6. Cấu trúc của luận văn
2.2. ĐỊNH TUYẾN TRONG MPLS
MPLS hỗ trợ tất cả các giao thức định tuyến (tĩnh, IGP, EGP). Nhưng
để triển khai kỹ thuật lưu lượng cần biết được các thông số tài nguyên mạng,
điều này chỉđược thực hiện trên các giao thức Link State (OSPF, IS-IS). Một cải tiến quan trọng của MPLS trong kỹ thuật lưu lượng là hỗ trợ
“định tuyến ràng buộc”. Với định tuyến ràng buộc, vấn đề sử dụng tài nguyên và phân phối lưu lượng trong mạng được tối ưu.
2.2.1. Định tuyến ràng buộc
Định tuyến ràng buộc là một dạng định tuyến trong MPLS dùng trong kỹ thuật lưu lượng, khắc phục các hạn chế của định tuyến theo đích. Nó xác
định đường đến đích không chỉ dựa vào số nút mạng đi qua và băng thông như định tuyến trong IP mà còn phải thỏa mãn các giá trị đặc thù khác như băng thông dự trữ, độ ưu tiên đường. Giải thuật chọn đường có khả năng tối
Để thực hện được định tuyến ràng buộc, cần phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:
Thứ nhất, kỹ thuật tìm ra đường dẫn đến đích tại nút nguồn. Đường dẫn này không chỉ tối ưu về mặt metric và còn phải thỏa mãn các ràng buộc.
Thứ hai, kỹ thuật phân phối thông tin về cấu trúc mạng và các đặc tính
đường liên kết trong toàn mạng nhằm cung cấp thông tin để xây dựng đường
đến đích.
Thứ ba, Kỹ thuật hỗ trợđịnh tuyến tường minh, nhằm phục vụ cho việc truyền dữ liệu trên đường dẫn đã được xây dựng tại nút nguồn.
Cuối cùng, kỹ thuật đáp ứng yêu cầu dành sẵn tài nguyên và hiệu chỉnh
đặc tính các đường liên kết trong mạng.
2.2.2. Định tuyến tường minh
Định tuyến tường minh là tập con của định tuyến ràng buộc, trong đó sự ràng buộc là đối tượng tuyến tường minh. Tuyến tường minh (ER) là một danh sách các nút mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc phải đi qua. Nếu ER chỉ quy định một nhóm trong số các nút thì nó được gọi là tuyến tường minh thả lỏng (loose ER). Ngược lại, nếu ER quy định toàn bộ các nút thì được gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER).
Chức năng hỗ trợ định tuyến tường minh của MPLS được chia thành hai phần: phần chuyển tiếp và phần điều khiển. Phần chuyển tiếp, sử dụng thông tin trên nhãn và thông tin trong bảng LFIB để chuyển gói tin qua mạng. Phần điều khiển, thực hiện ấn định nhãn, xây dựng LSP trên tuyến tường minh. Để thực hiện được nhiệm vụ này có hai giao thức chính sẽ đề cập ở
phần tiếp theo là RSVP (Resource reSerVation Protocol) mở rộng và CR- LDP (Constrainted Label Distrbution Protocol).
2.3. GIAO THỨC PHÂN PHỐI NHÃN (LDP: LABEL DISTRIBUTION PROTOCOL)
Theo RFC 3036, LDP là giao thức phân phối nhãn chuẩn mở, được cài
đặt trên tất cả các router hỗ trợ chuyển mạch nhãn, bên cạnh LDP có giao thức TDP là giao thức riêng của hãng Cisco, chỉ hoạt động trên các router của Cisco.Giao thức LDP cung cấp các kỹ thuật để các LSR có kết nối trực tiếp nhận ra nhau và thiết lập liên kết cơ chế khám phá lẫn nhau.
2.3.1. Hoạt động của LDP
LDP giúp cho việc thiết lập LSP nhờ việc dùng tập hợp các thủ tục để
phân phối nhãn giữa các LSR kết nối trực tiếp. LDP cung cấp kỹ thuật khám phá cho phép các LSR kết nối trực tiếp xác định vị trí với nhau và thiết lập thông tin. Nó định nghĩa bốn lớp thông điệp sau :
- Thông điệp khám phá (Discovery message) - Thông điệp liền kề (Adjacency message)
- Thông điệp quảng cáo nhãn (Label Advertisement message) - Thông điệp thông báo (Notification message)
LDP chạy trên TCP để cung cấp thông điệp tin cậy, ngoài trừ thông
điệp LDP Discovery chạy trên UDP.
Quá trình khám phá láng giềng trực tiếp như sau:
- Một LSR định kỳ gởi đi bản tin Hello tới tất cả LSR kết nối trực tiếp tsử dụng cổng UDP 646.
- Tất cả các LSR đều lắng nghe bản tin Hello này trên cổng UDP. Nhờđó LSR biết được địa chỉ tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp.
- Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này, nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR.
- Khi phiên LDP được thiết lập thì cả 2 LSR đều có thể yêu cầu và gởi liên kết nhãn.
Quá trình hoạt động của LDP được mô tả trong 2.1. Ban đầu là quá trình trao đổi các bản tin Hello chạy trên giao thức UDP. Sau đó đến quá trình trao đổi các thông số (bản tin Initialization) và quảng bá liên kết nhãn (bản tin Label Request & Label Mapping).
Hình 2.1. Quá trình hoạt động trao đổi thông điệp của LDP
Trong trường hợp 2 LSR không có kết nối trực tiếp thì LSR định kỳ
gởi bản tin Hello đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xác định được khai báo khi lập cấu . Đầu nhận bản tin này cũng có thể trả lời lại bằng bản tin Hello cho đầu gửi để thiết lập kết nối TCP.
2.3.2. Các dạng bản tin LDP
Có 8 dạng bản tin cơ bản sau đây với những chức năng khác nhau dùng
để trao đổi nhãn:
- Bản tin Hello: trao đổi trong suốt quá trình hoạt động của LDP
- Bản tin Initialization: dùng để trao đổi các tham số, các tuỳ chọn cho phiên. Các tham số bao gồm: Chế độ phân bổ nhãn, các giá trị bộ định thời, phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó. LSR nhận sẽ trả
lời bằng bản tin KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu không
được chấp nhận LSR sẽ gửi thông báo có lỗi và kết thúc quá trình khởi tạo. - Bản tin KeepAlive: được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác
đang hoạt động tốt.
- Bản tin Label Mapping: Các bản tin Label Mapping được sử dụng
để truyền các thông tin ánh xạ từ một FEC sang một nhãn.
- Bản tin Label Release: Được sử dụng bởi LSR khi nhận được bản tin Label Mapping nhưng nó không sử dụng. Điều đó xảy ra khi LSR nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR gửi Label Mapping.
- Bản tin Label Withdrawal: Thực hiện quá trình ngược lại với Label Mapping.
- Bản tin Label Request: Sử dụng trong chếđộ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu, LSR sẽ gán nhãn từ LSR kế cận phía downstream bằng bản tin này.
- Bản tin Label Request Abort: Nếu bản tin Label Request cần phải huỷ
bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi) thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu trước đó bằng bản tin Label Request Abort.
2.3.3. Ví dụ thiết lập LSP bằng giao thức LDP
Trong sơ đồ mạng được thể hiện ở 2.2, giả sử cần thiết lập một LSP từ
R1 qua R2 đến R3 cho một FEC có prefix a.b/16. LDP thực hiện như sau: R1 bắt đầu bằng cách yêu cầu một nhãn cho FEC từ nút kế của nó là R2. R2 gởi ngay yêu cầu đó cho R3 đồng thời trả ngay một ánh xạ nhãn về cho R1 trước khi nhận được ánh xạ nhãn từ R3 (vì điều khiển độc lập). Cả R2 và R3 đáp
ứng bằng bản tin Label Mapping, kết quả trong LFIB của R1 và LFIB của R2, R3 có các entry gán kết nhãn thành nên đường chuyển mạch nhãn LSP.
Hình 2.2. Thiết lập LSP bằng LDP
Phân tích thông tin bảng LFIB R2: đây là giao tiếp số 1 của router R2. Bảng LFIB của R2 xác định nếu có gói tin đi vào giao tiếp số 1 (IN IF 1: In InterFace 1), nhãn vào (In Label) là A thì chuyển ra giao tiếp (Out Interface) số 2, hoán đổi thành nhãn B (Out NHLFE). Các thông tin trên R1 và R3 tương tự.
2.4. CR-LDP (CONSTRAINT-BASED ROUTING LDP)
Qua ví dụ ở 2.2, chúng ta đã biết phương pháp xây dựng LSP bằng giao thức phân phối nhãn LDP. Tuy nhiên, khi yêu cầu xây dựng LSP trên tuyến tường minh và dành tài nguyên trên toàn tuyến thì LDP không giải quyết được mà cần phải có giao thức CR-LDP (Constraint-Based Routing LDP). Theo RFC 3212, CR-LDP là giao thức mở rộng từ LDP nhằm hỗ trợ đặc biệt cho định tuyến ràng buộc, điều khiển lưu lượng và các hoạt động dự
trữ tài nguyên.
2.4.1. Hoạt động của CR-LDP
phần mới được gọi là ER (Expicit Route). Cấu trúc của ER gồm chuỗi các thành phần phụ gọi là abstract node, xác định một hoặc một nhóm các nút trên đường định tuyến. Các LSR căn cứ vào thành phần này để chuyển bản tin đến nút nhận tiếp theo trong mạng.
CR-LDP sử dụng cơ chế gán nhãn theo yêu cầu và điều khiển tuần tự. Một LSP được thiết lập khi một chuỗi các bản tin Label Request lan truyền từ
ingrees-LSR đến egress-LSR và nếu đường được yêu cầu thoả mãn các ràng buộc (ví dụ đủ băng thông khả dụng), thì các nhãn mới được cấp phát và phân phối bởi một chuỗi các bản tin Label Mapping lan truyền ngược về
ingrees-LSR. Việc thiết lập một CR-LSP có thể thất bại vì nhiều lý do khác nhau và các lỗi sẽđược báo hiệu bằng tin Nitification.
2.4.2. Thiết lập một CR-LSP
Để thiết lập một LSP theo một con đường định trước, CR-LDP tính toán một tuyến tường minh ER dùng thuật toán CSPF thoả mãn các điều kiện ràng buộc cho LSP, sau đó ER chứa trong các bản tin nhãn. Các router nhận
được bản tin này sẽ dùng nhãn chứa trong bản tin để cập nhật LFIB.
Trong quá trình tính toán thiết lập ER, nếu thoả mãn điều kiện ràng buộc, tài nguyên sẽ dự trữ ở từng router.
2.4.3. Ví dụ thiết lập đường bằng CR-LDP
Giả sử rằng LSP1 cần xây dựng LSP từ LSR1 đến LSR4 đi qua LSR2 và LSR3 như 2.4.
Hình 2.3. Thiết lập LSP bằng CR- LDP
Quá trình xây dựng LSP theo yêu cầu này được thực hiện như sau: LSR1 tạo ra thành phần ER gồm 3 nút mạng LSR2, LSR3, LSR4. Mỗi nút mạng được đặc trưng bằng địa chỉ IP4. Đồng thời LSR1 xây dựng bản tin Label Request và kèm theo thành phần ER này. LSR1 xác định LSR2 là nút mạng đầu tiên trong ER nên gửi bản tin Label Request đến LSR2.
Sau khi nhận bản tin từ LSR1, LSR2 hiệu chỉnh lại thành phần ER bằng cách xóa thông tin liên quan đến nó và gửi đến LSR3, lúc này trong thành phần ER chỉ còn LSR3 và LSR4.
LSR3 nhận bản tin từ LSR2 thực hiện tương tự như LSR2 đã làm và gửi đến LSR4.
Khi bản tin đến LSR4, LSR4 nhận ra rằng nó là nút cuối cùng trong ER nên xây dựng bản tin Label Mapping và gửi đến LSR3. Bản tin này bao gồm thành phần nhãn và các thành phần khác.
Sau khi nhận bản tin Label Mapping từ LSR4, LSR3 sử dụng nhãn trong bản tin này để ấn định nhãn cho liên kết giữa nó và LSR4. Đồng thời, gửi bản tin đến LSR2 có chứa thông tin nhãn.
Tại LSR2 quá trình nhận và xử lý bản tin giống tại LSR3. Cuối cùng LSR1 nhận được bản tin từ LSR2 và quá trình thiết lập đường kết thúc.
Đồng thời với thông tin nhãn, CR-LDP báo cho các LSR biết yêu cầu về tài nguyên băng thông mà luồng lưu lượng cần đáp ứng. Thông tin này
được giữ trong thành phần thông số lưu lượng (traffic parameter).
2.5. GIAO THỨC CHIẾM DỤNG TÀI NGUYÊN RSVP (RESOURCE RESERVATION PROTOCOL) RESERVATION PROTOCOL)
RSVP là giao thức được sử dụng để xây dựng LSP, đường đi của gói tin từ nguồn đến đích qua mạng MPLS trong đó có việc dành tài nguyên mạng trên toàn bộ LSP.
RSVP là một giao thức “trạng thái mềm”. Nghĩa là sau khoảng thời gian hoạt động phải làm tươi nếu không đường dẫn sẽ bị mất. Với RSVP, một yêu cầu bị hủy nếu nó được chỉ định xóa khỏi mạng hay hết thời gian dành riêng.
RSVP hoạt động bằng cách gởi các bản tin để chiếm dụng tài nguyên, báo lỗi,… Nó có 4 hoạt động cơ bản hay còn gọi là 4 chức năng cơ bản, đó là: Thiết lập đường đi, duy trì đường đi, hủy đường đi, báo lỗi.
2.5.1. Các loại thông điệp trong RSVP
Để hoạt động, RSVP định nghĩa ra các loại thông điệp dùng cho nhiều mục
đích khác nhau như thiết lập và duy trì đường đi, dành tài nguyên, báo lỗi, … Chín loại thông điệp RSVP khác nhau được định nghĩa như sau:
Bảng 2.1. Các loại thông điệp trong RSVP
Loại thông điệp
Mô tả Hướng gởi
Path Thiết lập và duy trì sự dành riêng Xuôi dòng
Resv duy trì sPhản hồựi c dành riêng ủa thông điệp Path để thiết lập và Ngược dòng
Path Tear Huỷ sự dành riêng ra khỏi mạng Ngược dòng
Resv Tear
Phản hồi của Path Tear,đáp ứng việc Huỷ
sự dành riêng ra khỏi mạng. Chấm dứt
chiếm dụng tài nguyên. Xuôi dòng
Path Err phát hiGởi bởệi phía nhn ra một lận thông ỗi trong thông điệp Path, báo rđiệp đó ằng Xuôi dòng
Resv Err
Gởi bởi phía nhận thông điệp Resv báo
rằng phát hiện ra một lỗi trong thông điệp
đó
Ngược dòng
Resv Conf
Tùy chọn gửi lại cho phía gửi thông điệp
Resv để báo rằng tài nguyên dành riêng đưa
ra đã được thiết lập Xuôi dòng
Resv Tear Conf
Một thông điệp riêng của Cisco tương tự
như ResvConf. Nhưng báo rằng sự dành riêng đã bị hủy khỏi mạng. Xuôi dòng Hello Một mở rộng được xác định trong RFC 3209 cho phép kết nối cục bộ (link-local) được duy trì giữa 2 láng giềng RSVP kết nối trực tiếp Xuôi dòng/ Ngược dòng 2.5.2. Thiết lập đường đi dùng RSVP
a. Quá trình thiết lập đường đi
Sau khi đã chọn đường thảo mãn điều kiện ràng buộc bằng thuật toán CSPF, RSVP thực hiện việc thiết lập đường đi cho đường này theo tuyến tường minh đã tính toán. Sơ đồ 2.4 minh họa các bước thiết lập đường đi dùng RSVP.
Hình 2.4. Quá trình thiết lập đường đi dùng RSVP
b. Ví dụ thiết lập đườngchuyển mạch nhãn dùng RSVP
Sự trao đổi các thông điệp RSVP Path và Resv trong suốt quá trình thiết lập LSP được minh hoạ trong 2.5. Giả sử rằng R1 thực hiện CSPF xong
Thỏa mãn
Không
Không thoả mãn
Có
Router Upstream gởi thông
điệp PATH đến nút kế theo
đường đi đã tính toán
Router Downstream nhận PATH, kiểm tra định dạng thông điệp, kiểm tra tài nguyên yêu cầu.
Trả lời bằng thông điệp RESV. Đóng vai
trò như một ACK báo về cho LSR
Upstream theo đường đi ngược lại với
PATH.Thông báo rằng thoả mãn sự dành
riêng và giá trị nhãn đến. Kiểm tra xem có phải là LSR cuối không? Dành riêng tài nguyên Huỷđường đi
Ngay khi RESV được truyền về cho tất
cả các LSR, quá trình chiếm dụng tài
nguyên hoàn tất và data được truyền.
Bắt đầu
và bắt đầu dành riêng băng thông dọc theo đường R1 → R2 → R3 → R5 →
R6 → R7, các bước thực hiện quá trình như sau:
Hình 2.5. Minh hoạ thiết lập đường đi dùng RSVP
(1) R1 gửi một thông điệp Path đến R2. R2 nhận thông điệp Path, kiểm tra để chắc rằng băng thông mà R1 yêu cầu hiện đang có sẵn. Nếu xảy ra lỗi R2 gửi thông điệp Error lại cho R1. Giả sử mọi thứ đều tốt thì chuyển sang bước (2).
(2) R2 gửi thông điệp Path đến R3. R3 thực hiện kiểm tra giống R2. Các quá trình (3), (4), (5) tương tự như (2).
(6) R7 là LSR cuối đường nên ấn định nhãn là 0 và gửi một thông điệp Resv đến R6.
(7) R6 nhận bản tin Resv từ R7, lưu giá trị nhãn 0 vào vùng “nhãn ra”
đồng thời gán giá trị nhãn là 42 cho bản tin Resv và gửi đến R5. (8), (9) hoạt động tương tự như (7)
(10) R1 nhận được bản tin Resv, quá trình xây dựng LSP kết thúc.
2.5.3. Duy trì đường đi
Định kỳ 30 giây đầu đường hầm gửi một thông điệp Path đến láng giềng xuôi dòng của nó. Nếu một LSR gửi đi một dãy 4 thông điệp Path và
không thấy Resv, nó xác nhận sự dành riêng bị mất và gửi một thông điệp ngược dòng báo rằng sự dành riêng bị mất.
2.5.4. Hủy đường đi
Nếu một nút (thường là đầu đường hầm) quyết định một sự dành riêng không còn cần thiết trong mạng, nó gửi một thông điệp PathTear dọc theo
đường thông điệp Path đã đi và một ResvTear dọc theo đường của Resv.