1.3. CÁC THÀNH PHẦN VÀ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MPLS
1.3.4. Các giao thức phân phối nhãn
1.3.4.1. Giới thiệu
Giao thức phân phối nhãn là tập các thủ tục được các LSR sử dụng để thông báo cho các LSR đồng cấp biết về sự kết hợp Label/FEC của nó.
Mạng chuyển mạch nhãn không quy định một phương pháp phân phối nhãn cụ thể (đôi khi giao thức phân phối nhãn còn được gọi là giao thức báo hiệu). Do vậy có một vài giao thức có thể hỗ trợ cho việc phân phối nhãn được sử dụng như giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) hay giao thức BGP (Border Gateway Protocol). Tuy nhiên IETF phát triển một giao thức cụ thể bổ sung cho MPLS đó là giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol).
Một giao thức khác là giao thức được mở rộng từ giao thức LDP đó là giao thức phân phối nhãn ràng buộc CR-LDP (Constraint based LDP) dùng cho định tuyến ràng buộc.
1.3.4.2. Giao thức phân phối nhãn LDP.
Giao thức phân phối nhãn LDP được định nghĩa trong RFC 3036.
Chúng ta đều biết MPLS không thực hiện quyết định chuyển gói tin đối với mỗi gói tin IP datagram lớp 3. Thay vào đó, các quyết định chuyển gói tin được thực hiện đối với một lớp các gói tin IP datagram lớp 3. Một nhãn chiều dài cố định được đàm phán dọc theo đường chuyển mạch nhãn từ đầu vào đến đầu ra.
LDP là một tập các thủ tục và bản tin được các LSRs sử dụng để thiết lập các đường chuyển mạch nhãn trong mạng bằng cách ánh xạ trực tiếp thông tin định tuyến lớp mạng với các đường chuyển mạch nhãn lớp liên kết dữ liệu.
28
Hình 1.3.6: Quá trình trao đổi bản tin LDP.
LSRs đồng cấp.
Các LSRs sử dụng LDP để trao đổi thông tin ánh xạ Label/FEC được gọi là các LSRs đồng cấp. Chúng trao đổi thông tin thông qua việc thiết lập một phiên làm việc được biết đến là phiên làm việc LDP. Một phiên làm việc cho phép các LSRs đồng cấp biết được các ánh xạ nhãn của nhau. Tức là phiên LDP có tính hai chiều.
Trao đổi bản tin LDP.
Có bốn nhóm bản tin LDP :
Nhóm bản tin “Discovery”: Được sử dụng để thông báo và duy trì sự xuất hiện của một LSR trong một mạng.
Nhóm bản tin “Session”: Được sử dụng để thiết lập, duy trì và xóa một phiên làm việc giữa các LSRs đồng cấp.
Nhóm bản tin “Advertisement”: Được sử dụng để tạo, thay đổi và xoá các ánh xạ nhãn cho các FECs.
Nhóm bản tin “Notification”: Được sử dụng để cung cấp các thông tin trạng thái, lỗi.
Các bản tin “Discovery” cung cấp cơ chế trong đó các LSRs thông báo về sự có mặt của chúng bằng cách gửi đi một bản tin “Hello” định kỳ tới tất cả các LSRs khác trong mạng thông qua một cổng UDP. Khi một LSR muốn thiết lập một phiên LDP với một LSR khác, nó sử dụng thủ tục khởi tạo LDP thông qua TCP. Sau khi
29
thủ tục khởi tạo thành công, hai LSRs là đồng cấp và có thể trao đổi các bản tin
“Advertisement”.
Thủ tục “Phát hiện LDP”.
Thủ tục “Phát hiện LDP” là một cơ chế cho phép các LSRs phát hiện ra nhau. Có hai cơ chế được sử dụng:
Cơ chế phát hiện cơ bản (Basic Discovery): Sử dụng để phát hiện các LSRs lân cận được kết nối trực tiếp với nhau ở mức đường. Định kỳ một LSR gửi các bản tin Hello LDP thông qua cổng UDP ra các giao diện của nó tới các LSRs trong mạng con của nhóm multicast. Việc nhận bản tin này trên một giao diện sẽ xác nhận một LSR lân cận ở mức đường.
Cơ chế phát hiện mở rộng (Extented Discovery): Được sử dụng trong trường hợp các LSRs không kết nối trực tiếp với nhau. Định kỳ LSR phải gửi một bản tin “Hello” được gọi là “Targeted Hello” tới một địa chỉ xác định (địa chỉ đích). Địa chỉ đích này được phát hiện bằng các giao thức định tuyến thông thường. Việc nhận một bản tin “Targeted Hello” xác nhận một LSR đồng cấp ở mức mạng.
Thủ tục thiết lập và duy trì phiên LDP.
Thiết lập phiên LDP:
Tiếp sau sự trao đổi các bản tin “Hello” là việc thiết lập một phiên LDP. Quá trình thiết lập một phiên LDP gồm 2 bước:
Bước 1: Thiết lập kết nối truyền tải.
Quá trình thiết lập kết nối truyền tải giữa LSR1 và LSR2 trên quan điểm của LSR1 như sau:
Nếu LSR1 chưa có một phiên làm việc với LSR2, nó sẽ cố gắng mở một phiên kết nối TCP cho một phiên làm việc mới với LSR2.
LSR1 xác định xem nó đóng vai trò chủ động hay bị động trong việc thiết lập phiên LDP bằng cách so sánh địa chỉ truyền tải kết nối TCP của LSR1 và LSR2. Nếu địa chỉ truyền tải của LSR1 lớn hơn địa chỉ truyền tải của LSR2 thì nó đóng vai trò chủ động ngược lại nó đóng vai trò bị động.
30
Nếu LSR1 là chủ động, nó cố gắng thiết lập một kết nối TCP LDP bằng cách kết nối tới cổng LDP đã biết tại địa chỉ truyền tải của LSR2. Nếu LSR1 là bị động, nó sẽ đợi LSR2 thiết lập một kết nối TCP LDP tới địa chỉ cổng LDP của nó.
Bước 2: Khởi tạo phiên.
Sau khi LSR1 và LSR2 thiết lập một kết nối truyền tải, chúng đàm phán về các tham số của phiên thông qua việc trao đổi các bản tin khởi tạo LDP. Các tham số được đàm phán bao gồm phiên bản LDP, phương thức phân phối nhãn, giá trị của bộ đếm thời gian, dải VPI/VCI cho nhãn ATM, dải DLCI cho nhãn Frame Relay,...
Sau khi đàm phán thành công, quá trình phối nhãn sẽ diễn ra.
Duy trì phiên LDP :
Giao thức phân phối nhãn LDP có các cơ chế cho việc giám sát tính toàn vẹn của phiên LDP. Nó sử dụng việc thu định kỳ các đơn vị dữ liệu giao thức PDUs LDP trên kết nối truyền tải phiên để giám sát tính toàn vẹn của phiên. Một LSR duy trì một bộ định thời KeepAlive cho mỗi một phiên đồng cấp mà nó khởi tạo lại bất cứ khi nào nó nhận được một đơn vị dữ liệu PDU LDP đồng cấp. Nếu thời gian của bộ định thời KeeepAlive vượt qua ngưỡng mà không nhận được một đơn vị dữ liệu giao thức PDU từ LSR đồng cấp thì nó cho rằng kết nối truyền tải tồi hay bên đồng cấp lỗi và nó kết thúc phiên LDP đó bằng cách đóng kết nối truyền tải.
Một LSR có thể chọn việc kết thúc một phiên LDP với LSR đồng cấp tại bất kỳ thời điểm nào thông qua việc gửi đi một bản tin Shutdown.
Xu hướng trong tương lai là các mạng sẽ tập trung chủ yếu vào các loại mạng hướng dịch vụ và lưu lượng IP sẽ thay thế cho các loại lưu lượng khác trên mạng như ATM, Frame Relay ... Chính những lý do này, đòi hỏi phải có một giao thức mới phù hợp cho các loại mạng này và đó là giao thức chuyển mạch nhãn tích cực APLS.
1.4. GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN TÍCH CỰC – APLS
Ngoài công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS, còn có một công nghệ chuyển mạch nhãn mới nữa cũng đầy triển vọng được đề cập trong chương này đó là: Giao thức chuyển mạch nhãn tích cực (APLS).
31
1.4.1. Giới thiệu
Ngày nay xu hướng tăng tính truy cập và tính tiếp cận Internet đã thu hút một khối lượng khổng lồ các dịch vụ từ giao dịch tài chính đến giải trí. Khả năng phát triển của Internet chỉ bị hạn chế bởi các công nghệ mạng sử dụng trên Internet. Đặc biệt, các công nghệ lớp 3 theo qui ước đã bất di bất dịch và không đáp ứng tốt với những thay đổi nhanh trong môi trường Internet. Truyền thống thì các công nghệ lớp 3 chỉ tập trung để tăng hiệu năng (băng thông/độ trễ/jitter) để phục vụ cho những nhu cầu của nhà cung cấp mạng.
Qua Internet các nhà cung cấp dịch vụ mang tới các khách hàng của họ các dịch vụ giá trị gia tăng. Ví dụ như các dịch vụ trực tuyến, chơi trò chơi trực tuyến và IP- phone.... Vấn đề đặt ra hiện nay là phải cung cấp những dịch vụ tốt nhất trên Internet và Internet phải biến chuyển thế nào để trở thành một liên mạng cung cấp dịch vụ. Chúng ta thấy rằng mạng lớp 3 giữ vai trò lớn hơn trong việc cung cấp dịch vụ và các thay đổi đều tập trung làm cho mô hình IP hướng dịch vụ (service- oriented) nhiều hơn.
Các mạng hướng dịch vụ chú trọng vào khách hàng nhiều hơn và điều đó đã đem lại giá trị không chỉ cho nhà cung cấp mạng, nhà cung cấp dịch vụ mà còn cho chính các khách hàng. Các công nghệ mạng thế hệ tiếp theo không chỉ trội hơn về mặt hiệu năng mà còn trội về tính linh hoạt, khả năng điều khiển và khả năng mở rộng.
Tính linh hoạt cho phép mạng đáp ứng nhanh với xu hướng mới nhất trong dịch vụ rất đa dạng, kể cả những điều chưa chưa dự đoán trong tương lai.
Khả năng kiểm soát liên quan tới khía cạnh nguồn tài nguyên mạng, đó là việc kiểm soát lưu lượng và dịch vụ. Tuy nhiên, kiểm soát phải kết hợp cả kiểm soát dịch vụ với kiểm soát lưu lượng. Trước tiên các nhà cung cấp mạng phải kiểm soát tốt các mạng của họ để có thể dễ dàng hơn cho hoạt động cũng như cho việc duy trì bảo dưỡng. Còn các nhà cung cấp dịch vụ sẽ hỗ trợ dưới hình thức được giao quyền kiểm soát mạng. Các nhà cung cấp dịch vụ phải đáp ứng nhanh hơn tới các khách hàng hoặc các khách hàng tiềm năng. Ngoài ra, các nhà cung cấp dịch vụ còn phải
32
hiểu về lưu thông trong các dịch vụ của họ để có thể nâng cao tính sử dụng mạng trong khi đó vẫn thoả mãn nhu cầu của khách hàng.
APLS đưa ra mức hiệu năng và khả năng mở rộng giống như kiến trúc chuyển mạch nhãn hiện nay, ngoài ra APLS còn đưa ra tính linh hoạt và khả năng kiểm soát trong khi 2 tính năng này không có trong kiến trúc chuyển mạch nhãn hiện nay.
1.4.2. Giao thức chuyển mạch nhãn tích cực (APLS)
APLS phát triển dựa trên sự kế thừa những đặc điểm cơ bản của MPLS, APLS đưa ra một số kỹ thuật mới để nâng cao tính linh hoạt và khả năng kiểm soát vì thế công nghệ mạng dựa trên APLS cho mức hiệu năng và khả năng mở rộng mạng cao. APLS là một kiến trúc chuyển tiếp được thiết kế với việc cung cấp dịch vụ theo chủ ý.
Các khái niệm mới được APLS đưa ra là: chuyển mạch nhãn trên IP (LSOIP), không gian nhãn ảo (virtual label space), lệnh nhỏ (micro-instruction) và chuyển tiếp dựa vào chính sách nhỏ (micro-policy-based forwarding).
Ngăn giao thức MPLS Ngăn giao thức APLS Transport Layer Transport Layer
Network Layer APLS
MPLS Network Layer(IP)
Link Layer Link Layer Physical Layer Physical Layer H×nh 1.4.1: Ng¨n giao thøc MPLS vµ APLS
1.4.2.1. Chuyển mạch nhãn trên IP
Phân tích kỹ phương pháp chuyển mạch nhãn truyền thống, chúng ta sẽ tìm hiểu về ưu và nhược điểm việc định vị nhãn trong ngăn giao thức mạng. Tất cả các kiến trúc mạng hiện nay như MPLS, vị trí nhãn là một lớp nằm giữa lớp 2 và lớp 3
33
(lớp shim). Lý do chính này tạo thành một sự độc lập về kiến trúc của giao thức mạng. Sự độc lập cho phép nhiều giao thức mạng và lưu lượng được hỗ trợ trên một cơ sở hạ tầng mạng.
Tuy nhiên, theo thuật ngữ phương tiện ngắn hạn (short-medium), các phương pháp chuyển mạch nhãn như là các giải pháp trên môi trường mạng hiện nay đó là môi trường tồn tại nhiều loại lưu thông mạng kế thừa. Theo thuật ngữ phương tiện dài hạn (medium-long), IP được xem là chiếm ưu thế về lưu thông mạng trong một vài năm tới. Vậy một câu hỏi được đặt ra là tại sao không thiết kế một kiến trúc chuyển mạch nhãn đặc biệt cho IP ?
Một khái niệm mới của chuyển mạch nhãn trên IP (LSOIP) là vị trí của lớp
shim nằm giữa lớp 3 và lớp 4. Hình 1.4.1 cho thấy sự khác nhau về vị trí giữa MPLS và APLS.
Ưu điểm của LSOIP:
LSOIP giữ nguyên ưu điểm của các trường header IP, vì vậy không cần có trường mào đầu (overhead) dư thừa như trong giao thức IP trên môi trường ATM/MPLS; Ví dụ: trường TTL, DSCP, checksum có thể bỏ qua.
Các kiến trúc LSOIP cho phép cùng tồn tại lưu lượng IP với lưu lượng chuyển mạch nhãn trong cùng cơ sở hạ tầng mạng. Việc cùng tồn tại giữa 2 lưu lượng trên rất có lợi trong việc triển khai và chuyển giao lưu lượng từ IP sang LSOIP. Với ưu điểm này mạng trở nên rất mạnh cũng như rất mạnh trong trường hợp có lỗi. Ví dụ, nếu một LSP bị lỗi đang thiết lập lại thì lưu lượng vẫn có thể truyền đi nhờ sử dụng hệ thống chuyển tiếp IP. MPLS hỗ trợ đặc điểm cùng tồn tại qua việc sử dụng một nhãn giả để phân phát gói tới module định tuyến IP. Điều này cần có hỗ trợ đặc biệt và cấu hình các bộ định tuyến MPLS như thế nào để có thể phát hiện các bộ định tuyến bên cạnh là bộ định tuyến MPLS hay bộ định tuyến IP và cũng cần thêm phần mào đầu cho nhãn
IP trở thành giao diện mạng chung và hướng tới chấp nhận mô hình phương tiện dài hạn của các giao thức Internet.
34
Trong tương lai gần IP đang chiếm ưu thế trên mạng
Lưu lượng mạng kế thừa có thể chạy trên LSOIP với mào đầu bổ sung cho một header IP giả, nhưng khi các mạng này đang dần dần không còn sử dụng và tỷ lệ lưu lượng trên mạng không đáng kể thì phần mào đầu này chỉ là tạm thời và rất nhỏ
Vì vậy, LSOIP giữ một vai trò đáng kể trong Internet thế hệ tiếp theo
1.4.2.2. Không gian nhãn ảo (Virtual Label Space)
Nhãn của MPLS gồm không gian nhãn và các trường bổ trợ khác. Không gian nhãn rất quan trọng trong các bảng chuyển tiếp của các bộ chuyển mạch nhãn (LSR). MPLS sử dụng không gian nhãn có cấu trúc không hoàn toàn tuyệt đối và vì vậy không gian nhãn được xem là không gian nhãn phẳng.
SID (24 bits) AID (16 bits) FID (16 bits)
64 bits
APLS Label Specification
S flag (1 bit) EXP (7 bits)
SID (24 bits) AID (16 bits) FID (16 bits)
64 bits
APLS Label Specification
S flag (1 bit) EXP (7 bits)
Hình 1.4.2. Nhãn của APLS
Trong APLS, chúng ta hình dung là một mạng giao quyền điều khiển chuyển tiếp cho các nhà cung cấp dịch vụ. Điều này dẫn tới một khái niệm không gian nhãn ảo (VLS). VLS chia không gian nhãn thành 3 phần như trong hình 1.4.2. 8 bit đầu tiên của nhãn APLS là các trường bổ trợ, trong đó 1 bit cho cờ cuối cùng và 7 bit cho sử dụng thí nghiệm. 56 bit còn lại gồm Service ID (SID), Aggregate ID (AID), Flow ID (FID):
SID: Mỗi nhà cung cấp dịch vụ đăng ký với nhà cung cấp mạng APLS để nhận một dạng dịch vụ duy nhất SID, SID bao trùm trong vùng APLS và không được chuyển tiếp giữa các LSR. SID là phương pháp nhận dạng nhà cung cấp dịch vụ và các quyền được liên kết. SID 0 là lưu lượng chung của nhà cung cấp mạng
AID: (nhận dạng kết hợp) làm việc giống như cách mà VPI trong ATM thực hiện cho mục đích chuyển tiếp kết hợp
35
FID: nhận dạng luồng dữ liệu, nhận dạng duy nhất một luồng dữ liệu trong một tập hợp luồng dữ liệu
Toàn bộ không gian nhãn của mạng bao gồm AID và FID, còn SID chỉ là một số để nhận dạng. Nhà cung cấp dịch vụ điều khiển không gian nhãn ảo còn nhà cung cấp mạng điều khiển không gian nhãn thực bao gồm SID, AID, và FID
Mục đích của SID là cho phép việc điều khiển chuyển mạch nhãn được uỷ quyền cho nhà cung cấp dịch vụ (nhà cung cấp dịch vụ có thể điều khiển mọi LSR)
Chuyển tiếp kết hợp [6]: APLS sử dụng một trường trong không gian nhãn đó là AID cho chuyển tiếp kết hợp. Khái niệm này về cơ bản là giống như VPI trong ATM. Ý tưởng là nhóm logic các luồng với nhau (các luồng với cùng AID và SID) và chuyển tiếp chúng như một luồng kết hợp. LSR thực hiện chuyển tiếp kết hợp chỉ thao tác với trường SID và trường AID, vì vậy giảm được một tập các công việc nhãn và giảm được thời gian tìm kiếm. Hình 1.4.3 minh hoạ hoạt động của chuyển tiếp kết hợp
Hình 1.4.3: Chuyển tiếp kết hợp APLS dùng AID
Trong ví dụ này, một gói IP hướng tới mạng 192.0.1.0 vào APLS tại bộ