Tải Màu đầu
IP Đệm MPLS Mào đầu lớp 2 Nhón (20) CoS (3) S (1) TTL (8)
Đối với cỏc khung PPP hay Ethernet giỏ trị nhận dạng giao thức P-Id (hoặc EtherType) được chốn thờm vào mào đầu khung tương ứng để thụng bỏo khung là MPLS unicast hay multicast.
Ngăn xếp nhón (Label stack)
Một tập hợp cú thứ tự cỏc nhón gắn theo gúi để chuyển tải thụng tin về nhiều FEC mà gúi nằm trong và về cỏc LSP tương ứng mà gúi sẽ đi qua. Ngăn xếp nhón cho phộp MPLS hỗ trợ định tuyến phõn cấp (một nhón cho EGP và một nhón cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP.
LSR
Label Switch Router: là thiết bị (Router hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển cỏc gúi tin bằng thủ tục phõn phối nhón. Cú một số loại LSR cơ bản sau: LSR biờn, ATM-LSR, ATM-LSR biờn...
FEC:
Forwarding Equivalence Classes, là khỏi niệm được dựng để chỉ một nhúm cỏc gúi được đối xử như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi cú sự khỏc biệt giữa cỏc gúi tin này thể hiện trong mào đầu lớp mạng.
Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhón:
Label Switching Forwarding Table, là bảng chuyển tiếp nhón cú chứa thụng tin về nhón đầu vào, nhón đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo.
Đƣờng chuyển mạch nhón (LSP)
Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dựng để chuyển tiếp gúi của một FEC nào đú sử dụng cơ chế chuyển đổi nhón (label-swapping forwarding).
Là bảng kết nối trong LSR cú chứa giỏ trị nhón/FEC được gỏn vào cổng ra cũng như thụng tin về đúng gúi phương tiện truyền.
Gúi tin dỏn nhón
Một gúi tin dỏn nhón là một gúi tin mà nhón được mó hoỏ trong đú. Trong một số trường hợp, nhón nằm trong mào đầu của gúi tin dành riờng cho mục đớch dỏn nhón. Trong cỏc trường hợp khỏc, nhón cú thể được đặt chung trong mào đầu lớp mạng và lớp liờn kết dữ liệu miễn là ở đõy cú trường cú thể dựng được cho mục đớch dỏn nhón. Cụng nghệ mó hoỏ được sử dụng phải phự hợp với cả thực thể mó hoỏ nhón và thực thể giải mó nhón.
Ấn định và phõn phối nhón
Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhón L cụ thể với một FEC F cụ thể là do LSR phớa trước thực hiện. LSR phớa trước sau khi kết hợp sẽ thụng bỏo với LSR phớa sau về sự kết hợp đú. Do vậy cỏc nhón được LSR phớa trước ấn định và cỏc kết hợp nhón được phõn phối theo hướng từ LSR phớa trước tới LSR phớa sau.
3.2.2. Thành phần cơ bản của MPLS
Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhón LSR (Label Switch Router). Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gúi thụng tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phõn phối nhón.
Căn cứ vào vị trớ và chức năng của LSR cú thể phõn thành cỏc loại chớnh sau đõy:
LSR biờn: nằm ở biờn của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi đi cỏc gúi thụng tin từ hay đến mạng khỏc (IP, Frame Relay,...). LSR biờn gỏn hay loại bỏ nhón cho cỏc gúi thụng tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Cỏc LSR này cú thể là Ingress Router (router lối vào) hay Egress Router (router lối ra).
ATM-LSR: là cỏc tổng đài ATM cú thể thực hiện chức năng như LSR. Cỏc ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gúi IP và gỏn nhón trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trờn cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu. Như vậy cỏc tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống cú thể nõng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR.
Bảng 3.1 sau đõy mụ tả cỏc loại LSR và chức năng của chỳng
Bảng 3.1: Cỏc loại LSR trong mạng MPLS
Loại LSR Chức năng thực hiện
LSR Chuyển tiếp gúi cú nhón
LSR biờn Nhận gúi IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhón
trước khi gửi gúi vào mạng LSR
Nhận gúi tin cú nhón, loại bỏ nhón, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gúi IP đến nỳt tiếp theo.
ATM-LSR Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết
lập kờnh ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến nỳt ATM-LSR tiếp theo
ATM-LSR biờn Nhận gúi cú nhón hoặc khụng nhón, phõn vào cỏc tế bào ATM và gửi cỏc tế bào đến nỳt ATM-LSR tiếp theo.
Nhận cỏc tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tỏi tạo cỏc gúi từ cỏc tế bào ATM và chuyển tiếp gúi cú nhón hoặc khụng nhón.
3.2.3. Hoạt động của MPLS
3.2.3.1. Chế độ hoạt động khung MPLS
Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong mụi trường cỏc thiết bị định tuyến thuần điều khiển cỏc gúi tin IP điểm- điểm. Cỏc gúi tin gỏn nhón được chuyển tiếp trờn cơ sở khung lớp 2.
Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ hoạt động này được mụ tả trong hỡnh dưới đõy:
LSR biờn 1 PoP LSR biờn 2 PoP LSR lừi 2 LSR lừi 1 LSR lừi 3 Bước 1: nhận gúi IP tại biờn LSR IP đớch: 192.1.1.3 Gúi IP 30 3, gắn nhón, chuyển gúi IP đến LSR lừi 1 Gúi IP 28
Bước 3: kiểm tra nhón, chuyển đổi nhón, chuyển gúi IP đến LSR lừi 3
Gúi IP 37 Bước 4: kiểm tra
nhón, chuyển đổi nhón, chuyển gúi IP đến LSR biờn 4 LSR biờn 3 PoP LSR biờn 4 PoP LSR biờn 5 PoP xoỏ nhón, chuyển gúi IP đến router ngoài tiếp theo
Cấu trỳc của LSR biờn được thể hiện trong hỡnh dưới đõy.
Hỡnh 3-3. Cấu trỳc LSR biờn trong chế độ hoạt động khung.
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 FEC đó xỏc định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đớch, FEC sẽ tương ứng với mạng con đớch và việc phõn loại gúi sẽ đơn giản là việc so sỏnh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
Trao đổi thụng tin định tuyến với Router khỏc
Trao đổi gỏn nhón với Router khỏc
Mảng điều khiển tại nỳt
Giao thức định tuyến IP
Bảng định tuyến IP
Điều khiển định tuyến IP MPLS
Cơ sở dữ liệu nhón LIB
Mảng số liệu tại nỳt
Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp (FIB)
Cơ sở dữ liệu nhón chuyển tiếp (LFIB)
LSR lừi nhận gúi cú nhón và sử dụng bảng chuyển tiếp nhón để thay đổi nhón lối vào trong 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 này nhận được gúi cú nhón, nú loại bỏ nhón và thực hiện việc chuyển tiếp gúi IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
Mào đầu nhón MPLS:
Vỡ rất nhiều lý do nờn nhón MPLS phải được chốn trước số liệu được gỏn nhón trong chế độ hoạt động khung. Như vậy nhón MPLS được chốn giữa mào đầu lớp 2 và nội dung thụng tin lớp 3 của khung lớp 2 như thể hiện trong hỡnh dưới đõy:
Hỡnh 3-4. Vị trớ của nhón MPLS trong khung lớp 2.
Do nhón MPLS được chốn vào vị trớ như vậy nờn router gửi thụng tin phải cú phương tiện gỡ đú thụng bỏo cho router nhận biết rằng gúi đang được gửi đi khụng phải là gúi IP thuần mà là gúi cú nhón (gúi MPLS). Để đơn giản chức năng này, một số dạng giao thức mới được định nghĩa trờn lớp 2 như sau:
Trong mụi trường LAN, cỏc gúi cú nhón chuyển tải gúi lớp 3 unicast
hay multicast sử dụng giỏ trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet. Cỏc giỏ trị
Khung lớp 2
Số liệu lớp 3 (Gúi IP) Mào đầu lớp 2
Gúi IP khụng nhón trong khung lớp 2
Khung lớp 2
Số liệu lớp 3 (Gúi IP) Mào đầu lớp 2
Gúi IP cú nhón
này được sử dụng trực tiếp trờn phương tiện Ethernet (bao gồm cả Fast Ethernet và Gigabit Ethernet).
Trờn kờnh điểm-điểm sử dụng tạo dạng PPP, sử dụng giao thức điều
khiển mạng 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 giữa một cặp router được đỏnh dấu bởi nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP của chuyển dịch khung (NLPID), tiếp theo mào đầu SNAP với giỏ trị 8847H cho dạng Ethernet.
Cỏc gúi MPLS truyền giữa một cặp router qua kờnh ảo ATM Forum
được đúng gúi với mào đầu SNAP sử dụng giỏ trị cho dạng Ethernet như trong mụi trường LAN.
Chuyển mạch nhón trong chế độ khung
Chỳng ta xem xột quỏ trỡnh chuyển đổi nhón trong mạng MPLS sau khi nhận được một gúi IP (xem hỡnh 3.2).
Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ router biờn LSR biờn số 1, LSR lừi 1 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 (LFIB).
Kết quả cho thấy 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 đõy, 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 nỳt router tiếp theo ngoài mạng MPLS.
Hỡnh 3-5. Bảng định tuyến nhón LFIB
Như vậy 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 (hay router) trong mạng MPLS cú đầy đủ thụng tin về tất cả cỏc hướng chuyển tiếp. Quỏ trỡnh này xảy ra trước khi thụng tin được truyền trong mạng và thụng thường được gọi là quỏ trỡnh liờn kết nhón (label binding).
Cỏc bước chuyển mạch trờn được ỏp dụng đối với cỏc gúi tin cú một nhón hay gúi tin cú nhiều nhón (trong trường hợp sử dụng VPN thụng thường một nhón được gỏn cố định cho VPN server).
Quỏ trỡnh liờn kết và lan truyền nhón
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 2 LSR được thực hiện. Thủ tục trao đổi là giao thức LDP.
Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhón) được tạo ra trong LSR, nhón được gỏn cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với trường hợp chỳng ta đang xem xột (định tuyến dựa trờn đớch unicast) FEC tương đương với prefix trong bảng định tuyến IP. Như vậy, nhón được gỏn cho mỗi prefix 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 nội vựng mới, nhón mới sẽ được gỏn cho tuyến mới.
Do LSR gỏn nhón cho mỗi IP prefix trong bảng định tuyến của chỳng ngay sau khi prefix xuất hiện trong bảng định tuyến và nhón là phương tiện được LSR khỏc sử dụng khi gửi gúi tin cú nhón đến chớnh LSR đú nờn phương phỏp gỏn và phõn phối nhón này được gọi là gỏn nhón điều khiển độc lập với quỏ trỡnh phõn phối ngược khụng yờu cầu.
Việc liờn kết cỏc nhón được quảng bỏ ngay đến tất cả cỏc router thụng qua phiờn LDP. Chi tiết hoạt động của LDP được mụ tả trong phần sau.
3.2.3.2. Chế độ hoạt động tế bào MPLS
Khi xem xột triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số trở ngại sau đõy:
Hiện tại khụng tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp cỏc gúi IP giữa 2 nỳt MPLS cận kề qua giao diện ATM. Tất cả cỏc số liệu trao đổi
qua giao diện ATM phải được thực hiện qua kờnh ảo ATM [1].
Cỏc tổng đài ATM khụng thể thực hiện việc kiểm tra nhón hay địa chỉ lớp 3. Khả năng duy nhất của tổng đài ATM đú là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra [1].
Như vậy cần thiết phải xõy dựng một số cơ chế để đảm bảo thực thi MPLS qua ATM như 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 MPLS cận kề để trao đổi gúi thụng tin điều khiển.
Nhón trờn cựng trong ngăn xếp nhón phải được sử dụng cho cỏc giỏ trị VPI/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.
Trong phần tiếp theo một số thuật ngữ sau đõy được sử dụng:
Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhón (LC-ATM):
Là giao diện ATM trong tổng đài hoặc trong Router mà giỏ trị VPI/VCI được gỏn bằng thủ tục điều khiển MPLS (LDP).
ATM-LSR:
Là tổng đài ATM sử 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 bào ATM truyền thống.
LSR dựa trờn khung:
Là LSR chuyển tiếp toàn bộ cỏc khung giữa cỏc giao diện của nú. Router truyền thống là một vớ dụ cụ thể của LSR loại này.
Miền ATM-LSR:
Là tập hợp cỏc ATM-LSR kết nối với nhau qua cỏc giao diện LS-ATM.
ATM-LSR biờn:
Hỡnh 3-6. Phõn bổ nhón trong mạng ATM-MPLSLSR biờn 1 LSR biờn 1 PoP LSR biờn 2 PoP ATM-LSR lừi 2 ATM-LSR lừi 1 ATM-LSR lừi 3 Bước 6 : Giỏ trị
VPI/VCI nội vựng được gỏn bởi ATM-LSR lừi 1 gửi đến LSR biờn 1 trả lời cho yờu cầu
Bước 2: ATM-LSR lừi 1 gửi yờu cầu giỏ trị nhón X đến ATM-LSR lừi 3
gửi yờu cầu giỏ trị nhón X đến LSR biờn 4 LSR biờn 3 PoP LSR biờn 4 PoP LSR biờn 5 PoP Yờu cầu giỏ trị X
X=1/85
Yờu cầu giỏ trị X
X=1/241
Yờu cầu giỏ trị X
X=1/63
Bước 4: LSR biờn 4 gỏn giỏ trị VPI/VCI và gửi trả lời ATM-LSR lừi 3
Bước 5: LSR lừi 3 gỏn giỏ trị VPI/VCI nội vựng, chuyển đổi VPI/VCI vào sang VPI/VCI ra và gửi giỏ trị VPI/VCI mới đến ATM-LSR lừi 1
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 cận kề để trao đổi liờn kết nhón cũng như cỏc gúi điều khiển khỏc. Cơ cấu trao đổi thụng tin được thể hiện trong hỡnh 3.7.
Hỡnh 3-7. Trao đổi thụng tin giữa cỏc LSR cận kề.
Trong chế độ hoạt động MPLS khung yờu cầu này được đỏp ứng một cỏch đơn giản bởi cỏc router cú thể gửi, nhận cỏc gúi IP và cỏc gúi cú nhón qua bất cứ giao diện chế độ khung nào dự là LAN hay WAN. Tuy nhiờn tổng đài ATM khụng cú khả năng đú. Để cung cấp kết nối thuần IP giữa cỏc ATM-LSR cú 2 cỏch sau đõy:
Thụng qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa cỏc tổng đài. LSR Mảng số liệu Mảng điều khiển Giao thức định tuyến IP Bảng định tuyến IP
Giao thức bỏo hiệu MPLS
Gúi cú nhón đến Bảng chuyển tiếp nhón LSR Mảng số liệu Mảng điều khiển Giao thức định tuyến IP Bảng định tuyến IP
Giao thức bỏo hiệu MPLS
Bảng chuyển tiếp nhón Trao đổi thụng tin
định tuyến
Trao đổi liờn kết nhón
Cỏc gúi nhón
Thụng qua kờnh ảo quản lý trong băng tương tự như cỏch mà giao thức của ATM Forum thực hiện. Phương ỏn này cú cấu trỳc như hỡnh 3.8 dưới đõy.
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