởi switch của nhà cung cấp mạng tới các các router hoặc switch nội hạt của thuê bao.
3.5. Ống chuyển mạch nhãn
Mạng Internet
Hình 3.7. Ống chuyển mạch nhãn
Hình vẽ miêu tả việc gửi một gói tới router biên. Router này kiểm tra các trường liên quan trong header của FEC. Nó quyết định phân một nhãn vào gói này cũng như xử lý gói theo các nào đó như chuyển tiếp gói tới hàng đợi lối ra. Gói này được đóng gói vào gói đầu ra và chỉ số nhãn 88888 được đặt vào mào đầu của gói đầu ra.
Ý tưởng này gọi là ống chuyển mạch nhãn mà ởđó gói nội bộ không được kiểm tra bởi các LSR nội bộ trong mạng. Chúng chỉ liên quan tới quá trình xử lý nhãn của
IP nguồn =191.168.1.2 IP đích = 191.168.1.1 PID = “UDP”:17 Cổng nguồn=3500 Cổng đích=8000 IP nguồn =191.168.1.2 IP đích = 191.168.1.1 PID = “UDP”:17 Cổng nguồn=3500 Cổng đích=8000 IP nguồn =191.168.1.2 IP đích = 191.168.1.1 PID = “UDP”:17 Cổng nguồn=3500 Cổng đích=8000 8000
mào đầu gói đầu ra. Tại nút đầu ra gói được mở và địa chỉ IP đích cùng với các định danh khác được sử dụng để quyết định cách gói được xử lý ở nút nhận.
3.6. Sự trao đổi nhãn
Nhãn bị thay đổi giá trị khi gói truyền qua miền chuyển mạch nhãn. Mỗi LSR chấp nhận một gói đi vào và thay đổi giá trị của nhãn trước khi nó gửi gói tới nút tiếp theo trong tuyến đường định tuyến. Hoạt động này gọi là thay đổi nhãn.
User 191.168.1.2 Switch A Nhãn 21 Nhãn 30 Switch B Nhãn 21 Switch C Nhãn 55 User 191.168.1.1 Hình 3.8. Trao đổi nhãn
Hình vẽ miêu tảđường đi trong bảng chuyển mạch nhãn cho một LSP giữa các người dùng 191.168.1.2 và 191.168.1.1. Trong đó:
Nhãn 21 : Định danh LSP giữa người dùng 191.168.1.2 với switch A 21.a : giao diện đầu ra tại 191.168.1.2
21.b : giao diện đầu vào tại switch A
Nhãn 30 : Định danh LSP giữa switch A với switch B a b - - d a - - c d - - a c 191.168.1.2 =21.a 21.b-30.d 30.a-21.c 21.d-55a 191.168.1.1 =55.c
30.d : giao diện đầu ra tại switch A 30.a : giao diện đầu vào tại switch B
Nhãn 21 : Định danh LSP giữa switch B với switch C 21.c : giao diện đầu ra tại switch B
21.d : giao diện đầu vào tại switch C
Nhãn 55 : Định danh LSP giữa switch C với người dùng 191.168.1.1 55.a : giao diện đầu ra tại switch C
55.c : giao diện đầu vào tại 191.168.1.1 Một số chú ý đối với ví dụ trên:
- Thứ nhất, việc liên kết các nhãn với FEC phải thực hiện tại mỗi trạm tham gia trong LSP.
- Thứ hai, một nhãn được tương đương với giao diện đầu ra bên gửi và giao diện đầu vào bên nhận. Khi các nhãn đã được liên kết, chúng có thể sử dụng lại tại giao diện của các switch hoặc trạm người dùng. Trong một ý nghĩa thì các chỉ số giao diện tại một switch diễn tả các nhãn nội bộđối với kết nối này.
- Thứ ba, sự lựa chọn các nhãn là vấn đề giữa người dùng và switch liền kề nó hoặc giữa các switch liền kề. Do vậy, không có yêu cầu nào đòi giữ các nhãn rõ ràng trong các giao diện và khi đi qua mạng (ví dụ nhãn 21 được dùng hai lần).
- Thứ tư, ví dụ chỉ ra việc liên kết nhãn (giữa các nút) là theo một chiều duy nhất. Khi có sự liên kết theo hai hướng thì phải dùng bảng chuyển mạch nhãn. Ví dụ, khi lưu lượng được truyền từ switch C sang switch B thì bảng chuyển mạch nhãn sẽ