Định tuyến trong MPLS

1.3.1. Chuyển IP theo kiểu Unicast trong mạng truyền thống.

Trong các ma ̣ng truyền thống các thủ tu ̣c đi ̣nh tuyến được sử du ̣ng để phân phối thông tin đi ̣n h tuyến nằm ở lớp 3. Viê ̣c chuyển các gói chỉ dựa trên đi ̣a chỉ đích . Bởi vâ ̣y khi mô ̣t gói nhâ ̣n đuợc bởi mô ̣t router thì nó quyết đi ̣nh đi ̣a chỉ của bước ma ̣ng kế tiếp bằng cách sử du ̣ng đi ̣a chỉ đích của gói tin cùng với thông tin nằm trên bảng đi ̣nh tuyến. Quá trình quyết định bước mạng tiếp theo này được lặp lại trên từng router từ nguồn đến đích trừ trường hợp tồn ta ̣i mô ̣t chính sách tác đô ̣ng đến viê ̣c chuyển tiếp gói tin. [1]

Hình 1-10 : Quá trình chuyển IP truyền thống

1.3.2. Tổng quan về chuyển tiếp của MPLS

Trong ma ̣ng MPLS , các gói được chuyển tiếp dựa trên nhãn . Các nhãn này tương úng với đi ̣a chỉ đích và các tham số khác như QoS . Các nhãn được si nh ra bởi từng router . Những router gắn nhãn để xác đi ̣nh đường được go ̣i là Label Switched Paths (LSP). Vì vậy chỉ những router trên biên của mạng MPLS thực hiện tìm kiếm đi ̣nh tuyến. [1]

Hình 1-11: Chuyển tin trong miền MPLS

1.3.3. Các khối cấu trúc của MPLS

Chức năng MPLS được chia ra làm hai khối cấu trúc chính:

 Khối điều khiển : Thực hiê ̣n các chức năng liên quan tới viê ̣c xác đi ̣nh khả đa ̣t tới các tiền tố đích. Do đó khối điều khiển chứa tất cả thông tin đi ̣nh tuyến lớp 3  Khối dữ liê ̣u : Thực hiê ̣n các chức năng liên quan tới viê ̣c chuyển tiếp gói tin .

Các gói tin này có thể là các gói tin IP lớp 3 hoă ̣c các gói tin IP được gắn nhãn [1]

1.3.4. Các thuật ngữ MPLS

 Forwarding Equivalence Class (FEC): Nhóm các gói tin được chuyển tiếp giống nhau

 MPLS Label Switch Router (LSR): Thực hiê ̣n chức năng chuyển ma ̣ch nhãn . LSR nhâ ̣n mô ̣t gói ti n đã gán nhãn và đổi nhãn đó bàng mô ̣t nhãn đi ra và chuyển tiếp gói tin được gắn nhãn mới này theo giao diê ̣n thích hợp . Tùy thuộc vào vị trí của LSR trên mạng MPLS , nó có thể thực hiện loại bỏ nhãn , thêm nhãn hoặc đổ i nhãn. Trong khi đổi nhãn LSR chỉ thay đổi nhãn trên cùng của stack nhãn.

 MPLS Edge -Label Switch Router (E-LSR): LSR ở ngoài biên của mô ̣t vùng MPLS. LSR biên trên lối vào thực hiê ̣n chức năng thêm nhãn và chuyển gói tin tới đích qua miền MPLS . LSR biên trên lối ra thực hiê ̣n chức năng gỡ nhãn và chuyển gói tin IP tới đích

Hình 1-13: LSR và LSR biên

 MPLS Label Switched Path (LSP): Đường của một gói dữ liệu từ nguồn tới đích qua mô ̣t ma ̣ng MPLS. LSP là mô ̣t chiều

 Luồng lên và luồng xuống : Khái niệm luồng lên và luồng xuống là những khái niê ̣m cơ bản của hoa ̣t đô ̣ng phân phối nhãn và chuyển tiếp dữ liê ̣u trong mô ̣t miền MPLS. Cả luồng lên và luồng xuống đều được xác định với th am chiếu tới mạng đích: tiền tố hoă ̣c FEC. Dữ liê ̣u hướng tới mô ̣t ma ̣ng đích cu ̣ thể luôn luôn đi theo luồng xuống . Những câ ̣p nhâ ̣t của các giao thức đi ̣nh tuyến hoă ̣c phân phối nhãn đi đoi với mô ̣t tiền tố cu ̣ thể luôn đi theo luồng lên. [1]

Hình 1-14 : Luồng lên và luồng xuống

 Nhãn MPLS và stack nhãn : Mô ̣t nhãn MPLS là mô ̣t số 20 bit được gán cho mô ̣t tiền tố đích trên mô ̣t router xác đi ̣nh thuô ̣c tính của tiền tố cũng như cơ chế

Hình 1-15 : Nhãn MPLS

Mô ̣t nhãn MPLS bao gồm các phần sau:  20 bit giá tri ̣ nhãn

 3 bit trườ ng thử nghiê ̣m  1 bit chỉ thi ̣ cuối stack

 8 bit trườ ng Time-to-Live (thời gian sống)

Mô ̣t stack nhãn là mô ̣t tâ ̣p hợp có thứ tự các nhãn mà mỗi nhãn có mô ̣t chức năng cu ̣ thể (gắn nhiều nhãn trên cùng mô ̣t gói tin IP).

Trường TTL cũng giống như trường TTL IP . Gói tin sẽ bị loại bỏ khi TTL của gói tin đó bằng 0. Điều này nhằm tránh các vòng lă ̣p của các gói tin không mong muốn trong mạng. Mỗi khi mô ̣t gói tin được gán nhãn đi qua LSR, TTL của nó giảm đi 1.

Nhãn được chèn vào giưa tiêu đề khung và tiêu đề lớp 3 trong gói tin. [1]

Hình 1-17 : Stack nhãn MPLS

1.3.5. Hoạt động của MPLS

Viê ̣c triển khai MPLS cho chuyển tiếp dữ liê ̣u theo 4 bước sau:  Gán nhãn (từng LSR)

 Thiết lâ ̣p phiên LDP hoă ̣c TDP (giữa các LSR/LSR biên)  Phân phối nhãn

 Duy trì nhãn

- Gán nhãn

đích. Các giao thức phân phối nhãn (LDP hoă ̣c TDP ) gắn và trao đổi nhãn giữa các LSR ca ̣nh nhau trong mô ̣t miền MPLS . Nhãn có thể được gán trên cả router hoặc từng giao diê ̣n trên mô ̣t router

- Thiết lập phiên LDP

Theo viê ̣c gán nhãn trên router , các nhãn này đươcj phân phối giữa các LSR nối trực tiếp nếu giao diê ̣n giữa chúng cho phép chuyển tiếp MPLS . Ta có thể dùng LDP hoă ̣c TDP ( Tag Distribution Protocol). Khuyến cáo không sử du ̣ng TDP.

TDP và LDP hoa ̣t đô ̣ng giống nhau nhưng không cùng hoạt động với nhau được. [1]

- Phân phối nhãn MPLS

Trong mô ̣t miền MPLS sử du ̣ng LDP , mô ̣t nhãn được gán cho mô ̣t tiền tố đích , và nó được phân phối tới các nút hàng xóm trong miền MPLS sau khi phiên đươ ̣c thiết lâ ̣p.

Cơ chế phân phối nhãn dùng trong MPLS như sau:

 Luồng xuống khi có yêu cầu: Chế đo ̣ phân phối nhãn này cho phép LSR yêu cầu rõ ràng router luồng xuống ở bước mạng tiếp theo nhãn ánh xạ tới tiền tố đíh cu ̣ thể.

 Luồng xuống tự nguyê ̣n : Chế đo ̣ phân phối nhãn này cho phép mô ̣t LSR phân phối tới các LSR luồng lên dù không có yêu cầu. [1]

Hình 1-19 : Phân phối nhãn MPLS

- Duy trì nhãn

Nếu mô ̣t LSR hỗ trơ ̣ chế đô ̣ duy trì nhãn tự do, nó sẽ giữ việc gắn giữa một nhãn và một tiền tố đích, nhâ ̣n từ LSR luồng xuống, dù có thể không phải là bước mạng tiếp theo của đích đó . Nếu mô ̣t LSR hỗ trợ chế đô ̣ duy trì nhãn conservative , nó sẽ bỏ

nhũng gán nhãn nhận từ LSR luông xuống mà không phải là bước mạng tiếp theo của tiền tố đích.

1.3.6. Các kiểu nhãn đi ra đặc biệt

 Untagged: Tháo nhãn, gói tin MPLS được chuyển thành gói tin IP.  Implicit-null or POP label:

 Explicit-null Label:  Aggregate [1]

Hình 1-20 : Các kiểu nhãn đặc biệt

1.3.7. Đẩy bƣớc áp chót

Đẩy bước áp chót được thực hiện trong mạng MPLS khi router ở luồng lên tới LSR biên bỏ nhãn trên cùng và chỉ chuyển tiếp gói tin kết quả . Quá trình này được báo hiê ̣u bởi LSR biên luồng xuống trong quá trình phân phối nhãn với LDP. [1]

1.3.8. MPLS chế độ Cell

Khi sử du ̣ng kết nối ATM giữa các thiết bi ̣ , MPLS được áp du ̣ng cho các ce ll chứ không phải các Frame . Các cell được dùng để chuyển tải thông tin dữ liệu phẳng , khi các nhãn ATM được dùng trong mô ̣t lõi MPLS , chế đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng của MPLS được gọi là chế độ cell . Kết nối ngang bằng giữa các LSR qua cá c PVC ATM đã đi ̣nh tuyến có thể được áp dụng nhưng đây là một dạng triển khai chế độ Frame.

Trong MPLS chế đô ̣ cell , các LSR trong lõi của mạng MPLS là các chuyển mạch ATM chuyển tiếp dữ liê ̣u dựa trên các tiêu đề ATM . Nếu như LSR ATM chỉ hoa ̣t đô ̣ng như mô ̣t chuyển ma ̣ch ATM thuần túy , ta cần thêm mô ̣t bô ̣ phâ ̣n kiểm soát mở rô ̣ng còn go ̣i là điều khiển chuyển mạch nhãn (LSC). Trong mô ̣t số trường hợp , tuy nhiên , LSR ATM có thể truyền thông tin kiểm soát cũng như chuyển tiếp thông tin dữ liệu phẳng , do đó ta không cần LSC nữa.Khi LSR ATM có LSC mở rô ̣ng , chuyển ma ̣ch ATM trong LSR ATM chỉ chực hiê ̣n chuyển tiếp dữ liê ̣u . Để kích hoa ̣t MPLS trong miền ATM , trường VPI /VCI trong tiêu đề ATM được dùng làm nhãn . Như vâ ̣y , mô ̣t nhãn được chèn vào giữa tiêu đề ATM và tiêu đề IP và trường VPI /VCI của tiêu đề ATM chuyển tiếp các cell . Cơ chế này cho phép chuyển tiếp dữ liê ̣u phẳng các gói được gán nhãn . Các gói phẳng điều khiển , ví dụ như trao đổi thông tin giao thức trong các giao thức đi ̣nh tuyến và phân phối nhãn, được trao đổi giữa các LSR ATM biên qua kênh ảo điều khiển.

Trong MPLS chế đô ̣ cell , các nhãn được dùng trong miền MPLS c ùng định dạng với các nhãn MPLS thông thường . Để đảm bảo rằng các cell được chuyển tiếp bằng MPLS, các giá trị VPI /VCI chuyển tiếp các cell đươ ̣c dàn nhãn . Nhãn này được chèn vào giữa tiêu đề ATM và tiêu đề IP trong các ce ll đươ ̣c chuyển đến LSR ATM , như đươ ̣c trình bày trong hình 1-22. [1]

Hình 1-22 : Sự sắp đă ̣t nhãn MPLS chế đô ̣ cell  Hoạt động của MPLS chế độ cell

Để kích hoa ̣t MPLS trong miền ATM , nhãn trên cùng mà được chèn vào giữa tiêu đề ATM và tiêu đề IP được mã hóa vì VPI /VCI của kênh ảo được sử du ̣ng . Cơ chế này cho phép chuyển tiếp các gói tin dữ liê ̣u phẳng. Các gói tin kiểm soát được trao đổi trên mô ̣t kênh ảo kiểm soát được nối trực tiếp giữa các LSR ATM

 ATM VC-Merge

Trong MPLS chế đô ̣ cell , mô ̣t nhãn đơn được duy trì ở từng đích cho mỗi yêu cầu thông tin tới LSR. Điều này dẫn tới viê ̣c tăng số lượng các nhãn được duy trì trong các LSR ATM lõi khi mô ̣t số lượng lớn LSR ATM biên cùng kết nối tới cùng mô ̣t LSR ATM. Một số kỹ thuâ ̣t tối ưu thích hợp có thể được áp du ̣ng để giảm bớt số nhãn cần duy trì.

VC-Merge là kỹ thuâ ̣t phổ biến nhất đươ ̣c áp du ̣ng trong MPLS chế đô ̣ cell cho phép cần duy trì ít nhãn hơn trên mỗi LSR. Trong VC-Merge, mô ̣t LSR duy trì các nhãn cho mỗi đích và dùng cùng mô ̣t nhãn đi ra đối với cùng mô ̣t đích từ các LSR chuyển lên khác nhau.

 Chèn Cell với triển khai VC-Merge

Sau khi triển khai VC -Merge trên các chuyển ma ̣ch ATM trong lõi , mô ̣t vấn đề nảy sinh: chèn cell . Vớ i VC -Merge, cùng một nhãn VC được dùng cho nhiều luồng lên khác nhau để gửi giao thông đến cùng một đích . Nếu như các luồng lên này gửi cùng

lúc đến cùng một đích, LSR ATM không thể đảm bảo rằng giao thông từ hai nguồn tới cùng một đích sẽ không chèn vào nhau khi vận chuyển .

Bởi vì giá tri ̣ VC là giống nhau đối với tất cả các cell , các LSR luồng xuống không thể xac đi ̣nh nguồn chính xác của giao thông.

Trong mô ̣t số trường hợp, chuyển ma ̣ch ATM có thể nhớ ta ̣m cell từ mô ̣t nguồn tới mô ̣t đích cu ̣ thể khi có thêm giao thông từ mô ̣t nguồn khác tới cùng đích đó cùng truyền trên luồng xuống . Chuyển ma ̣ch ATM nhớ ta ̣m các gói tin cho đến khi nó nhâ ̣n được mô ̣t cell với bit kết thúc . Các cell trong bộ nhớ tạm chỉ truyền đi nếu không có giao thông nào dùng chung VC tới đích đó . Như vâ ̣y VC -Merge vẫn hoa ̣t đô ̣ng đầy đủ nhưng bi ̣ trễ vì có nhiều nguồn không thể gửi giao thông tới cùng một đích đồng thời . Do không có khả năng nhớ ta ̣m LSR ATM phải tắt VC -Merge để tránh hiê ̣n tượng chèn cell và các vấn đề liên quan

CHƢƠNG 2 - Thiết kế MPLS cho ATM

Nô ̣i dung chương này trình bày các bước để thiết kế mô ̣t ma ̣ng ATM-MPLS 1-Các cấu trúc của các mạng MPLS

2-Lựa chọn thiết bị MPLS cho ATM 3-Thiết kế mạng MPLS

4-Xác định kích cỡ của các liên kết trong một mạng MPLS 5-Định tuyến IP trong mô ̣t ma ̣ng MPLS

6-Xác định kích cỡ không gian VC nhãn MPLS 7- Tinh chỉnh thiết kế ma ̣ng đang hoa ̣t đô ̣ng

2.1. Các cấu trúc của các mạng MPLS

Mô ̣t cấu trúc điển hình cho nhà cung cấp di ̣ch vu ̣ ma ̣ng MPLS được trình bà y trong hình 1. Mô ̣t ma ̣ng MPLS bao gồm các router chuyển ma ̣ch nhãn biên (Egde LSR) xung quanh một lõi các router chuyển ma ̣ch nhãn (LSR). Các khách hàng được nối vào ma ̣ng MPL S của nhà cung cấp . Hình 2-1 trình bày 9 khách hàng và 6 LSR biên, nhưng trong thực tế có hàng vài trăm khách hàng trên mỗi LSR biên .

Thiết bi ̣ phía khách hàng (CPE) chạy chuyển tiếp IP thông thường và thường là không chạy MPLS. Nếu như CPE cha ̣y MPLS nó sử du ̣ng MPLS mô ̣t cách đô ̣c lâ ̣p đố với nhà cung cấp. Mô ̣t điểm quan tro ̣ng là các LSR biên là mô ̣t phần của ma ̣ng nhà cung cấp và đươ ̣c điều khiển bởi nhà cung cấp đó . Các LSR biên cục kỳ quan trọng đối với hoạt đô ̣ng ma ̣ng và không thể là CPE dưới bất k ỳ hoàn cảnh nào . Nhà cung cấp có thể đặt và quản lý các r outer ta ̣i đi ̣a điểm của khá ch hàng nhưng những router này chỉ chạy IP thông thường phía ngoài ma ̣ng MPLS.[2]

Hinh 2-1: Cấu trúc mạng MPLS

2.1.1 MPLS dƣ̣a trên gói đơn giản

Cấu trúc ma ̣ng MPLS đơn g iản nhất được trong hình 2-2 (a). Cấu trúc này được áp dụng cho mạng chỉ gồm router mà dùng MPLS để hỗ trợ các dịch vụ VPN hoặc kiểm soát giao thông IP . Trong cấu trúc này , các khách hàng đượ c kết nối trực tiếp tới LSR biên . Các LSR biên được nối tới các LSR khác mà cũng dựa trên nền tảng đi ̣nh tuyến.

Các router được nối với nhau bởi gần như bất kỳ dạng liên kết nào : Serial, Ethernet, packet-over-SONET, vv... và các gói với tiêu đề MPLS . Các router liên quan có thể là 6400, 7200, 7500 hoặc 12000. Những router tầm trung (3600, 4700) có thể được dùng đối với các ứng du ̣ng yêu cầu băng thông thấp.

Trong mô ̣t dạng thức khác của cấu tr úc này, các liên kết điểm tới điểm giữa các router thực chất là ATM PVC. Chúng được dùng để chuyển đổi lên ATM-MPLS. [2]

Hình 2-2(a) : Gói tin đơn giản MPLS

2.1.2. ATM MPLS với các LSR biên dựa trên router

Cấu trúc ma ̣ng ATM MPLS đơn giản nhất đ ược trình bày trong hình 2-2(b). Cũng như với trường hợp trước , các khách hàng được kết nối trực tiếp tới LSR biên dựa trên router, điển hình là các router 6400, 7200, 7500. Các LSR biên được nối bởi các liên kết ATM tớ i lõi LSR ATM . LSR ATM có thể là chuyển ma ̣ch BPX 8650 IP+ATM, LS1010, 8500 MSR, và sau đó các chuển mạch ATM khác như là MGX 8800 với PXM-45.

Các chuyển mạch ATM mang gói với nhãn ATM MPLS , điều này có nghĩa là trên mỗi liên kết ATM có mô ̣t kênh ảo nhãn MPLS khác nhau cho mỗi nhãn . [2]

Hình 2-2(b) : ATM MPLS với các LSR biên dựa trên Router

2.1.3. Kết hợp ATM và MPLS dƣ̣a trên gói

Hoàn toàn có thể kết hợp ATM MPLS và MPLS dựa trên gói trên cùng một mạng. Mô ̣t ví du ̣ đơn giản đ ược trình bày trên hình 2-2(c). Trong mô ̣t ma ̣ng như vâ ̣y , có các liên kết chạy MPLS dựa trên gói và các liên kết khác chạy ATM MPLS . Thiết bi ̣ mà có giao diện giữa MPLS dựa trên gói và ATM MPLS chính là cá c router như các LSR biên ATM: từ 3600 – 12000. [2]

Hình 2-2(c) : Kết hợp ATM và MPLS dựa trên gói

2.1.4. ATM MPLS với thiết bi ̣ truy cập riêng biệt

Mạng ATM MPLS với LSR biên dựa trên router cũng có thể dùng các thiết bị truy câ ̣p riêng biê ̣t, được trình bày trong hình 2-2(d). Điều này sẽ xảy ra truy câ ̣p bắt buô ̣c