Một lƣu lƣợng nguồn ATM đƣợc đặc trƣng bởi những mô tả lƣu lƣợng sau: Tốc độ cell đỉnh (PCR)
Tốc độ cell đƣợc duy trì (SCR) Kích cỡ cụm cực đại (MBS)
PCR là tốc độ cell cực đại của nguồn. SCR là một tốc độ cell trung bình giới hạn dài và vì thế, thấp hơn PCR. MBS chỉ rõ số các cell cực đại có thể đƣợc phát bởi nguồn tại PCR trong khi vẫn tuân theo SCR thoả thuận. MBS miêu tả nhân tố tràn của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
các kết nối. Lƣu lƣợng CBR đƣợc đặc trƣng bởi PCR. Lƣu lƣợng VBR đƣợc đặc trƣng bởi PCR, SCR, và MBS. Với lƣu lƣợng UBR, không có đặc trƣng lƣu lƣợng đƣợc cần đến. Bảng 4.1 chỉ ra các tham số QoS và lƣu lƣợng cho các loại dịch vụ ATM.
Bảng 4.1 Các tham số QoS và mô tả lưu lượng cho các loại dịch vụ ATM
Thuộc tính CBR Rt-VBR Nrt- VBR UBR ABR
PCR,CDVT Đã xác định Đã xác định Đã xác định Đã xác định Đã xác định
SCR,
MBS,CDVT
n/a Đã xác định Đã xác định n/a n/a
MCR n/a n/a n/a n/a Đã xác định
CDV đỉnh- đỉnh Đã xác định Đã xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định MaxCTD Đã xác định Đã xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định CLR Đã xác định Đã xác định Đã xác định Chƣa xác định Mạng riêng Phản hồi Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Đã xác định 4.4.3 Các kiểu AAL
Các dịch vụ ATM đƣợc hỗ trợ bởi lớp AAL nhƣ sau: AAL loại 1: nguồn CBR, ví dụ nhƣ thoại qua ATM
AAL loại 2: các ứng dụng VBR bao gồm các gói PDU mà kích thƣớc ngắn hơn một cell, ví dụ thoại qua ATM đã triệt khoảng lặng.
AAL loại 3 và 4: hƣớng kết nối hoặc không hƣớng kết nối
AAL loại 5: Các giao thức lớp cao hơn định hƣớng kết nối; Các ứng dụng VBR bao gồm các PDU dài hơn một cell, ví dụ IP/ATM, FR/ATM.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Kết luận chƣơng:
Chƣơng IV đã trình bầy khá chi tiết về giao thức truyền bất đồng bộ ATM. So với giao thức IP thì ATM có nhiều điểm khác biệt, thứ nhất ATM là giao thức lớp 2 nên hoạt động của các thiết bị ATM là chuyển mạch trong khi giao thức IP lại làm việc ở lớp 3 và hoạt động chính là định tuyến. ATM là giao thức hƣớng kết nối còn IP là giao thức không kết nối. So với giao thức IP thì ATM hỗ trợ QOS tốt hơn bởi những lý do sau: thứ nhất ATM là giao thức hoạt động khá giống với chuyển mạch kênh, trƣớc khi thực hiện truyền các tế bào thì mạng ATM đã thành lập trƣớc một đƣờng ảo pvc, khi các gói đi qua các nút mạng có chỉ kiểm tra các địa chỉ vpi/vci rồi tiến hành chuyển tiếp gói tin dựa vào địa chỉ đó; thứ hai kích thƣớc gói ATM nhỏ và đồng nhất nên việc lƣu thoát gói tin dễ dàng và nhanh chóng. ATM cũng có chức năng phân lớp các loại kênh truyền khác nhau để phục vụ cho các loại dịch vụ khác nhau nhƣ CBR, rt-VBR, nrt-VBR, UBR. ATM rất phù hợp với các giao thức thời gian thực nhƣ VOIP, truyền các dữ liệu đa phƣơng tiện. Giao thức ATM đƣợc ứng dụng rất rộng rãi hiện nay trong các mạng băng rộng nhƣ mạng xDSL, mạng backbone, nó đƣợc kết hợp với một số giao thức khác để ra đời những giao thức mới và đƣợc áp dụng trong những mục đích khác nhau cụ thể là:
- IPoA (IP over ATM) – để truyền tải các gói IP qua mạng ATM
- IPoEoA (IP over Ethernet over ATM) – để truyền tải các khung Ethernet qua mạng AMT
- PPPOA (Point-to-Point over ATM) – để truyền tải các khung point to point qua mạng ATM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƢƠNG 5:
QOS TRONG GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS Đặt vấn đề:
Lƣợng lƣu lƣợng trên mạng IP đang phát triển một cách bùng nổ, cứ vài tháng là nó lại tăng gấp đôi. Và vào lúc này, mạng IP ngày nay không thay đổi đủ nhanh để phù hợp với yêu cầu. Trong mạng hƣớng liên kết nhƣ là mạng chuyển mạch ghép kênh phân chia theo thời gian TDM, nơi các kênh đƣợc tổ chức trong các nhóm trung kế và thiết bị chuyển mạch có thể đƣợc sử dụng để lựa chọn định tuyến theo thời gian thực, kỹ thuật lƣu lƣợng có thể đƣợc sử dụng để cân bằng lƣu lƣợng qua mạng.
Trong hầu hết các mạng IP thƣơng mại, định tuyến là tĩnh, và tất cả lƣu lƣợng IP tự động chiếm lấy đƣờng “ngắn nhất”. Vì lý do này, băng thông trong các mạng IP không đƣợc phân bố một cách tối ƣu. Trong khi một phần của mạng IP bị tắc nghẽn thì các phần khác vẫn có dƣ thừa băng thông. Không giống nhƣ mạng chuyển mạch kênh, mạng IP không dễ dàng hiện kỹ thuật lƣu lƣợng cho chính nó.
Chuyến mạch nhãn đa giao thức MPLS là một giải pháp cho vấn đề gặp phải trong mạng IP và một số trƣờng hợp mở rộng trong mạng ATM. MPLS cung cấp 1 cơ chế kỹ thuật lƣu lƣợng cho mạng chuyển mạch gói nhƣ mạng IP hay ATM.
Trong trƣờng hợp này, MPLS có thể hỗ trợ IP DiffServ, và có thể đƣợc sử dụng kết hợp với IP DiffServ.
Mạng ATM có một cơ sở hạ tầng mạng hƣớng liên kết dựa trên các liên kết ảo và phù hợp ý tƣởng với MPLS. Cụm từ “multiprotocol” trong MPLS nghĩa là MPLS có thể tích hợp với bất kỳ giao thức lớp mạng nào, điều đó nghĩa là nó độc lập với các giao thức lớp cao hơn trên lớp MPLS.
5.1 Cơ sở lý thuyết của MPLS
5.1.1 Sự chuyển tiếp gói IP thông thường
Để hiểu rõ những giá trị của MPLS, trƣớc hết chúng ta tìm hiểu xem các router IP chuyển tiếp gói tin nhƣ thế nào. Hình 5.1 thể hiện cách định tuyến IP thông thƣờng. Tại mỗi router trong mạng IP, một gói đƣợc chuyển tiếp tới router tiếp theo dựa trên 1 bảng định tuyến. Một bảng định tuyến đƣợc lập trình trong router và còn tồn tại cố định cho tới khi nó bị thay đổi bằng tay bởi ngƣời quản trị mạng
Tại mỗi router, có một số hạn chế port output mà một gói có thể đƣợc định tuyến. Các gói đến trƣớc tiên đƣợc ánh xạ đến “các lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng” (Forwarding Equivalence Classes - FEC). Tất cả các gói trong một lớp FEC đƣợc định tuyến tới cùng một cổng ra. Theo quan điểm của định tuyến, tất cả các gói đƣợc nhóm trong cùng một FEC là giống nhau và đƣợc chuyển tiếp theo cùng một đƣờng. Nhƣ trong hình 5.1, khi một gói đến router, router trƣớc tiên kiểm tra header của gói
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
và dựa trên các thông tin có trong header, ánh xạ gói vào một FEC. Mỗi lần gói đƣợc ánh xạ vào môt FEC, bảng định tuyến chỉ ra cổng ra nào mà gói của FEC đó có thể đƣợc chuyển tiếp đến.
Gói
IP router Hop router kế tiếp
Gói đến FEC Địa chỉ hop kế tiếp Phân chia gán
Các chức năng IP router thông thƣờng
Hình 5.1: Chức năng định tuyến IP chuẩn
Các router IP thông thƣờng chỉ hỗ trợ rất giới hạn số các FEC, ví dụ theo địa chỉ IP đích. Sự phân chia FEC đa chiều là khó khăn vì việc xử lý gói mạng và vấn đề mở rộng. Tại mỗi router, quá trình này đƣợc lập lại: header gói tin đƣợc kiểm tra lại, và việc ánh xạ gói tin vào một FEC và ánh xạ tới cổng ra đƣợc lập lại. Quá trình kiểm tra header của gói chiếm dụng nhiều tài nguyên và tốn nhiều thời gian.
5.1.2 Các cải tiến của MPLS
MPLS không bỏ qua chuyển tiếp gói. Vậy thì ƣu điểm của sử dụng MPLS là gì? Bằng cách sử dụng nhãn hơn là sử dụng thông tin chứa trong header IP, quá trình xử lý phức tạp trong chuyển tiếp gói đƣợc đơn giản hóa và nhanh gọn. Ƣu điểm này tƣơng tự nhƣ ƣu điểm của hệ thống “zip code” đựoc sử dụng trong dịch vụ thƣ tín của Mỹ. Sử dụng các zip code thay vì các điạ chỉ thông thƣờng làm cho việc chuyển phát nhanh hơn.
Còn nhiều lợi ích khác khi sử dụng MPLS. MPLS cung cấp một định nghĩa kỹ thuật lƣu lƣợng của mạng chuyển mạch gói. Bằng việc sử dụng các nhãn trên đỉnh các header có sẵn của mỗi gói, MPLS có thể hƣớng dẫn các gói lƣu lƣợng tới các đƣờng dẫn đã đƣợc tính trƣớc, mà nó có thể khác với các đƣờng dẫn các gói có thể sẽ tự động nhận lấy. Các đƣờng lƣu lƣợng có thể dễ dàng đƣợc vẽ lại 1 cách đơn giản bằng cách sử dụng các nhãn khác nhau mà không cần sự thay đổi nội dung của các header của gói. Kể từ đây, với MPLS, chuyển tiếp gói đƣợc dựa trên việc xử lý nhãn đơn giản và không còn dựa trên việc xử lý các header có sẵn của gói tin, chuyển tiếp trong MPLS có thể đƣợc thực hiện tại các thiết bị không có khả năng chuyển tiếp gói nguyên bản. Trong thực tế, cụm từ “multi-protocol” có nghĩa là MPLS có khả năng độc lập với các giao thức gói ban đầu. Trong MPLS, các nhãn có thể đƣợc xác định cho các gói dựa trên các yếu tố khác hơn là dựa trên nội dung header gói ban đầu, ví dụ, xác định cổng đến, xác định router biên vào… Việc nhóm các lớp lƣu lƣợng cho
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
việc đánh nhãn rất linh hoạt và có thể đƣợc thực hiện không phụ thuộc vào các cấu trúc định tuyến gói ban đầu.
5.1.3 Kiến trúc MPLS
Kiến trúc MPLS đƣợc định nghĩa trong văn bản RFC 3031. Liên hệ với hình 5.1, một node MPLS là một node có khả năng chuyển tiếp gói dựa trên nhãn. Một vùng MPLS là một tập hợp liền kề các node MPLS và là một vùng định tuyến, quản lý đƣợc, ví dụ, một ISP (Internet Service Provider).
Gói Node vào Node ra LSR LSP Miền MPLS LSR LER LER Hình 5.2: Khiến trúc của MPLS
Các node ingress, egress MPLS là các node biên mà lƣu lƣợng khi đi vào hoặc đi ra khỏi miền MPLS phải thông qua nó. Một router chuyển mạch nhãn (LSR) là một node MPLS có khả năng chuyển tiếp các gói lớp 3 truyền thống. Một router chuyển mạch nhãn biên (LER) là 1 LSR tại biên vào hay biên ra.
Một chặng đƣờng chuyển mạch nhãn là một chặng giữa 2 node MPLS, mà ở đó chuyển tiếp gói sử dụng các nhãn. Một đƣờng chuyển mạch nhãn (LSP) là một đƣờng đƣợc định tuyến qua một hay nhiều LSR theo mức độ phân cấp của các gói trong phần FEC.
Trong MPLS, mỗi gói đƣợc gán một nhãn. Các gói thuộc cùng một FEC đƣợc gán cùng một nhãn. Một nhãn chỉ có giá trị nội bộ, và có thể đƣợc ánh xạ tới các nhãn khác khi một gói đi qua mạng.
5.2 Mã hóa nhãn
Có hai kiểu kỹ thuật mã hóa nhãn trong MPLS:
Sử dụng một nhãn mới cho MPLS ví dụ nhƣ Shim header
Sử dụng thông tin có sẵn trong liên kết dữ liệu hoặc trong các nhãn của lớp mạng nhƣ VCI hay VPI trong ATM header.
5.2.1 MPLS shim header
MPSL shim header đƣợc định nghĩa theo chuẩn RFC 3032. Hình 5.3 mô tả MPLS shim header. Shim header đƣợc chèn vào header lớp 2 và lớp 3. Nó có độ dài 32 bit trong đó 20 bit đƣợc sử dụng để xác định nhãn. 3 bit trong trƣờng EXP đƣợc dành riêng cho mục đích thử nghiệm. Trƣờng EXP sẽ đƣợc thảo luận sau trong phần
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MPLS hỗ trợ DiffServ liên quan tới nhƣ E-LSP. Một bit trong trƣờng stack đƣợc sử dụng để tạo một ngăn xếp nhãn, và chỉ ra sự hiện diện của một ngăn xếp nhãn. Tám bít trƣờng Time to Live tƣơng tự nhƣ trƣờng TTL của các giao thức khác, ví dụ, IP header, và nó bị giảm đi tại mỗi LSR.
Tiêu đề lớp 2 Nhãn 20bit EXP 3bit S 1 bit TTL 8 bit Tiêu đề lớp 3 Dữ liệu Chèn tiêu đề MPLS (32 bit) Hình 5.3: Đầu mào MPLS Tiêu đề L2 Lm Lm-1 . . . . L1 Tiêu đề lớp 3 Tải trọng M nhãn Hình 5.4: Xếp chồng nhãn độ sâu m
Các nhãn đƣợc tổ chức một cách có thứ tự trong ngăn xếp nhãn (stack). Hình 5.4 cho thấy tất cả m Shim header MPLS đƣợc xếp chồng lên nhau và ở trên header lớp 3 nhƣ 1 ngăn xếp. Mỗi shim header xác định một nhãn riêng biệt. Nhãn ở dƣới cùng của ngăn xếp hay là nhãn gần header lớp 3 nhất là nhãn level 1, và nhãn ở trên đỉnh ngăn xếp là nhãn level m. Một ngăn xếp nhãn có độ dài 0 là một ngăn xếp rỗng và nó liên kết với 1 gói không gán nhãn. Một ngăn xếp nhãn đƣợc sử dụng để tạo ra một thứ tự các đƣờng hầm MPLS, nhƣ một đƣờng hầm trong một đƣờng hầm khác nhà cứ nhƣ thế.
5.2.2 Mã hóa nhãn qua mạng ATM
5.2.2.1 Mã hóa ATM SVC
Từ khi ATM là 1 mạng chuyển mạch gói hƣớng liên kết, nó cung cấp 1 cơ sở hạ tầng rất dễ dàng thích ứng với việc triển khai MPLS. Các trƣờng VPI và VCI trong ATM đƣa ra một định nghĩa thích nghi với việc đánh nhãn MPLS. Hình 5.5 thể hiện một LSP đƣợc tạo ra bằng việc sử dụng một SVC. Nhãn MPLS trong trƣờng hợp này là sự kết hợp của VPI và VCI.
IP Packet
Switch ATM Switch ATM SVC VPI=3 VCI=7 Các cell ATM VPI=3 VCI=7 Gói đến Hình 5.5: MPLS LSP sử dụng ATM SVC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5.2.2.2 Mã hóa ATM SVP
Hình 5.6 thể hiện 1 LSP với 1 ngăn xếp nhãn có độ dài 2 đƣợc tạo ra bằng việc sử dụng 2 trƣờng VPI và VCI. Trong ví dụ này, trƣờng VPI đƣợc sử dụng nhƣ là nhãn level 2 và VCI là nhãn level 1. VPI xác định 1 đƣờng hầm LSP và VCI xác định 1 đƣờng hầm khác bên trong đƣờng hầm VPI.
SVP
Các cell ATM VPI=3 VCI=7 IP Packet
Gói đến Switch ATM Switch ATM
LSP mức 2 VPI=3 VCI=7
LSP mức 1 VPI=3
Hình 5.6: MPLS LSP sử dụng ATM SVP
5.2.2.3 Mã hóa đa điểm ATM SVC
Hình 5.7 là sự hòa trộn của 2 ví dụ đã đề cập ở trên. Trong trƣờng hợp này, trƣờng VPI đƣợc sử dụng nhƣ là nhãn level 2 nhƣ trong ví dụ hình 5.6. Tuy nhiên, trong ví dụ ở hình 5.7 này, chỉ 1 phần của trƣờng VCI đƣợc sử dụng nhƣ là nhãn level 1. Phần còn lại của trƣờng VCI đƣợc sử dụng để nhận diện đầu vào LSP. Trong ví dụ này, các tế bào ATM từ các gói khác nhau có thể mang các giá trị VCI khác nhau.
SVP
Các cell ATM VPI=3 VCI=7 IP Packet
Gói đến Switch ATM Switch ATM
LSP mức 2 VPI=3 VCI=7 LSP mức 1 VPI=3 ID LSP đầu vào VCI=59
Hình 5.7: MPLS LSP sử dụng ATM SVP mã hóa đa điểm
5.3 Hoạt động của MPLS
5.3.1 Ánh xạ nhãn
5.3.1.1 Ánh xạ nhãn vào (ILM)
Ánh xạ nhãn vào là 1 bảng chuyển mạch nhãn tƣơng tự nhƣ bảng định tuyến IP trong các router IP. Nó thƣờng đƣợc MPLS dùng để chuyển tiếp các gói đã đƣợc dán nhãn. Hình 5.8 trình bày về ILM. ILM ánh xạ nhãn của 1 gói đến tới NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Trong các lối ra trong NHLFE là Hop tiếp theo và 1 ngăn xếp nhãn đƣợc thực hiện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Gói đã dán nhãn Gói LSR Hop kế tiếp LSR Ánh xạ nhãn vào (ILM) Hình 5.8: Ánh xạ nhãn vào
5.3.1.2 Ánh xạ FEC tới NHLFE (FTN)
Phép ánh xạ từ FEC tới NHLFE (FTN) tƣơng tự nhƣ ILM. Sự khác biệt cơ bản là ánh xạ FTN đƣợc sử dụng cho việc chuyển tiếp các gói không dán nhãn mà nó cần phải đƣợc dãn nhãn trƣớc khi đƣợc chuyển tiếp. Hình 5.9 trình bày ánh xạ FTN.
Gói không gán nhãn