2.4 Một số ưu điểm và khả năng ứng dụng của MPLS
2.4.2 Khả năng ứng dụng
2.4.2.1 Cỏc yờu cầu đặt ra đối với một mạng ỏp dụng cụng nghệ mới:
Trong điều kiện nền kinh tế của việt Nam như hiện nay, việc ỏp dụng một loại cụng nghệ mới đũi hỏi phải cú sự cõn nhắc kỹ trước khi ỏp dụng. Tuy được coi là cụng nghệ mạng tiờn tiến giải quyết được nhiều nhược điểm của IP, ATM nhưng điều đú khụng cú nghĩa MPLS là giải phỏp duy nhất cho mạng thế hệ sau.
Mạng sử dụng cụng nghệ MPLS là một giải phỏp được ứng dụng chủ yếu cho cỏc mạng đường trục, do vậy đõy là giải phỏp mang tầm cỡ quốc gia. Nú chớnh là một nội dung lớn trong chiến lược phỏt triển hạ tầng cơ sở thụng tin quốc gia.
Để tỡm hiểu khả năng ỏp dụng cụng nghệ này vàoViệt Nam, em xin trỡnh bày một vài điểm chớnh về điều kiện thực tế, cỏc nhu c ầu của xó hội ở giai đoạn hiện tại và trong tương lai về một cơ sở hạ tầng viễn thụng để cú thể xõy dựng được một mụ hỡnh mạng đường trục sao cho cú thể đảm bảo được cỏc yờu c ầu sau:
- Tận dụng, kế thừa được cơ sở hạ tầng viễn thụng đó cú, trỏnh lóng phớ khi chuyển sang một cụng nghệ hoàn toàn mới.
- Hạn chế tối thiểu những khú khăn gặp phải trong quỏ trỡnh thực thi cụng nghệ đối với cỏc nhà khai thỏc, cũng như những khú khăn trong quỏ trỡnh sử dụng cỏc dịch vụ của khỏch hàng, cú nghĩa là phải tạo ra một thời kỡ quỏ độ để chuyển tiếp từ cụng nghệ này sang một cụng nghệ khỏc.
- Cỏc cụng nghệ được lựa chọn phải phự hợp với yờu c ầu thực tế đặt ra, khụng những trong điều kiện hiện tại mà cũn cả trong một giai đoạn nào đấy trong tương lai. Cú hai vấn đề được đặt ra là: Thứ nhất, cụng nghệ lựa chọn phải phải phự hợp với xu thế của thế giới nhằm trỏnh trường hợp cụng nghệ vừa mới được đưa vào khai thỏc ho ặc mới khai thỏc được
một thời gian đó trở nờn lạc hậu, khụng cú khả năng đảm bảo yờu cầu đặt ra của người sử dụng. Thứ hai, cụng nghệ đú phải phự hợp với khả năng kinh tế hiện cú của cụng ty mỡnh, hoặc của ngõn quỹ quốc gia (nếu là mạng đường trục của quốc gia), trỏnh trường hợp bỏ kinh phớ quỏ lớn để chọn một cụng nghệ mà điều kiện cơ sở hạ tầng cũng như nhu cầu của khỏch hàng hiện tại khụng sử dụng hết cỏc tớnh năng cũng như cỏc dịch vụ mà cụng nghệ cung cấp, như vậy là hết sức lóng phớ, khụng sử dụng hiệu quả nguồn vốn đầu tư.
Do MPLS là giải phỏp cho mạng đường trục quốc gia, đề tài tỡm hiểu của em là hướng tới tỡm hiểu để xõy dựng một mụ hỡnh đường trục, và từ những yờu cầu đặt ra đú, em sẽ đi vào tỡm hiểu cỏc điều kiện hiện tại cũng như những mục tiờu đặt ra đối với hạ tầng cơ sở thụng tin quốc gia.
Việt Nam là một nước đang phỏt triển, đang ở giai đoạn cụng nghiệp hoỏ và hiện đại hoỏ. Việc xõy dựng hạ tầng thụng tin hiện đại được đặt lờn hàng đầu để hoà nhập và c ạnh tranh đối với cỏc nước trờn thế giới, cựng hoà chung vào xu thế toàn cầu hoỏ. Cụng nghệ thụng tin đúng vai trũ là cơ sở hạ tầng cơ bản cho sự tiến bộ trong cỏc lĩnh vực khỏc như: chăm súc y tế, y học, giỏo dục, phỏt triển kinh tế…Trong xó hội thụng tin tương lai, một mạng thụng tin quốc gia được thiết lập tốt sẽ đúng vai trũ quyết định trong việc nõng cao hiệu quả kinh tế và gúp phần tạo nờn sự phồn thịnh cho quốc gia.
Để đảm bảo được những tiờu chớ đặt ra đú, việc đầu tư trọng điểm phải được thực hiện trong tất cả cỏc bộ phận: Cả phần cứng lẫn phần mềm của mỏy tớnh, cỏc thiết bị đầu cuối đa phương tiện và cả cỏc dịch vụ.
Việc phỏt triển cơ sở hạ tầng thụng tin quốc gia bao gồm 3 lĩnh vực: 1. Phỏt triển dịch vụ thụng tin
2. Phỏt triển mạng viễn thụng 3. Phỏt triển nguồn nhõn lực
- Cỏc dịch vụ giỏo dục và đào tạo, bao gồm cả đào tạo từ xa. - Thương mại điện tử và trao đổi thụng tin cụng nghiệp. - Thư viện số.
- Bảo tàng và phũng trưng bày điện tử.
- Cỏc dịch vụ chăm súc sức khoẻ và y tế từ xa. - Thẻ thụng minh.
- Hội nghị truyền hỡnh.
Trong đú, dịch vụ giỏo dục từ xa và cỏc dịch vụ chăm súc sức khoẻ từ xa là rất thiết yếu, hữu ớch đối với việc nõng cao dõn trớ và đảm bảo sức khoẻ cho những vựng dõn cư ở xa trung tõm như ở cỏc vựng miền quờ xa xụi, vựng miền nỳi khụng cú điều kiện để tiếp cận và đến trung tõm được kịp thời.
Phỏt triển mạng viễn thụng
Cỏc dịch vụ và dịch vụ thụng tin được cung c ấp từ cỏc mạng tốc độ cao bao gồm cả mạng cố định và mạng di động, cả mạng hữu tuyến và mạng vụ tuyến .
Phỏt triển mạng viễn thụng bao gồm hai khớa c ạnh : Cung cấp cỏc dịch vụ toàn cầu và thiết lập cỏc mạng thụng tin số tốc độ cao
* Cung cấp cỏc dịch vụ toàn c ầu : Nhằm phỏt triển cõn bằng và rộng khắp trờn toàn quốc, cả thành thị và nụng thụn, nhằm thỳc đẩy quỏ trỡnh phỏt triển kinh tế cũng như nõng cao trỡnh độ văn hoỏ một cỏch đồng đều giữa cỏc vựng trong cả nước.
Dịch vụ toàn cầu hiện nay cần giải quyết cỏc vấn đề sau: + Mở rộng mạng tại cỏc tỉnh thành
+ Mở rộng mạng tới cỏc xó trong c ả nước
* Phỏt triển mạng tốc độ cao: Để thực hiện một xó hội thụng tin, một mạng viễn thụng số kết nối tất cả cỏc mạng số dựng riờng vào một cơ sở tập trung mà cỏc khỏch hàng khụ ng cần biết cỏc đặc tớnh của mạng, và điều này thực hiện được chỉ cú thể là tạo ra một mạng số tốc độ cao.
Mạng MPLS cú nhiều ứng dụng trong đú cú 3 ứng dụng chớnh và thụng thường 2 trong cả 3 khả năng đú được sử dụng đồng thời:
Tớch hợp IP+ATM - Do “chuyển mạch nhón” cú thể thực hiện được bởi
cỏc chuyển mạch ATM, MPLS là một phương phỏp tớch hợp cỏc dịch vụ IP trực tiếp trờn chuyển mạch ATM. Sự tớch hợp này cần phải đặt định tuyến IP và phần mềm LDP trực tiếp trờn chuyển mạch ATM. Do tớch hợp hoàn toàn IP trờn chuyển mạch ATM, MPLS cho phộp chuyển mạch ATM hỗ trợ tối ưu cỏc dịch vụ IP như IP đa hướng (multicast), lớp dịch vụ IP, RSVP(Resource Reservation Protocol – Giao thức hỗ trợ tài nguy ờn) và mạng riờng ảo.
Dịch vụ mạng riờng ảo IP (VPN) :VPN thiết lập cơ sở hạ tầng cho mạng
Intranet và Extranet, đú là cỏc mạng IP mà cỏc cụng ty kinh doanh sẽ thiết lập trờn cơ sở toàn bộ cấu trỳc kinh doanh của họ. Dịch vụ VPN là dịch vụ mạng Intranet và Extranet mà cỏc mạng đú được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều tổ chức khỏch hàng. MPLS kết hợp với giao thức cổng biờn (BGP) cho phộp một nhà cung cấp mạng hỗ trợ hàng nghỡn VPN của khỏch hàng . Như vậy, mạng MPLS cựng với BGP tạo ra cỏch thức cung cấp dịch vụ VPN trờn c ả ATM và cỏc thiết bị dựa trờn gúi tin r ất linh hoạt, dễ mở rộng quy mụ và dễ quản lý. Thậm chớ trờn cỏc mạng của nhà cung cấp khỏ nhỏ, khả năng linh hoạt và dễ quản lý của cỏc dịch vụ MPLS+BGP VPN là ưu điểm chủ yếu.
Điều khiển lưu lượng và định tuyến IP hiện : Vấn đề quan trọng trong
cỏc mạng IP liờn tục là thiếu khả năng điều khiển linh ho ạt cỏc luồng lưu lượng IP để sử dụng hiệu quả dải thụng mạng cú sẵn. Do vậy, thiếu hụt này liờn quan đến khả năng gửi cỏc luồng được chọn xuống cỏc đường định sẵn, vớ dụ như chọn cỏc đường trung kế được bảo đảm cho cỏc lớp dịch vụ riờng. MPLS sử dụng cỏc đường chuyển mạch nhón (LSPs), đú chớnh là một dạng của „lightweight VC‟ mà cú thể được thiết lập trờn cả ATM và thiết bị dựa trờn gúi tin. Khả năng điều khiển lưu
lượng IP của MPLS sử dụng thiết lập đặc biệt cỏc LSP để điều khiển một cỏch linh hoạt cỏc luồng lưu lượng IP.
CHƢƠNG 3 CÁC THÀNH PHẦN VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
3.1 Cỏc khỏi niệm cơ bản của mạng MPLS[14],[24]
Một vài khỏi niệm cơ bản cần phải hiểu rừ trước khi mụ tả hoạt động của mạng MPLS.
1.Nhón( Label): Nhón là một thực thể cú độ dài ngắn và cố định khụng cú
cấu trỳc bờn trong. Nhón khụng trực tiếp mó hoỏ thụng tin c ủa mào đ ầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng. Nhón được gắn vào một gúi tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes: Nhúm chuyển tiếp tương đương) mà gúi tin đú được ấn định.
Thường thỡ một gúi được ấn định một FEC (hoàn toàn hoặc một phần ) dựa trờn địa chỉ đớch lớp mạng của nú. Tuy nhiờn nhón khụng phải là mó hoỏ của địa chỉ đú.
Nhón trong dạng đơn giản nhất xỏc định đường đi mà gúi cú thể truyền qua. Nhón được mang hay được đúng gúi trong tiờu đề lớp 2 cựng với gúi tin. Bộ định tuyến kiểm tra cỏc gúi qua nội dung nhón để xỏc định cỏc bước chuyển tiếp kế tiếp. Khi gúi tin được gỏn nhón, cỏc chặng đường cũn lại của gúi tin thụng qua mạng đường trục dựa trờn chuyển mạch nhón. Giỏ trị của nhón chỉ cú ý nghĩa cục bộ nghĩa là chỳng chỉ liờn quan đến cỏc bước chuyển tiếp giữa cỏc LSR.
Dạng của nhón phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gúi tin được đúng gúi. Đối với mạng Frame Relay sử dụng giỏ trị nhận dạng kết nối lớp liờn kết dữ liệu - DLCI ( Data Link Connection Identifier), ATM s ử dụng trường nhận dạng đường ảo trong tế bào/ trường nhận dạng kờnh ảo trong tế bào (Virtual Path Identifier/ Virtual Circuit Identifier - VPI/VCI). Sau đú gúi được chuyển tiếp dựa trờn giỏ trị của chỳng.
Định tuyến unicast đớch Kỹ thuật lưu lượng Multicast
Mạng riờng ảo (Virtual Private Networks - VPN) Chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS)
Định dạng chung của nhón được giải thớch trong hỡnh 3. Nhón được thể hiện rừ trong tiờu đề của cỏc lớp liờn kết (VPI/VCI của ATM trong hỡnh 4 và DLCI c ủa Frame Relay trong hỡnh 5) hoặc trong lớp dữ liệu shim (giữa tiờu đề lớp liờn kết dữ liệu lớp 2 và tiờu đề lớp mạng lớp 3 như trong hỡnh 6)
Hỡnh 3: Định dạng chung của nhón MPLS
Đối với cỏc phương tiện gốc khụng cú cấu trỳc nhón, một đoạn đệm(shim) được chốn thờm vào để sử dụng cho nhón. Khuụn dạng đoạn đệm 4 byte cú cấu trỳc như hỡnh 1, phần SHIM MPLS bao gồm :
Label (20 bit): chứa giỏ trị nhón
Exp.bits: CoS (3 bit)- chất lượng dịch vụ
BS (1 bit) – bie-stack: xỏc định nhón cuối cựng trong ngăn xếp
Hỡnh 4: Lớp liờn kết dữ liệu là ATM
Hỡnh 5: Lớp liờn kết dữ liệu là Frame Relay
Đối với cỏc khung PPP hoặc Ethernet, giỏ trị nhận dạng giao thức P-ID ( hoặc EtherType) được chốn vào mào đầu khung tương ứng để thụng bỏo khung là MPLS đơn hướng hay đa hướng.
Hỡnh 6: Nhón trong shim - giữa lớp 2 và lớp 3
2.Ngăn xếp nhón (Label stack): Là một tập cú thứ tự cỏc nhón gỏn theo gúi
để chuyển tải thụng tin về nhiều FEC và về cỏc LSP tương ứng mà gúi đi qua. Ngăn xếp nhón cho phộp MPLS hỗ trợ định tuyến phõn c ấp ( một nhón cho EGP và một
nhón cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm trong MPLS
3.Bộ định tuyến chuyển mạch nhón( LSR : Label Switching Router): Là thiết bị định tuyến hay chuyển mạch (Router ho ặc Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển cỏc gúi tin bằng thủ tục phõn phối nhón. Cú một số loại LSR như : LSR biờn, ATM - LSR lừi, ATM – LSR biờn…
4. Lớp chuyển tiếp tương dương (Forward Equivalence Class - FEC)
Lớp chuyển tiếp tương đương-FEC là một thuật ngữ được sử dụng trong cỏc hoạt động chuyển tiếp nhón,nú dựng để mụ tả sự kết hợp cỏc gúi rời rạc với địa chỉ đớch, thường là địa chỉ của người nhận cuối cựng, chẳng hạn như mỏy trạm. Vệc thực hiện của FEC cũng cú thể là sự kết hợp một giỏ trị FEC với địa chỉ đớch và lớp tải lưu lượng (class of traffic). Lớp tải lưu lượng này thường kết hợp với số cổng đớch.
Tất cả cỏc gúi trong một nhúm được đối xử như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi cú sự khỏc biệt giữa cỏc gúi tin thể hiện trong mào đầu lớp mạng. Khỏc với IP thụng thường, trong MPLS, cỏc gúi tin riờng biệt được gỏn vào cỏc FEC riờng ngay sau khi chỳng vào mạng. Cỏc FEC dựa trờn yờu cầu dịch vụ cho việc thiết lập cỏc gúi tin hay đơn giản cho một tiền địa chỉ.
Tại sao FEC được sử dụng?
Đầu tiờn, nú cho phộp một nhúm cỏc gúi tin vào trong cỏc lớp. Từ nhúm này, giỏ trị FEC trong một gúi cú thể được sử dụng để thiết lập độ ưu tiờn để xử lớ cỏc gúi. Cỏc FEC cú độ ưu tiờn cao sẽ được xử lớ trước cỏc FEC khỏc. Cỏc FEC này cú thể được sử dụng để hỗ trợ hiệu quả chất lượng dịch vụ QoS, chẳng hạn cỏc FEC cú thể kết hợp với độ ưu tiờn cao, lưu lượng tiếng núi thời gian thực, lưu lượng tiếng núi với độ ưu tiờn thấp…
Sự phự hợp của một FEC với một gúi cú thể đạt được bằng cỏch sử dụng một nhón để xỏc định một FEC đặc biệt. Đối với một lớp cỏc dịch vụ khỏc nhau cú
cỏc khỏc nhau và cỏc nhón kốm theo. Đối với tải Internet, cỏc trường nhận dạng sau là cỏc tham số quan trọng cho việc thiết lập một FEC. Tuy nhiờn, trong một vài hệ thống, chỉ cú địa chỉ IP đớch được sử dụng :
- Địa chỉ IP nguồn và đớch - Số cổng nguồn và đớch
- Trường nhận dạng giao thức IP (PIN)
- Điểm mó cỏc dịch vụ mở rộng của Ip phiờn bản 4( IPv4 Differentiated Services(DS) Codepoint
- Nhón luồng IPv6
Thụng tin đƣợc sử dụng trong quyết định chuyển tiếp
Hỡnh 7- Thụng tin được sử dụng trong cỏc quyết định chuyển tiếp
Cỏc trường trong cỏc gúi đến được sử dụng để làm nờn cỏc quyết định chuyển tiếp cỏc gúi đó được chỉ ra ở hỡnh 7. Lý do là cỏc trường này được cỏc bộ định tuyến, chuyển mạch hay cầu sử dụng để làm cỏc quyết định chuyển mạch, nhưng thường khụng sử dụng FEC.
Layer2 traile r Message(e. g…email) Header (layer7) User Traffic Segment (TCP,UDP) Header(Layer4) Datagra m (IP) Header(Layer3) Layer2 header tải tinTCP,UDP
Tải gúi dữ liệu IP
Chứa số cổng
Chứa địa chỉ MAC, hoặc ATM, FrameRelayVCIDs
Lớp 2 sử dụng cỏc địa chỉ LAN (địa chỉ MAC), trường nhận dạng tuyến ảo ATM và FrameRelay(VCID)
Lớp 3 sử dụng cỏc địa chỉ IP đớch và nguồn
Lớp 4 sử dụng số cổng nguồn và đớch, trường nhận dạng giao thức IP
Chỉ số cổng và giao thức IP được sử dụng trong FEC để ra quyết định chuyển tiếp, cỏc trường này dựng để xỏc định loại tải tin trong gúi dữ liệu IP.Vớ dụ trường PID cú thể được mó hoỏ bởi bộ phỏt c ủa gúi dữ liệu gốc để chỉ rằng loại tải tin(payload) là tải OSPF, một bộ định tuyến cú thể được lập trỡnh cho việc xử lý tải tin này khỏc với cỏc loại tải tin khỏc (vớ dụ tải TCP hoặc UDP). Chỉ số cổng trong tiờu đề TCP và UDP sẽ chỉ ra loại tải tin trong gúi tin mà giao thức TCP và UDP mang, vớ dụ chỉ số cổng đớch cú thể được mó hoỏ để chỉ ra tải tin là õm thanh, thư điện tử, truyền file…Do đú, cỏc trường này là tương đối quan trọng đối với cỏc mạng cần hỗ trợ cỏc dịch vụ QoS khỏc nhau đối với cỏc loại lưu lượng khỏc nhau .
Đối với nhón MPLS thụng dụng được chỉ ra ở hỡnh7. Cũn với VCID của