3.3 Cỏc giao thức cơ bản
3.3.2 Giao thức phõn phối nhón dựa trờn ràng buộc CR-LDP
LDP[21],[24]
Giao thức phõn phối nhón định tuyến dựa trờn ràng buộc CR-LDP (Constraint-Based Routing-LDP) được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quỏ trỡnh định tuyến cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nú sử dụng cỏc phiờn TCP giữa cỏc LSR đồng cấp để gửi cỏc bản tin phõn phối nhón.
Để hiểu rừ hơn về định tuyến cưỡng bức dựa trờn ràng buộc, ta xột việc định tuyến đối với một mạng IP truyền thống. Một mạng cú thể được xem như là một tập hợp cỏc hệ thụng tự trị AS, trong đú việc định tuyến ở mỗi AS tuõn theo giao thức định tuyến trong miền (Intradomain). Việc định tuyến giữa cỏc AS lại tuõn theo giao thức định tuyến liờn miền (Interdomain). Cỏc giao thức định tuyến trong miền cú thể là RIP, OSPF, IS – IS cũn giao thức định tuyến liờn miền đang được sử dụng là BGP. Trong phạm vi một hệ thống tự trị, cơ chế xỏc định tuyến trong cỏc giao thức định tuyến trong miền thường tuõn theo thuật toỏn tối ưu. Trong giao thức định tuyến RIP thỡ đú là sự tối ưu về số nỳt mạng trờn đường mà gúi tin được chuyển từ nguồn tới đớch. Cú nhiều đường để đi từ một nguồn đến một đớch nhưng mỗi đường lại cú số nỳt, độ dài ngắn và băng thụng khả dụng khỏc nhau, do vậy với RIP thỡ thuật toỏn Bellman - Ford được sử dụng để xỏc định sao cho đường đi qua ớt số nỳt nhất. Cũn trong trường hợp OSPF và IS-IS thỡ thuật toỏn là tỡm đường ngắn nhất. Nhà quản trị mạng ứng với giao thức OSPF (hoặc IS-IS) sẽ ấn định cho mỗi kờnh trong mạng một giỏ trị tương ứng với độ dài c ủa kờnh đú. OSPF(hoặc IS-IS) sẽ sử dụng thuật toỏn tỡm đường ngắn nhất Dijkstra để lựa chọn đường ngắn nhất trong số cỏc đường cú thể kết nối đến đớch, với định nghĩa độ dài một đường là tổng độ dài của cỏc kờnh trờn đường đú.
Đối với định tuyến cưỡng bức, ta cú thể xem một mạng như là một tập hợp cỏc nỳt mạng và một tập hợp cỏc kết nối giữa cỏc nỳt mạng đú. Mỗi kờnh sẽ cú cỏc đặc điểm riờng. Để kết nối giữa hai nỳt bất kỡ thỡ cần phải thoả món một số yờu cầu(cỏc ràng buộc), và coi cỏc ràng buộc này như là cỏc đặc điểm của cỏc kờnh. Chỉ cú nỳt đầu tiờn trong cặp đúng vai trũ khởi tạo đường kết nối mới biết đặc điểm này. Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức là tớnh toỏn xỏc định đường kết nối từ nỳt này đến nỳt kia sao cho thoả món một số điều kiện ràng buộc đó được đặt ra đối với liờn kết đú, cỏc điều kiện ràng buộc cú thể là một hoặc nhiều trong cỏc tiờu chớ, vớ dụ: số nỳt ớt nhất, đường đi ngắn nhất, băng thụng rộng nhất…Tuy nhiờn, việc tối ưu hoỏ theo cỏc tiờu chớ khỏc nhau khụng thể được đỏp ứng một cỏch đồng thời. Một thuật toỏn chỉ tối ưu theo một tiờu chớ nào đú chứ khụng thể đỏp ứng một lỳc nhiều tiờu chớ, vỡ hai yờu c ầu cú thể là xung đột nhau, chẳng hạn: Đường đi ngắn nhất và số nỳt ớt nhất chưa hẳn đó cú băng tần lớn nhất, vỡ đường đi ngắn nhất và số nỳt ớt nhất sẽ là lựa chọn số một cho nhiều kết nối qua cỏc kờnh như vậy, nờn băng tần khả dụng cho cỏc liờn kết như trờn cú độ rộng sẽ khụng thể bằng băng tần của kờnh cú ớt kết nối đi qua. Do vậy, thuật toỏn định tuyến ràng buộc cũng khụng thể đỏp ứng tối ưu theo tất cả cỏc tiờu chớ. Nú chỉ thực hiện tối ưu theo một tiờu chớ nào đú đồng thời thoả món một số điều kiện ràng buộc được đặt ra. Khi xỏc định được một đường kết nối thỡ định tuyến cưỡng bức sẽ thực hiện thiết lập, duy trỡ và chuyển trạng thỏi kết nối dọc theo cỏc kờnh phự hợp nhất trờn đường.
Ngoài cỏc điều kiện ràng buộc được đặt ra đối với kờnh, cũn cú cỏc điều kiện được đặt ra đối với việc quản trị. Chẳng hạn nhà quản trị muốn ngăn khụng cho một loại lưu lượng nào đú đi qua một số kờnh nhất định trong mạng được xỏc định bởi một số đặc điểm nào đú. Do đú, thuật toỏn định tuyến mà nhà quản trị phải thực hiện là tỡm cỏc kờnh xỏc định mà nú cho qua lưu lượng trờn, đồng thời thoó món cả một số điều kiện ràng buộc khỏc nữa.
Định tuyến cưỡng bức cũn cú thể là sự kết hợp của cả hai điều kiện ràng buộc là quản lớ và đ ặc điểm kờnh một cỏch đồng thời chứ khụng phải chỉ từng điều kiện riờng rẽ. Vớ dụ định tuyến cưỡng bức phải tỡm ra một đường vừa phải cú độ rộng băng tần nhất định, vừa phải loại trừ ra một số kờnh cú đặc điểm nhất định.
Điểm khỏc biệt chớnh giữa định tuyến IP truyền thống với định tuyến cưỡng bức là : Thuật toỏn định tuyến IP truyền thống chỉ tỡm ra một đường tối ưu ứng với duy nhất một tiờu chớ được đ ặt ra, trong khi thuật toỏn định tuyến cưỡng bức vừa tỡm ra một đường tối ưu theo một tiờu chớ nào đú đồng thời thoả món một số điều kiện ràng buộc nhất định. Chớnh vỡ điều này mà thuật toỏn định tuyến cuỡng bức trong mạng MPLS cú thể đỏp ứng được yờu cầu dịch vụ và cung cấp cỏc kết nối tin cậy cho người dựng theo yờu c ầu trong khi cỏc mạng sử dụng cỏc thuật toỏn tỡm đường khỏc khụng thể cú được, kể cả giao thức định tuyến IP.
Để làm được điều này, cú rất nhiều nguyờn nhõn. Trong đú, nguyờn nhõn chớnh là do định tuyến cưỡng bức yờu cầu đường đi phải được tớnh toỏn và xỏc định từ phớa nguồn. Cỏc nguồn khỏc nhau cú cỏc ràng buộc khỏc nhau đối với một đường trờn cựng một đớch. Cỏc điều kiện ràng buộc ứng với bộ định tuyến của một nguồn cụ thể chỉ được biết đến bởi bộ định tuyến đú mà thụi, khụng một bộ định tuyến nào khỏc trờn mạng được biết về cỏc điều kiện này. Ngược lại trong bộ định tuyến IP thỡ đường đi được xỏc định và tớnh toỏn bởi tất cả cỏc bộ định tuyến phõn tỏn trong toàn mạng.
Một nguyờn nhõn khỏc là khả năng định tuyến hiện (hoặc nguồn) vỡ cỏc nguồn khỏc nhau cú thể tớnh toỏn xỏc định cỏc đường khỏc nhau đến cựng một đớch. Vỡ vậy, chỉ dựa vào thụng tin về đớch là khụng đ ủ để cú thể xỏc định đường truyền cỏc gúi tin.
Một nguyờn nhõn nữa là đối với phương phỏp định tuyến cưỡng bức thỡ việc tớnh toỏn xỏc định đường phải tớnh đến cỏc thụng tin về đặc điểm tương ứng của từng kờnh trong mạng. Đối với cỏc phương phỏp IP đơn giản khụng hỗ trợ khả
năng này. Vớ dụ cỏc giao thức định tuyến truyền thống dựa vào trạng thỏi kờnh (như OSPF, IS-IS) chỉ truyền duy nhất cỏc thụng tin bận /rỗi của từng kờnh và độ dài c ủa từng kờnh, cỏc giao thức định tuyến vector khoảng cỏch (như RIP) thỡ chỉ truyền đi cỏc thụng tin địa chỉ nỳt tiếp theo và khoảng cỏch.
3.3.3 Giao thức đặt trƣớc nguồn tài nguyờn RSVP( Resource Reservation Protocol) [21],[24]
RSVP là giao thức bỏo hiệu đúng vai trũ quan trọng trong mạng MPLS, được sử dụng để đặt trước tài nguyờn cho một phiờn truyền trong mạng Internet.Nú cho phộp cỏc ứng dụng thụng bỏo về cỏc yờu cầu QoS với mạng và mạng sẽ đỏp ứng bằng cỏc thụng bỏo thành cụng hay thất bại.
RSVP được dựng để cung cấp khả năng vận hành được bảo vệ bằng việc đặt trước nguồn tài nguyờn cần thiết tại mỗi mỏy tham gia việc hỗ trợ luồng lưu lượng ( vớ dụ õm thanh hoặc hỡnh ảnh). Đối với giao thức IP, là giao thức khụng kết nối, nú khụng hỗ trợ việc thiết lập cỏc đường cho luồng lưu lượng, trong khi RSVP được thiết kế để thiết lập cỏc đường truyền cũng như bảo vệ giải thụng trờn cỏc đường truyền.
RSVP yờu cầu cỏc mỏy nhận lưu lượng về yờu cầu chất lượng dịch vụ QoS cho luồng dữ liệu. Cỏc ứng dụng tại mỏy trạm nhận phải quyết định cỏc thuộc tớnh QoS sẽ được truyền tới RSVP. Sau khi phõn tớch cỏc yờu c ầu này, RSVP được sử dụng để gửi cỏc bản tin tới tất cả cỏc nỳt cần truyền dữ liệu.
RSVP thao tỏc với cả cỏc thủ tục đơn hướng và đa hướng, việc liờn mạng ở thời điểm hiện tại là cỏc giao thức đa hướng.
RSVP phải mang cỏc thụng tin sau :
- Thụng tin phõn loại, nhờ nú mà cỏc luồng lưu lượng với cỏc yờu cầu QoS cụ thể cú thể được nhận biết trong mạng. Thụng tin này bao gồm địa chỉ IP phớa gửi và phớa nhận, số cổng UDP.
- Chỉ tiờu kỹ thuật của luồng lưu lượng và cỏc yờu c ầu Qo S theo khuụn dạng Tspec và Rspec, bao gồm cỏc dịch vụ yờu cầu.
RSVP phải mang cỏc thụng tin trờn từ cỏc mỏy chủ tới tất cả cỏc tổng đài chuyển mạch và cỏc bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ phỏt tới bộ thu. Vỡ vậy, tất cả cỏc thành phần mạng phải tham gia vào việc đảm bảo cỏc yờu c ầu QoS của ứng dụng.
RSVP sử dụng bản tin trao đổi tài nguyờn đặt trước qua mạng cho luồng IP. RSVP là giao thức riờng ở mức IP. Nú sử dụng cỏc gúi dữ liệu IP ho ặc UDP ở phần biờn của mạng để thụng tin giữa cỏc LSR đồng cấp. Nú khụng đũi hỏi duy trỡ phiờn TCP, nhưng sau phiờn này nú phải xử lý mất mỏt cỏc bản tin điều khiển.
RSVP mang cỏc loại thụng tin trong hai loại bản tin cơ bản là PATH và RESV để xỏc định luồng và cỏc yờu cầu QoS cho luồng. Cỏc yờu cầu này chỉ ra dịch vụ được bảo vệ , vớ dụ tốc độ đỉnh cho luồng dữ liệu, kớch thước cụm…Cỏc bản tin P ATH truyền từ bộ phỏt tới một ( hỗ trợ đơn hướng ) ho ặc nhiều ( hỗ trợ đa hướng ) bộ thu cú chứa Tspec và cỏc thụng tin về phõn loại cho bộ phỏt cung cấp.
Khi bộ thu nhận được bản tin PATH, nú cú thể gửi bản tin RESV trở lại cho bộ phỏt, bản tin RESV dựng để xỏc nhận phiờn cú chứa thụng tin về số cổng dành riờng và RSpec xỏc nhận mức QoS mà bộ thu yờu cầu. Nú cũng bao gồm một số thụng tin xem xột những bộ phỏt nào được phộp sử dụng tài nguyờn đang được cấp phỏt.
Khi cỏc cổng dành riờng được thiết lập, cỏc bộ định tuyến nằm giữa bộ phỏt và bộ thu sẽ xỏc định cỏc gúi tin thuộc cổng dành riờng nào nhờ kiểm tra 5 trường trong phần mào đầu IP và giao thức truyền tải, đú là: địa chỉ nguồn, số cổng nguồn, số giao thức (là UDP hay TCP…), địa chỉ đớch, số cổng đớch. Tập hợp cỏc gúi tin được nhận dạng theo cỏch này được gọi là luồng dành riờng. Cỏc thụng tin trong luồng dành riờng được khống chế để đảm bảo khụng phỏt sinh lưu lượng vượt quỏ
so với thụng bỏo trong Tspec và được xếp vào hàng đợi phự hợp theo yờu c ầu về QoS .
Một đặc điểm nữa cần phải nhắc đến đối với giao thức này, RSVP là giao thức “trạng thỏi mềm”. Nú khỏc với cỏc loại giao thức khỏc là trạng thỏi sẽ tự động hết hiệu lực sau một thời gian trừ trường hợp nú được làm tươi theo định kỡ, tức là RSVP sẽ liờn tục gửi cỏc bản tin PATH và RESV để làm tươi cỏc cổng dành riờng. Nếu chỳng khụng được gửi đi trong một khoảng thời gian nào đấy thỡ cổng dành riờng tự động bị huỷ bỏ.
MPLS hỗ trợ RSVP nhƣ thế nào ?
RSVP được sử dụng trong mạng MPLS để hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS và điều khiển lưu lượng. MPLS sử dụng RSVP để cho phộp cỏc LSR dựa vào việc phõn loại gúi tin theo nhón chứ khụng phải theo mào đầu IP để nhận biết cỏc gúi tin thuộc cỏc luồng của cổng dành riờng. Vỡ vậy, cần phải cú sự kết hợp phõn phối giữa cỏc luồng và cỏc nhón cho cỏc luồng cú cỏc cổng dành riờng RSVP. Ta cú thể xem một tập cỏc gúi tin tạo bởi cổng dành riờng RSVP như là một trường hợp riờng của FEC.
Chỳng ta định nghĩa một đối tượng RSVP mới là đối tượng LABEL được mang trong bản tin RSVP RESV. Khi một LSR muốn gửi bản tin RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phỏt một nhón từ trong tập nhón rỗi, tại một lối vào trong LFIB c ủa nú với nhón lối vào được đặt cho nhón cấp phỏt, và gửi bản tin RESV cú chứa nhón này.
Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng LABEL, một LSR thiết lập LFIB của nú với nhón này là nhón lối ra. Sau đú, nú cấp phỏt một nhón để sử dụng như là nhón lối vào và chốn nú vào bản tin RESV trước khi nú gửi đi.
Khi cỏc bản tin RESV truyền đến LSR ngược, LSP được thiết lập dọc theo tuyến đường . Khi cỏc nhón được cung cấp trong cỏc bản tin RESV, mỗi LSR cú
luồng dành riờng RSVP là chỉ cú bộ định tuyến đ ầu tiờn trong LSP liờn quan tới việc xem xột cỏc gúi tin thuộc luồng dành riờng nào. Điều này cho phộp RSVP được ỏp dụng trong mụi trường MPLS theo cỏch mà nú khụng thể thực hiện được trong mạng IP truyền thống. Theo quy ước thỡ cỏc cổng dành riờng RSVP chỉ cú thể tạo cho những luồng ứng dụng riờng lẻ, tức là những luồng ứng dụng được xỏc định nhờ 5 trường mào đầu như đó đề cập ở trờn, tuy nhiờn cũng cú thể đặt cấu hỡnh c ủa bộ định tuyến để chọn cỏc gúi dựa trờn một số tiờu chuẩn, vớ dụ bộ định tuyến cú thể xem xột cỏc tiền tố ứng với cựng một đớch và đặt chỳng vào LSP. Vỡ vậy, thay vỡ cú một LSP cho mỗi luồng ứng dụng riờng, một LSP cú thể cung c ấp QoS cho nhiều luồng lưu lượng. Do vậy, đặc tớnh này cú thể ỏp dụng cho khả năng cung c ấp “đường ống” với băng thụng đảm bảo theo yờu cầu cho một đường thuờ bao thay vỡ phải sử dụng nhiều đường thuờ bao riờng để cú được cựng giải thụng như trờn. Điều này là cú ớch đối với cỏc cụng ty lớn muốn cú nhiều kết nối tới cụng ty khỏc mà chỉ sử dụng một đường thuờ bao nhằm giảm bớt sự phức tạp trong việc quản lớ cũng như điều khiển lưu lượng, ở đõy một lưu lượng lớn cần được gửi dọc theo cỏc LSP với băng thụng đủ để tải lưu lượng.
Để hỗ trợ một số cỏch sử dụng tăng cường của RSVP, MPLS định nghĩa một đối tượng RSVP mới cú thể mang trong bản tin PATH là đối tượng Label Request.
Bản tin này đó được đề cập trong phần cỏc loại bản tin trong LDP.
3.3.4 Giao thức MPLS - BGP
MPLS mở rộng chức năng cho BGP để mang cỏc nhón trong giao t hức cổng biờn BGP, MPLS-BGP cho phộp bộ định tuyến chạy BGP phõn phối nhón tới cỏc bộ định tuyến biờn khỏc một cỏch trực tiếp thụng qua bản tin cập nhật của BGP. Tiếp cận này đảm bảo cho quỏ trỡnh phõn phối nhón và cỏc thụng tin định tuyến ổn định và giảm bớt tiờu đề của bản tin điều khiển xử lý.
3.4.1. Cỏc hoạt động của MPLS[14]
Để gúi tin truyền qua mạng MPLS, phải thực hiện cỏc bước sau: 1. Tạo và phõn phối nhón
2. Tạo bảng cho mỗi bộ định tuyến 3. Tạo đường chuyển mạch nhón 4. Gỏn nhón dựa trờn tra cứu bảng 5. Truyền gúi tin
Nguồn gửi cỏc dữ liệu của nú tới đớch. Trong miền MPLS, khụng phải tất cả cỏc lưu lượng nguồn cần thiết truyền qua cựng một đường. Dựa trờn cỏc đặc tớnh lưu lượng, cỏc LSP khỏc nhau cú thể được tạo ra cho cỏc gúi tin với cỏc yờu cầu CoS khỏc nhau.
Hỡnh 25: Tạo LSP và chuyển tiếp gúi tin thụng qua miền MPLS
Trong hỡnh 25, LER1 là lối và và LER4 là lối ra.
Bảng 2 mụ tả cỏc bước ho ạt động của MPLS khi gúi dữ liệu truyền qua miền MPLS Bảng2: Cỏc hoạt động MPLS Hoạt động MPLS Miờu tả Tạo và phõn phối nhón
- Trước khi dữ liệu bắt đầu truyền, cỏc bộ định tuyến quyết định tạo ra liờn kết nhón tới cỏc FEC cụ thể và tạo bảng.