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.
- Trong LDP, cỏc bộ định tuyến luồng xuống bắt đầu phõn phối nhón và gỏn nhón/FEC.
- Thờm vào đú, đặc tớnh liờn quan đến lưu lượng và dung lư ợng MPLS được điều chỉnh thụng qua sử dụng LDP.
- Giao thức bỏo hiệu nờn dựng giao thức vận chuyển cú thứ tự và đảm bảo tin cậy. LDP dựng TCP.
Tạo bảng - Khi chấp nhận cỏc liờn kết nhón mỗi LSR tạo ra mục trong bảng cơ sở dữ liệu nhón (LIB).
- Nội dung của bảng sẽ xỏc định mối liờn hệ giữa nhón và FEC, ỏnh xạ giữa cổng vào và bảng nhón vào đến cổng ra và bảng nhón ra.
- Cỏc mục được cập nhập bất kỳ khi việc gỏn nhón được điều chỉnh lại. Tạo
đường chuyển mạch nhón
Như hỡnh 25, cỏc LSP được tạo ra theo chiều ngược với cỏc mục trong cỏc LIB.
Gỏn nhón /bảng tra cứu
- Bộ định tuyến đầu tiờn (LER1 trong hỡnh 25) sử dụng bảng LIB để tỡm đường tiếp theo yờu cầu nhón cho FEC cụ thể.
- Cỏc bộ định tuyến tiếp theo sử dụng bảng để tỡm đường đi tiếp theo. - Khi gúi tin đến LSR lối ra (LER4), nhón được loại bỏ và gúi đư ợc truyền tới đớch.
Chuyển tiếp gúi tin
Hỡnh 25 mụ tả đường đi của gúi tin khi nú được truyền từ nguồn tới đớch hay từ LER1, LSR lối vào đến LER4, LSR lối ra.
- Lần đầu tiờn của yờu cầu nhón, cỏc gúi tin khụng cú nhón tại LER1. Trong mạng IP, nú sẽ tỡm địa chỉ dài nhất để tỡm cỏc bước tiếp theo. LSR1 là bước tiếp theo của LER1.
- LER1 sẽ khởi phỏt cỏc yờu cầu nhón tới LSR1.
Yờu cầu này sẽ được phỏt trờn toàn mạng như hỡnh 25. LDP sẽ xỏc định đường dẫn ảo đảm bảo QoS, CoS.
- Mỗi bộ định tuyến trung gian LSR2 và LSR3 sẽ nhận gúi tin gỏn nhón thay đổi nhón và truyền đi.
- Gúi tin đến LER4, loại bỏ nhón vỡ gúi ra khỏi miền hoạt động của MPLS và phõn phỏt tới đớch. Đường truyền gúi tin được chỉ ra trong hỡnh 25.
3.4.2 Cỏc chế độ hoạt động của MPLS : [24]
Cú hai chế độ hoạt động đối với MPLS : chế độ khung (Frame Mode) và chế độ tế bào ( Cell Mode )
3.4.2.1 Chế độ hoạt động khung:
Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong mụi trường cỏc thiết bị định tuyến thuần điều khiển cỏc gúi IP điểm - điểm. Cỏc gúi tin dỏn nhón được chuyển tiếp trờn cơ sở khung lớp 2.
Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ này được mụ tả ở hỡnh 26 dưới đõy: LSR lõi 1 LSR biên 3 PoP LSR biên 2 PoP LSR biên 1 PoP B-ớc 2: kiểm tra lớp 3, gắn nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 1 Gói IP 28 Gói IP 30 B-ớc 1: nhận gói IP tại biên LSR IP đích: 197.1.1.3 B-ớc 3: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 3
Gói IP 37
B-ớc 4: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR biên 4
IP 192.1.1.3
B-ớc 5: kiểm tra nhãn, xoá nhãn, chuyển gói IP đến Router ngoài tiếp theo LSR lõi 2 LSR lõi 3 LSR biên 5 PoP LSR biên 4 PoP
Hỡnh 26 - Mạng MPLS trong chế đ ộ hoạt động khung
Cỏc hoạt động trong mảng số liệu :
Quỏ trỡnh chuyển tiếp một gúi IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số bước cơ bản sau đõy:
- LSR biờn lối vào nhận gúi IP, phõn loại gúi vào nhúm chuyển tiếp tương đương FEC và gỏn nhón cho gúi với ngăn xếp nhón tương ứng với FEC đó xỏc định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đớch, FEC sẽ tương ứng với mạng con đớch và việc phõn lại gúi sẽ đơn giản là việc so sỏnh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
- LSR lừi nhận gúi tin cú nhón và sử dụng bảng chuyển tiếp nhón để thay đổi nhón lối vào của gúi đến với nhón lối ra tương ứng cựng với vựng FEC( trong trường hợp này là mạng con IP)
- Khi LSR biờn lối ra của vựng FEC c ủa vựng FEC này nhận được gúi cú nhón, nú lo ại bỏ nhón và thực hiện việc chuyển tiếp gúi IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
Mào đầu nhón MPLS :
Nhón MPLS được chốn trước số liệu cần gỏn nhón ở chế độ hoạt động khung. Tức là nhón MPLS được chốn vào giữa mào đầu lớp 2 và nội dung thụng tin lớp 3 của khung lớp 2, vị trớ của nhón MPLS trong khung lớp 2 được thể hiện như trong hỡnh 27:
Hỡnh 27 - Vị trớ c ủa nhón MPLS trong khung lớp 2
Do nhón MPLS được chốn vào vị trớ như vậy nờn bộ định tuyến gửi thụng tin phải cú phương tiện gỡ đú thụng bỏo cho bộ định tuyến nhận biết rằng gúi đang được gửi đi khụng phải là gúi IP thuần mà là gúi cú nhón (gúi IP). Để đơn giản chức năng này, một số dạng giao thức mới được định nghĩa trong lớp 2 như sau:
- Trong mụi trường LAN cỏc gúi cú nhón truyền tải gúi lớp 3 đơn hướng hay đa hướng sử dụng giỏ trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet. Cỏc
Khung lớp 2 số liệu lớp 3 (gúi IP) Nhón MPLS Mào đầu lớp 2 Gúi IP cú nhón trong khung lớp 2
giỏ trị này được sử dụng trực tiếp trờn phương tiện Ethernet (bao gồm cả Ethernet nhanh và Gigabit Ethernet)
- Trờn kờnh điểm - điểm sử dụng tạo giao thức PPP, sử dụng giao thức mới được gọi là MPLSCP (giao thức điều khiển MPLS). Cỏc gúi MPLS được đỏnh dấu bởi giỏ trị 8281H trong trường giao thức PPP
- Cỏc gúi MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI gi ữa một cặp thiết bị định tuyến được đỏnh dấu bởi nhận dạng giao thức SNAP của chuyển dịch khung(NLPIN), tiếp theo mào đ ầu SNAP với giỏ trị 8847H cho Ethernet như trong mạng LAN.
Chuyển mạch nhón trong chế độ khung:
Ta sẽ xem xột quỏ trỡnh chuyển đổi nhón (như ở hỡnh 26) trong mạng MPLS sau khi nhận được một gúi IP
- Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ bộ định tuyến biờn số1, LSR lừi1 lập tức nhận dạng gúi nhận được là gúi cú nhón dựa trờn giỏ trị trường giao thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhón trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhón. Kết qủa nhón vào là 30 được thay bằng nhón ra 28 tương ứng với việc gúi tin sẽ được chuyển tiếp đến LSR lừi 3
- Tại LSR lừi 3, nhón được kiểm tra, nhón số 28 được thay bằng nhón số 37 và cổng ra được xỏc định. Gúi tin được chuyển tiếp đến LSR biờn số 4 - Tại LSR biờn số 4, nhón 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 được thực hiện, gúi tin được chuyển tiếp đến bộ định tuyến tiếp theo ngoài mạng MPLS.
Quỏ trỡnh chuyển đổi nhón được thực hiện trong cỏc LSR lừi dựa trờn bảng định tuyến nhón. Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mỗi LSR trong mạng MPLS cú đầy đ ủ thụng tin về tất cỏc hướng chuyển tiếp. Quỏ trỡnh này xảy ra trước khi thụng tin được truyền trong mạng và được gọi là quỏ trỡnh liờn kết nhón ( Label binding).
Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, cỏc thành viờn LSR trong mạng MPLS phải cú liờn lạc với nhau trong quỏ trỡnh khai bỏo thụng qua bản tin Hello . Sau khi bản tin này được gửi, một phiờn
giao dịch giữa hai LSR được thực hiện. thủ tục trao đổi là LDP.
Sau khi cơ sở dữ liệu nhón LIB được tạo ra trong LSR, nhón được gỏn cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với định tuyến đơn hướng, FEC tương đương với tiền tố trong bảng định tuyến IP. Vậy, nhón được gỏn trong mỗi tiền tố trong bảng định tuyến IP và bảng chuyển đổi chứa trong LIB. Bảng chuyển đổi định tuyến này được cập nhật liờn tục khi xuất hiện những tuyến trong miền mới.
Do LSR gỏn nhón cho mỗi tiền tố IP trong bảng định tuyến của chỳng ngay sau khi tiền tố xuất hiện trong bảng định tuyến và nhón là phương tiện được LSR khỏc sử dụng khi gửi gúi tin cú nhón này được gọi là gỏn nhón điều khiển độc lập với quỏ trỡnh phõn phối ngược khụng yờu cầu.
Việc quảng bỏ cỏc nhón được quảng bỏ ngay đến tất cả cỏc bộ định tuyến thụng qua phiờn LDP.
3.4.2.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS
Để triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số trở ngại sau: - Hiện tại khụng tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp cỏc gúi IP giữa nỳt MPLS lõn cận qua giao diện ATM. Tất cả cỏc số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải thực hiện qua kờnh ảo ATM.
- Cỏc tổng đài ATM khụng thể thực hiện việc kiểm tra nhón hay địa chỉ lớp3. Khả năng duy nhất c ủa ATM là chuyển đổi VC đ ầu vào sang VC đ ầu ra c ủa giao diện ra.
Để thực thi MPLS qua ATM thỡ cần một số cơ chế sau:
- Cỏc gúi IP trong mảng điều khiển khụng thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM. Một kờnh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nỳt lõn cận để trao đổi gúi thụng tin điều khiển.
- Nhón trờn cựng trong ngăn xếp nhón phải được sử dụng cho cỏc giỏ trị VP I/VCI.
- Cỏc thủ tục gỏn và phõn phối nhón phải được sửa đổi để đảm bảo cỏc tổng đài ATM khụng phải kiểm tra địa chỉ lớp 3.
Một số thuật ngữ cần quan tõm trong phần này:
a.Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhón ( LC-ATM) là giao diện
ATM trong tổng đài hoặc trong bộ định tuyến mà giỏ trị VPI/VCI được gỏn bằng thủ tục điều khiển MPLS(LDP)
b.ATM- LSR là tổng đài ATM s ử dụng giao thức MPLS trong mảng điều
khiển và thực hiện chuyển tiếp MPLS giữa cỏc giao diện LC-ATM trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bầoTM truyền thống.
b.LSR theo khung là LSR chuyển tiếp toàn bộ cỏc khung giữa cỏc giao
diện của nú. Bộ định tuyến truyền thố ng là LSR kiểu này.
d.Miền ATM-LSR là tập hợp cỏc ATM–LSR kết nối với nhau qua cỏc giao
diện LC-ATM.
e.ATM-LSR biờn là LSR theo khung cú ớt nhất một giao diện LC-ATM
Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM:
Cấu trỳc MPLS đũi hỏi liờn kết thuần IP giữa cỏc mảng điều khiển của cỏc LSR lõn cận để trao đổi liờn kết nhón cũng như cỏc gúi điều khiển khỏc.
Ở chế độ hoạt động MPLS khung yờu cầu này được đỏp ứng một cỏch đơn giản bởi cỏc thiết bị định tuyến cú thể gửi, nhận cỏc gúi IP và cỏc gúi cú nhón qua bất kỡ giao diện chế độ khung nào dự là LAN hay WAN. Cũn tổng đài ATM khụng cú khả năng đú. Để cung cấp kết nối thuần IP giữa cỏc ATM-LSR cú hai cỏch sau:
- Thụng qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa cỏc tổng đài - Thụng qua kờnh ảo quản lớ trong băng tương tự cỏch mà giao thức ATM
Kờnh ảo điều khiển MPLS VC thụng thường sử dụng giỏ trị VPI/VCI là 0/32 và bắt buộc phải sử dụng phương phỏp đúng gúi LLC/SNAP cho cỏc gúi IP theo tiờu chuẩn RFC1483. Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM (ATM-LSR) phần điều khiển trung tõm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thờm bỏo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kờnh VC.
Chuyển tiếp cỏc gúi cú nhón qua mi ền ATM-LSR:
Việc chuyển tiếp cỏc gúi nhón qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua cỏc bước sau:
- ATM-LSR biờn lối vào nhận gúi cú nhón ho ặc khụng nhón, thực hiện việc kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhón LFIB và tỡm ra giỏ trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhón lối ra. Cỏc gúi cú nhón được phõn chia thành cỏc tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo.Giỏ trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu của từng tế bào.
- Cỏc nỳt ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giỏ trị VPI/VCI trong mào đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Cơ chế phõn bổ và phõn phối nhón phải bảo đảm việc chuyển đổi giỏ trị VPI/VCI trong miền và ngoài miền là chớnh xỏc.
- ATM - LSR tại lối ra tỏi tạo lại cỏc gúi cú nhón từ cỏc tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhón và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo. Việc kiểm tra nhón dựa vào giỏ trị VPI/VCI của tế bào đến mà khụng dựa vào nhón trờn đỉnh của ngăn xếp trong mào đầu nhón MPLS do ATM-LSR giữa cỏc biờn của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giỏ trị VPI/VCI mà khụng thay đổi nhón bờn trong cỏc tế bào ATM. Trong đú cần chỳ ý rằng nhón đỉnh của ngăn xếp được lập giỏ trị bằng 0 bởi ATM-LSR biờn lối vào trước khi gúi cú nhón được phõn chia thành cỏc tế bào.
ATM-LSR lõi 1 LSR biên 3 PoP LSR biên 2 PoP LSR biên 1 PoP
B-ớc 1: Gửi yêu cầu chi giá trị nhãn X đến
nút cận kề
Yêu cầu giá trị X
ATM-LSR lõi 2 ATM-LSR lõi 3 LSR biên 5 PoP LSR biên 4 PoP
Yêu cầu giá trị X
Yêu cầu giá trị X
X= 1/85
B-ớc 6: Giá trịVPI/VCI nội vùng đ-ợc gán bởi ATM-LSR lõi 1 cho LSR biên 1 trả lời cho yêu cầu
B-ớc 5: LSR lõi 3 gán giá trị VPI/VCI nội vùng , chuyển đổi VPI/VCI vào sang VPI/VCI ra và gửi giá trị VPI/VCI mới đến
ATM-LSR lõi 1
X= 1/241
B-ớc 2: ATM-LSR lõi 1 gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến ATM-LSR lõi 3
B-ớc 4: LSR biên 4 gán giá trị VPI/VCI và gửi trả lời ATM-LSR lõi 3 B-ớc 3: ATM-LSR lõi 3
gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến LSR lõi 4
Hỡnh 28 – Phõn bổ nhón trong mạng ATM- MPLS
Việc phõn bổ và phõn phối nhón trong chế độ hoạt động này cú thể sử dụng cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung. Tuy nhiờn nếu triển khai như vậy thỡ sẽ dẫn tới cỏc hạn chế bởi mỗi nhón được gỏn qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC. Vỡ số lượng VC qua giao diện ATM là hạn chế nờn cần giới hạn số lượng VC phõn bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất. Để đảm bảo được điều này, cỏc LSR phớa sau sẽ đảm nhận trỏch nhiệm yờu cầu phõn bổ và phõn phối nhón qua giao diện LC-ATM. LSR phớa sau cần nhón để gửi gúi đến nỳt tiếp theo phải yờu c ầu nhón từ LSR phớa trước nú. Thụng thường cỏc nhón được yờu cầu dựa trờn nội dung bảng định tuyến mà khụng dựa vào luồng dữ liệu, điều đú đũi hỏi nhón cho mỗi đớch trong phạm vi của nỳt kế tiếp qua giao diện LC-ATM.
LSR phớa trước cú thể đơn giản phõn bổ nhón và trả lời yờu cầu cho LSR phớa sau với bản tin trả lời tương ứng. Trong một số trường hợp, LSR phớa trước cú
thể phải cú khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 (nếu nú khụng cũn nhón phớa trước yờu cầu cho đớch). Đối với tổng đài ATM, yờu c ầu như vậy sẽ khụng được trả lời bởi chỉ khi nào nú cú nhón được phõn phối cho đớch phớa trước thỡ nú mới trả lời yờu cầu. Nếu ATM-LSR khụng cú nhón phớa trước đỏp ứng yờu c ầu của LSR phớa sau