Mô hình OSI Tầng Vật lý Tầng Liên kết Tầng Vận chuyển Tầng Mạng Tầng Ứng dụng Tầng Trình bày Tầng Phiên Tầng Vật lý ATM-FR_Ethernet_PPP Internet Protocol IP MPLS
Cấu trúc mạng MPLS: Một cách tổng quát, cấu trúc mạng MPLS gồm có 2 phần biên và lõi. Chức năng các thành phần trong mạng tách biệt. Chức năng chuyển mạch nhãn và chuyển gói có xu hướng tập trung ở phần lõi, chức năng xử lý gói và định tuyến được đẩy về thành phần biên. Bộđịnh tuyến biên LER (Label Edge Router) là phần tử biên của mạng MPLS thường được tích hợp các giao thức định tuyến MPLS và IP. Phần tử này còn được gọi là bộ định tuyến PE (Provider Edge). Tùy theo vị trí của LER đối với chiều đi của gói tin gọi LER là bộđịnh tuyến
đầu vào (Ingress) hay đầu ra (Egress). Bộđịnh tuyến lõi LSR (Label Switch Router) là phần tử
nằm trong mạng MPLS, thực hiện chức năng định tuyến dựa trên việc chuyển mạch nhãn. Phần tử
này còn được gọi là bộđịnh tuyến P (Provider).
Nguyên tắc chuyển mạch nhãn MPLS: Gói tin chưa được gán nhãn MPLS được chuyển đến LER để chuyển qua mạng MPLS, LER sẽ xác định và phân loại gói tin vào các lớp gọi là lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class). Phần Header MPLS của gói tin sẽ được thêm bằng cách chèn thêm một hoặc nhiều nhãn trước gói tin. Sau đó, gói tin được chuyển
đi trên tuyến logic gọi là hầm (Tunnel) để đến Router kế tiếp trên đường đến đích. Việc ấn định FEC dựa trên một phần hoặc toàn bộđịa chỉ lớp mạng đích. Các gói tin thuộc cùng một FEC sẽ được chuyển đi trên cùng một tuyến gọi là LSP (Label Switch Path). Cơ chế chuyển gói theo các LSP cho thấy tính định hướng kết nối của MPLS.
Hình 6.13 Nguyên tắc hoạt động của MPLS
Cơ chế phân phối nhãn nhằm mục đích trao đổi các thông tin liên kết nhãn trong mạng MPLS
đảm bảo cho các bộđịnh tuyến liền kề có thể cập nhật, duy trì và thống nhất với nhau về giá trị nhãn cho các FEC (biểu thị bởi trường Destination) trong cơ sở dữ liệu nhãn. Cơ chế này có thể dựa trên giao thức định tuyến BGP, OSPF, RSVP-TUNNELS hoặc giao thức phân phối nhãn chuyên dụng LDP (Label Distribution Protocol). Việc trao đổi thông tin nhãn trong MPLS theo nguyên tắc ngang hàng. Có 4 loại bản tin trong LDP: Discovery, Session, Advertisement và Notification.
Cơ chế xử lý nhãn và chuyển gói tin: Khi một gói tin đã được gán nhãn MPLS được chuyển
đến LSR, phần nhãn ngoài cùng sẽđược phân tích. Tùy theo nội dung của nhãn, một trong ba thao tác sau đây sẽ được thực hiện lên chồng nhãn: tráo đổi hay thay nhãn mới (Swap), lấy nhãn ra (Pop), thêm nhãn vào (Push).
IP1
Các gói tin đến từ các địa chỉ khác nhau có thể tập hợp chung vào một tuyến FEC IP2 IP1 IP1 #L1 #L1 IP1 IP1 #L1 #L1 IP1 IP1 #L1 #L1 LSP IP1 IP2 LER LSR LSR LER LSP LSP
Thao tác Push sẽ cộng thêm nhãn vào phía trước của phần nhãn đang có, nghĩa là đóng gói tin (Encapsulating) vào phân lớp khác trong MPLS. Quá trình này cho phép gói tin MPLS được định tuyến theo cơ chế phân cấp (Hierarchical Routing), đặc biệt là được sử dụng cho dịch vụ VPN.
Cơ chếđiều khiển lưu lượng và chất lượng dịch vụ trong MPLS: MPLS hỗ trợ chức năng
điều khiển lưu lượng nhờ quản trị mạng tạo ra LSP theo phương pháp định tuyến cưỡng bức để đảm bảo chất lượng dịch vụ hoặc giảm lưu lượng tải qua các nút chuyển tiếp tránh tắc nghẽn trong các tình huống đặc biệt. Với cơ chếđịnh tuyến ràng buộc, người quản lý mạng lập trình các điều kiện ràng buộc và mạng MPLS sẽ tự động thực hiện việc định tuyến thỏa mãn các điều kiện trên. Cơ chế này được hỗ trợ bởi báo hiệu LDP để tạo ra các CR-LSP (Compulsory Routing - LSP). MPLS hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên cơ sở phân loại các luồng lưu lượng theo độ trễ, băng tần... Tại biên của mạng, luồng lưu lượng được nhận dạng thông qua việc phân tích một số trường trong Header của gói tin để phân loại chúng vào các FEC để chuyển đi trong các LSP có thuộc tính CoS hay QoS. Thông tin CoS có thểđược truyền trong nhãn của mỗi gói hoặc được gán ngầm định cho LSP. Thông tin QoS được hỗ trợ trong trường hợp mạng MPLS chạy trên nền ATM. Vấn đề đặt ra trong MPLS là tiêu chí để phân loại gói tin thành các FEC. Điều này phụ thuộc nhiều vào công nghệ xử lý gói tải tin.
Đánh giá công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS:
a. Ưu điểm: Công nghệ MPLS đơn giản, có thể giải quyết được vấn đềđộ phức tạp và khả
năng mở rộng mạng. Có thể thay thế công nghệ ra đời trước đó như Frame Relay, ATM. Có thể
nói MPLS hội tụ những ưu điểm của cơ chếđịnh tuyến gói IP và cơ chế hoán đổi nhãn của ATM, cho phép giảm thiểu thời gian xử lý gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến IP. Nhãn MPLS đơn giản, kích thước nhỏ và linh hoạt. Có thể xếp nối tiếp nhãn để tạo thành chồng nhãn có độ phức tạp cao, rất tiện lợi cho việc đánh địa chỉ và truy tìm.
Nếu so sánh với ATM thì MPLS có ưu điểm là không cần đến các giao thức điều khiển báo hiệu hay chuyển mạch tế bào phức tạp như ATM. Kích thước gói MPLS lớn hơn nhiều so với tế
bào ATM nên giảm đáng kể thông tin tiêu đềđóng gói tải tin. Mạng truyền thông hiện đại , công nghệ mạng quang với tốc độ cực lớn (10Gbit/s) không chỉ chuyển tải được các gói tin có độ dài 1518 byte (kích thước cực đại của gói Ethernet) mà còn chuyển tải được gói tin MPLS có kích thước tải tin bất kỳ. Tóm lại, MPLS cho phép nâng cao độ thông (thông lượng) mạng. Mặc khác, MPLS duy trì được chức năng kiểm soát lưu lượng và điều khiển ngoài băng như FR hay ATM. MPLS cũng có thể tận dụng cơ sở hạ tầng mạng ATM vì gói tin MPLS có thể chuyển vào kênh ảo ATM và ngược lại. So với giải pháp IP/ATM, IP/MPLS có topo (cấu trúc lên kết) và cấu hình mạng đơn giản hơn.
Ưu điểm của MPLS so với IP là khả năng điều khiển lưu lượng và hỗ trợ kiểm soát chất lượng dịch vụ (cao hơn DiffServ, thấp hơn ATM). MPLS tách bạch rõ ràng chức năng định tuyến với chức năng chuyển tiếp gói (Routing- Forwarding) mặc dù có thể sử dụng lại kiểu định tuyến IP nếu cần.
Nhìn chung, MPLS là công nghệ phù hợp và bắt kịp với xu thế và nhu cầu công nghệ truyền thông hiện tại và tương lai. MPLS hiện tại đang được ứng dụng trong mạng lõi NGN, trong kỹ
b. Hạn chế của MPLS: MPLS không cung cấp dịch vụ đầu cuối (End-Point) để có thể sử
dụng trực tiếp như Ethernet. Về phương diện này, MPLS tương tự như giao thức PPP. MPLS có khả năng bịảnh hưởng bởi lỗi đường truyền cao hơn các công nghệ khác nên phần nào làm giảm
đi độ tin cậy. Đối thủ duy nhất hiện nay của MPLS là giao thức L2TPv3 trong lĩnh vực VPN đặc biệt là trong các mạng có lớp lõi thuần túy là IP.
Xu hướng phát triển: Hướng phát triển mới của MPLS là GMPLS, cung cấp mảng điều khiển chung dựa trên cơ sở IP cho tất cả các lớp. GMPLS sẽ sử dụng kết hợp các thiết bị chuyển mạch gói (bộđịnh tuyến...) và các thiết bị chuyển mạch kênh (SDH..)
6.4. Công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) 6.4.1. Mởđầu