Nói chung, định tuyến lớp mạng được phân chia thành 2 phần. Phần đầu là phần điều khiển và phần 2 là phần chuyển tiếp. Phần chuyển tiếp có một tập hợp các thuật toán mà một định tuyến sử dụng để đưa ra quyết định chuyển tiếp cho một gói tin. Nó có thể chuyển tiếp các gói tin từ đầu vào tới đầu ra thông qua mạng. Một bảng chuyển tiếp bao gồm tất cả các thông tin được sử dụng bởi phần chuyển tiếp. Mặt khác, mặt phẳng điều khiển thì bao gồm các giao thức định tuyến, chúng trao đổi các thông tin định tuyến giữa các bộ định tuyến với các thuật toán, mà các bộ thuật toán sử dụng để chuyển đổi thông tin định tuyến thành một bảng chuyển tiếp. Nhiệm vụ của phần điều khiển là xây dựng và duy trì các bảng chuyển tiếp. Ở trong mạng, thì mỗi bộ định tuyến thực hiện cả 2 phần điều khiển và chuyển tiếp.
Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) là một nhóm của các gói tin IP, nó được chuyển tiếp với cùng một phương thức và qua cùng một đường dẫn. FEC có thể cũng được coi như một chính sách lưu lượng, nó kiểm tra và phân loại dòng lưu lượng theo một tập hợp của các điều kiện và thuộc tính. Lý do mà một bộ định tuyến chuyển tiếp tất cả các gói tin vào trong một FEC là ánh xạ giữa các thông tin được mang trong các tiêu đề lớp mạng của các gói tin và những đề mục trong các bảng chuyển tiếp, thì là nhiều tới một. Kết quả là phương thức nén của các lớp mạng vào trong các phần chuyển tiếp và điều khiển cũng cóthể được áp dụng cho các phương pháp chuyển mạch nhãn MPLS.
2.3.1.1 Phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn MPLS-TP
Phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn có một số đặc tính quan trong sau đây: - Nó có thể hỗ trợ nhiều lớp mạng và các giao thức lớp liên kết dữ liệu - Nó sử dụng một thuật toán chuyển tiếp đơn giản dựa vào sự trao đổi nhãn.
- Nó sử dụng một nhãn được mạng vào trong tiêu đề gói tin, và là một đối tượng độ dài được cố định ngắn, nó có dự phòng nguồn và ngữ nghĩa chuyển tiếp.
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 39
Một đường chuyển mạch nhãn (LSP) trong cấu trúc MPLS phải được thành lập trước sự chuyển tiếp các gói tin ở trong FEC quy định. Chức năng LSP xác định một đừờng vào và một đường ra thông qua mạng được theo sau bởi tất cả các gói tin được gán tới một FCE cụ thể. LSP bao gồm một loạt các LSRs, chúng chuyển tiếp các gói tin cho một FEC cụ thể. LSP của nó cũng có thể mang nhiều hơn một FEC. Hơn nữa, những thuật toán được dung bởi phần chức năng chuyển mạch nhãn để tạo các quyết định chuyển tiếp gói tín, nó (thuật toán) sử dụng 2 nguồn thông tin đó là từ, bảng chuyển tiếp được duy trì bởi bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và các nhãn được mạng trong gói tin.
MPLS-TP bao gồm một số loại LSP đó là: điểm tới điểm một chiều, điểm tới điểm 2 chiều, điềm tới điểm 2 chiều đồng tuyến và điểm tới đa điểm một chiều. Điểm tới điểm một chiều LSPs được hỗ trợ bở kiến trúc MPLS cơ bản và có chức năng giống trong MPLS-TP. Về điểm tới điểm hai chiều LSP, nó bao gồm 2 điểm tới điểm một chiều LSPs giữa 2 LSPs, ví dụ như LSR A và LSR B. Những LSPs này được coi như một cặp đường truyền tải đơn hai chiều. Còn về một điểm tới điểm đồng tuyến 2 chiều LSP là một điểm tới điểm liên kết với LSP 2 chiều với một sự biến đổi, nó là 2 LPSs phần một chiều theo cùng một đường dẫn bên trong mạng. Cuối cùng là LPS một điểm tới đa điểm một chiều thì giống như LPS điểm tới đơi một chiều với một số sự khác biệt quan trọng đó là: Các LST có thể có nhiều hơn 1 cặp của giao diện ra và nhãn đi ra, được kết hớp với các LSP, và bất kỳ gói tin được truyền trên LSP rồi được truyền ra ngoài qua tất cả các giao diện đầu ra liên kết.
Bảng chuyển tiếp được duy trì bởi 1 LSR và nhiều lối vào. Mỗi lối vào bao gồm những nhãn vào và một hoặc nhiều hơn một lối vào con chúng bao gồm các nhãn ra, giao diện đầu ra và các địa chỉ nhảy tiếp theo. Trong trường hợp chuyển tiếp multicast, có thể tồn tại nhiều hơn một lối vào con, và tất cả các gói tin vào trong một giao diện chúng cần gửi ra ngoài tới nhiều giao diện ra. Hình 2-8, cung cấp một ví dụ lối vào bảng chuyển tiếp, chúng gồm các nhãn vào và2 lối vào con.
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 40 Incoming label Outgoing label
Outgoing interfaces Next hop address
Outgoing label Outgoing interfaces
Next hop address
Hình 2. 8 Lối vào bảng chuyển tiếp.
Có 2 loại bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSRs). Những LSRs biên và các LSRs lõi. LSRs lõi, chuyển tiếp các gói tin dựa vào nhãn và chúng không kiểm tra thêm các tiêu đề gói tin ngoại trừ nhãn. Còn về LSRs biên thì tồn tại ở đầu vào hoặc đầu ra của mạng MPLS. Nhiệm vụ của LSRs đầu vào là nhận các gói tin IP, thực hiện phân loại gói tin bởi các gói tin nhóm vào trong FEC, chuyển tiếp các gói tin IP được gắn nhãn vào trong đầu cuối của LSP và làm tra cứu bảng 3 lớp. nói chung, các định tuyến lõi chỉ thực hiện trao đổi nhãn, chuyển các gói tin dựa trên các tra cứu bảng đơn và LSR đầu vào và ra thực hiện tra cứu định tuyến và rời hoặc loại bỏ nhãn tương ứng. Một LSR, có thể tổ chức một bảng chuyển tiếp đơn hoặc một bảng chuyển tiếp mỗi giao diện. Bảng chuyển tiếp đơn xử lý một gói tin chỉ dựa vào các nhãn dược mang theo bên trong tiêu đề gói tin. Với lựa chọn thứ 2, sự xử lý các gói tin được xác định không chỉ với các nhãn được mang trong các tiêu đề gói tin mà cả bởi các giao diện mà các gói tin đến nó.
Có rất nhiều cách cho phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn mang một nhãn trong một gói tin. Các công nghệ lớp liên kết dữ liệu như Ethernet, mang một nhãn như phần của tiêu đề lớp liên kết của chúng. Một cách để hỗ trợ chuyển mạch nhãn qua lớp liên kết dữ liệu khi những lớp liên kết dữ liệu không thể được sử để mang một nhãn vào trong một tiêu đề nhãn nhỏ. Tiều đề nhãn này có thể được chèn giữa tiêu đề lớp liên kết và tiêu đề lớp mạng nhưng được mô tả ở 2-9 ở dưới.
Link layer header “Shim” label header Network layer header Network layer data
Hình 2. 9 Cấu trúc liên kết của các tiêu đề nhãn giữa tiêu đề lớp liên kết dữ liệu và tiêu đề lớp mạng.
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 41
Hơn nữa, các bộ phận chuyển tiếp chuyển mạch nhãn thì không đặc trưng cho lớp mạng cụ thể. Nó có thể là các phần chuyển tiếp như nhau được sử dụng cho các giao thức lớp mạng khác nhau như IPv4, IPv6, Apple Talk and IPX. Với những cách như nhau này, phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn có khả năng hoạt động trong một chế độ ảo qua bất kỳ giao thức lớp liên kết dữ liệu như Ethernet. Hình 2-10 trình bày khả năng này của các phần chuyển tiếp dưới đây
Những giao thức lớp mạng
Những giao thức lớp liênkết dữ liệu
Hình 2. 10 Phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn giữa các giao thức lớp mạng và các giao thức lớp liên kết dữ liệu.
Các mào đầu nhãn hỗ trợ chuyển mạch nhãn qua các công nghệ điểm tới điểm và Ethernet. Đầu mào nhãn có chiều dài 32-bit (hình 2-11) và được mở rộng trong 4 trường là các nhãn (20 bits), các bit thử nghiệm (3 bit), bit bó (1bit) và Time to Live (TTL) bit (8 bit) (hình 2-12). Các nhãn MPLS bao gồm 20 bit có một ý nghĩa nội vùng, được sử dụng để xác định các FEC cụ thể. Nó được áp dụng trên một gói tin xác định, nó chỉ các FEC tới các gói tin được gán.
Hình 2. 11 Độ dài tiêu đề nhãn.
IPv6 IPv4 IPX Apple Talk Label switching E th ern et F DDI AT M F ra m e R el a y Po in t- to -Po in t
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 42
Hình 2. 12 Cấu trúc mào đầu nhãn.
Hình 2-13 ởdưới, mô tả tất cả các trườngđược đề cập trong header của MPLS :
Các trường header của
MPLS-TP Shim
Độ dài Mô tả
Lớp cuối 1 bit Bit này hỗ trợ một lơp nhãn
phân cấp (thường được sử
dụng cho các LSPs lồng
nhau) và các biểu thị dù đây
là nhãn cuối cùng của lớp
nhãn trước tiêu đề L3. Nó
được thiếp lập 1 cho lối ra
cuối cùng cho lớp nhãn (cuối
nhãn) và thiết lập 0 cho tất cả
lối vào lớp nhãn khác
Time to Live (TTL) 8 bit Lĩnh vực này cung cấp chức
năng TTL IP truyền thống
trong mạng MPLS. Trường
TTL được sử dụng để ngăn
chặn các vòng lặp chuyển
tiếp và bị giảm bởi giá trị của
1 trên tất cả bước nhảy. Để
biết thêm thông tim về quá
trình MPLS TTL xem [RFC3031]
Sử dụng thử nghiệm (xEp) 3 bit Lĩnh vựnày được sư dụng để
xác định các lớp dịch vụ
(CoS), nó sẽ ảnh hưởng lần
lượt tới sự sắp xếp (xếp
hàng) và các thuật toán loại
bỏ được áp dụng trong các
gói tin như nó đi qua mạng MPLS.
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 43
Giá trị nhãn 20 bit Lĩnh vực này xác định giá trị
thực tế của các nhãn được sử
dụng, nó co thể sắp xếp từ 0
cho tới 1,048,575 (220–1 ).
Cũng going như Frame Relayʼs DLCI, ATMʼs VPI/
VCI, một nhãn thường chỉ có
ý nghĩa nội vùng và thay đổi
trên mỗi bước nhảy. Nó
không chỉ làm các nhãn duy
nhất tổng thể giới hạn số
lượng nhãn có thể sử dụng,
mà còn khó khan để quản trị
Hình 2. 13 Cấu trúc mào đầu MPLS
Sự khác biệt giữa kiến trúc định tuyến thông thường với kiến trúc chuyển tiếp chuyển mạch gói là các cái trược sử dụng nhiều đa thuật toán chuyển tuyến với phần chuyển tiếp của nó (hình 2-14).
Routing function
Unicast routing Unicast routing with Types of Service Multicast routing Forwarding Algorithm Longest match on destination address Longest match on destination + exact match on type of service Longest match on source address + exact match on source address destination address ,and incoming interface
Hình 2. 14 Kiến trúc định tuyến thông thường.
Mặt khác, các thuật toán chuyển mạch nhãn bao gồm chỉ một thuật toán dựa trên sự trao đổi nhãn.
Routing Function
Unicast routing
Unicast routing with Types of Service Multicast routing Forwarding algorithm Common forwarding (label swapping) Hình 2. 15 Kiến trúc chuyển mạch nhãn
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 44
Phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn MPLS cũng hỗ trợ các LSPs để được lồng vào và tạo đường hầm nested and tunneled . Điều này có ích cho việc cho phép nhiều LSPs được chuyển tiếp trong cùng một cách trong mạng lõi và ở những nút biên để biểu thị chúng như các thực thể riêng biệt ở những nút biên. Kỹ thuật này cải thiện khả năng dễ kết nối qua mạng. Một ví dụ của kỹ thuật này được trình bày ở hình 2-16, nó được gồm các máy chủ, LSRs và một đường hầm giữa LSR W và LSR Z. Giao thức này được sử dụng trên các LSRs (LSR W và LSR Z) có thể được trình bày như một giao thức ảo và thực hiện những chuyển tiếp liền kề (liên tiếp) giữa chúng. Kết quả của điều này là sự cho phép của các LSPs khác có thể tạo đường hầm qua những LSPs liên đài khi chúng bước từ một LSR sang LSR kế tiếp. Các dễ dàng nhất là cài đặt một LSP hầm như một giao diện giữa LSR W và LSR Z và để biến nó như một liên kết ảo
Hình 2. 16 Đường hầm LSP giữa 2 LSRs (LSR W và LSR Z) mang LSPs đa truy cập.
Gói tin của nó gán chỉ một mào đầu nhãn lối vào. Cũng có thể các lối vào mào đầu nhãn bổ sung cho phép được gán với các gói tin và được tổ chức như đệm last-in, first- out bởi các ứng dụng MPLS như IP VPNs. Bộ đệm này the last in, first-out, được xem như một chồng nhãn MPLS. Khi một gói tin vào trong đường hầm ở LSR W (hình 2-16), nhãn này được thay thế nhưng được thêm vào đường vào tiêu đề nhãn khác trên gói tin.
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 45
Ví dụ này hàng đợi nhãn của gói tin ở sâu lớp 3, nó gồm phần đầu của lối vào mào đầu nhãn, mào đầu nhãn, và phần cuối của lối vào mào đầu nhãn (hình 2-17). Phần đầu lối vào mào đầu nhãn được sử dụng để gửi gói tin từ LSR W tới LSR Z
Hình 2. 17 Phân cấp chồng nhãn
Bằng cách kiểm tra phần đầu của lối vào mào đầu nhãn của một gói tin vào mỗi LSR dọc theo LSP có thể kiểm tra 2 trường.
- Các nhiệm vụ sau đây sẽ làm như là. Mỗi LSR có thể thay thế các lối vào nhãn ở phần đầu của hàng đợi nhãn với một nhãn mới, loại bỏ lối vào nhãn hoặc hoán đổi các lối vào nhãn và thêm một hoặc nhiều hơn lối vào nhãn vào hàng đợi nhãn.
- LSRs có thể kiểm tra các bước tiếp theo tới các gói tin được chuyển tiếp.
Cuối cùng, những tiêu đề cuối cùng chúng ở phần cuối lối vào mào đầu nhãn, khi nó có bộ hàng đợi, nó chỉ ra rằng nó là phần cuối của hàng đợi. Cuối cùng, ở LSR Z ở hình 2-17, phần đầu nhãn được xuất hiện từ hàng đợi, để lộ nhãn của LSP trong hầm.
2.3.1.2 Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn MPLS-TP :
Thành phần điều khiển của chuyển mạch nhãn MPLS-TP có một số nhiệm vụ như: - Sự phân phối thông tin định tuyến giữa các LSRs.
- Các bộ chuyển đổi sử dụng để chuyển đổi thông tin này thành một bảng chuyển tiếp và để sử dụng bởi bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn.
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn MPLS-TP có nhiều điểm tương đồng với thành phần thông thường của kiến trúc định tuyến. Tất các các giao thức định tuyến được sự dụng bởi các phần kiểm soát thông thường của kiến trúc định tuyến được bao gồm trong thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn. Mặt khác, các kiến trúc định tuyến thông thường không thể hỗ trợ chuyển mạch nhãn. Cấu trúc của thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn MPLS-TP được trình bày ở hình 2-18
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 46 Network layer Routing protocols (OSPF,BGP,PIM) Procedures Creating binding
between labels and FECs
Procedures for distributing information about created label bindings Maintenance of forwarding table
Hình 2. 18 Cấu trúc của các thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn MPLS-TP.
Các phương thức định tuyến lớp mạng cung cấp tới ánh xạ LSPs giữa các FECs và các địa chỉ bước tiếp theo. Thủ tục cho việc tạo liên kết nhãn giữa các FECs và các nhãn, và sự phân phối thông tin liên kết này giữa các chuyển mạch nhãn được thực hiện bởi việc cung cấp tới các LSR với các ánh xạ giữa các FECs và các nhãn. Những ánh xạ này được kết hợp để mang những thông tin cần thiết để xây dựng lên các bảng chuyển tiếp, và cuối cùng nó được sử dụng bởi bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn. Thủ tục này được mô tả ở hình 2-19.
Hình 2. 19 Sự kết hợp ánh xạ cho việc xây dựng bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn.
Mỗi lôi vào trong bảng chuyển tiếp được duy trì bởi một LSR chứa 1 nhãn vào và 1 hoặc nhiều hơn các nhãn ra. Với lý do này, phần điều khiển chuyển mạch nhãn cung cấp 2 loại loại liên kết nhãn. Loại 1 của liên kết nhãn được gọi là cơ sở mỗi giao diện và
VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 47
những liên kết nhãn có thể được liên kết với 1 giao diện. Một không gian nhãn mỗi giao diện là một vùng chứa riên biệt của các giá trị nhãn được xác định cho mỗi giao diện trên các MPLS được kích hoạt và những nhãn duy nhất được gán tới một FEC. Loại 2 được