1.4.1. Thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn
Một nhãn có thể được kết hợp với một gói theo một vài cách. Một số mạng có thể được gắn nhãn vào trong mào đầu lớp liên kết dữ liệu (ATM VCI/VPI, và đặc biệt là
25
FR DLCI). Lựa chọn khác để nén nó vào mào đầu nhãn nhỏ đặt ở giữa mào đầu liên kết dữ liệu và giao thức liên kết dữ liệu hay giữa dữ liệu với đơn vị (ở giữa mào đầu lớp 2 và lớp 3, dữ liệu được truyền đi). Kỹ thuật này cho phép chuyển mạch nhãn được hỗ trợ nhờ liên kết dữ liệu ảo bất kỳ bao gồm Ethernet, FDDI, và các liên kết điểm điểm.
Ở biên mạng MPLS, các LSR tạo ra sự lựa chọn và những quyết định chuyển tiếp nhờ kiểm tra mào đầu IP trong các gói không được gán nhãn. Kết quả là những nhãn thích hợp được cung cấp cho các gói và sau đó chúng được chuyển tới một LSR làm nhiệm vụ như trạm tiếp theo về phía đích cuối.
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn phát ra nhãn có độ dài cố định thay thế cho mào đầu của gói IP, vì thế làm đơn giản quá trình xử lý tại tất cả các nút mạng sau đó trong đường dẫn. Nhãn được tạo ra trong suốt quá trình xử lý mào đầu tại LSR nút mạng. Tất cả các nút mạng tiếp theo dùng nhãn có thể và thường xuyên thay đổi tại mỗi LSR trong đường dẫn chạy trong mạng. Trước khi các gói thoát khỏi lõi mạng MPLS, các LER biên sẽ tháo bỏ nhãn trước khi gói tin ra ngoài.
Khi một LSR nhận một gói tin dán nhãn, đầu tiên nhãn được lấy ra và nó được dùng như một chỉ số trong bảng chuyển tiếp thường trú trong LSR. Khi đề mục trong bảng được tìm thấy, nhãn đi ra được lấy ra và cộng vào gói, gói sau đó được gửi ra các giao diện bên ngoài tới các trạm tiếp theo đặc biệt là các trạm trong bảng đề mục. Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn có thể được ứng dụng tại mức nút mạng (một bảng đơn cho mỗi nút mạng) hoặc tại mức giao diện (một bảng cho mỗi giao diện).
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn
Các nhãn được gán cho các gói nhỏ nhờ một LSR truyền, LSR nhận những gói tin dán nhãn này và xử lý nó thông qua thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn. Nó dùng nội dung của một mục trong bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn như là hướng dẫn của nó.
Thiết lập và duy trì bảng các mục là những chức năng quan trọng và phải thực hiện tại mỗi LSR. Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn đáp lại sự phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR trong một mẫu thích hợp và thực thi những thủ tục được dùng bởi các LSR để chuyển thông tin này vào một bảng chuyển tiếp.
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn gồm tất cả các giao thức định tuyến thông thường như OSPF, BGP, PIM v..v. Những giao thức này cung cấp các LSR với ánh xạ giữa FEC và địa chỉ trạm tiếp theo.
Ngoài ra các LSR phải thoả mãn là:
26
Phân phối những ràng buộc này tới các LSR khác.
Xây dựng bảng chuyển tiếp nhãn cho bản thân nó.
Ràng buộc giữa một nhãn và một FEC có thể là đường dữ liệu (sự có mặt của các loại lưu lượng đặc biệt) hoặc có thể là đường điều khiển. Mỗi một kỹ thuật ràng buộc này có một vài lựa chọn. Quyết định thiết lập dòng đã dán nhãn có thể dựa trên nhiều chuẩn. Đường dữ liệu ràng buộc nhãn thiết lập những ràng buộc nhãn tích cực chỉ khi có một yêu cầu ngay lập tức (lưu lượng phải được đưa ra để chuyển tiếp). Những thay đổi của cả hình dạng và lưu lượng phải được phân phối. Đường điều khiển ràng buộc dựa trên kết quả quản lý của xử lý tuyến và giữ trước tài nguyên. Mặc dù hai kỹ thuật vẫn được dùng nhưng chuẩn MPLS được dựa trên đường điều khiển.
Phân phối thông tin nhãn
Một phần trong bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn cung cấp rất ít thông tin về giao diện lối ra và một nhãn mới, nhưng nó vẫn có thể bao hàm các thông tin khác. Có thể là luật xếp nối lối ra được cung cấp cho gói tin. Nhãn đi vào duy nhất nhận diện một mục đơn trong bảng này. Mỗi nhãn được phân phối phải được hướng tới một mục trong bảng chuyển tiếp. Điều này được thực hiện trong nội bộ LSR hoặc được cung cấp bởi một LSR từ xa. Bản dịch hiện hành của MPLS dùng hướng truyền đi mà trong đó các nhãn hướng cục bộ được dùng như là các nhãn đi ra. Hướng nhận thì xảy ra ngược lại. Với MPLS, các mục trong bảng chuyển tiếp được thiết lập như sau:
Trạm tiếp được cung cấp bởi các giao thức định tuyến.
Nhãn đi vào được cung cấp bằng cách tạo một hướng cục bộ giữa một FEC và nhãn
Nhãn đi ra được cung cấp bằng cách tạo một hướng từ xa giữa một FEC và một nhãn.
Cấu trúc MPLS dùng cả điều khiển cục bộ (bộ đinh tuyến có thể quyết định tạo và thông báo một hướng không cần phải đợi để nhận ràng buộc từ FEC tương tự) và điều khiển bên ngoài (LSR đợi một ràng buộc từ lân cận trước khi chỉ định một nhãn và đợi thông báo truyền tới nó). Nhãn trên một gói thông tin được dùng để phát hiện các quy luật cho chuyển tiếp gói.
Thông tin nhãn có thể được phân theo hai cách:
Dùng giao thức phân phối nhãn (LDP): MPLS sử dụng một giao thức mới đặc biệt cho phân phối thông tin ràng buộc nhãn gọi là LDP. LDP được dùng cho cả đường điều khiển và đường dữ liệu. Nhược điểm của LDP gián đoạn là nó thêm độ phức tạp. Cần có thêm các giao thức mới khác để hỗ trợ
27
Gửi lại trên giao thức định tuyến: thông tin nhãn MPLS có thể được cộng vào các giao thức định tuyến thông thường để phân phối mặc dù chỉ có đường điều khiển mới có thể hỗ trợ phương pháp này. Gửi lại trên vận hành thông thường của các giao thức định tuyến đảm bảo độ tin cậy của thông tin chuyển tiếp và hạn chế yêu cầu đối với giao thức khác. Mặt khác, không phải tất cả các giao thức định tuyến có thể dễ dàng xử lý các nhãn, vì thế đây không phải là câu trả lời hoàn thiện cho phân phối nhãn.
1.4.2. Các thiết bị cơ bản của MPLS Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR): Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR):
Là thành phần quan trọng cơ bản nhất của mạng MPLS. LSR là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn. Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn.
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên (Edge LSR)
Là thiết bị nằm ở biên của mạng MPLS. LSR biên gửi hay nhận các gói tin từ hay đến mạng khác nhau (Frame Relay, ATM ,…) và chuyển tiếp lưu lượng của các mạng này lên mạng MPLS sau khi thiết lập LSPs bằng việc sử dụng giao thức báo hiệu nhãn ở lối vào và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập ở lối ra. LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi ra khỏi mạng MPLS. Các LSR biên có thể là router lối vào hay router lối ra.
ATM LSR: sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM LSR tiếp theo
ATM LSR biên: Nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM LSR tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ ATM LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn.
1.4.3. Các Giao thức sử dụng trong MPLS
Tham gia vào quá trình truyền thông trong mạng MPLS có một số giao thức như LDP, CR-LDP, RSVP. Các giao thức như RIP, OSPF, BGP sử dụng trong mạng định tuyến gói IP sẽ không đề cập tới trong phần này.
Giao thức phân phối nhãn (LDP)
Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin yêu cầu. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt, được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn trên một lớp chuyển tiếp tương đương. Giao thức này là tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc lớp chuyển tiếp tương đương nhất định để truyền các gói thông tin.
28
Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể được xuất phát từ trong bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập) hay từ các LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó.
LSRs đồng cấp trao đổi các bản tin sau:
Bản tin DISCOVERY: Thông báo và duy trì sự có mặt của LSR trong mạng.
Bản tin SESSION: Thiết lập, duy trì và loại bỏ phiên giữa LDP đồng cấp.
Bản tin ADVERTISEMENT: Tạo, thay đổi và xoá các ánh xạ nhãn cho FECs.
Bản tin NOTIFICATION: Cung cấp thông tin cố vấn và thông tin lỗi tín hiệu.
Thµnh phÇn giao thøc MPLS Thµnh phÇn giao thøc non-MPLS
Mgr Qu¶n lý LDP Dscy B¶n tin ph¸t hiÖn Sess B¶n tin qu¶n lý phiªn Advt Ph¸t hµnh LDP Notf B¶n tin x¸c nhËn
Hình 1.9: Giao thức LDP với các giao thức khác.
Giao thức CR-LDP
Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc CR-LDP (Contraint-Based
Routing-LDP) được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở
rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn.
29
RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng trong MPLS, nó cho phép các ứng dụng thông báo về các yêu cầu QoS với mạng và mạng sẽ đáp ứng băng những thông báo thành công hoặc thất bại.
RSVP sử dụng bản tin trao đổi tài nguyên đặt trước qua mạng cho luồng IP. RSVP là giao thức riêng ở mức IP. Nó sử dụng các gói dữ liệu IP hoặc UDP ở phần biên của mạng để thông tin giữa các LSR đồng cấp. Nó không đòi hỏi duy trì phiên TCP, nhưng sau phiên này nó phải xử lý mất mát các bản tin điều khiển.
Hình 1.10: Thủ tục báo hiệu trong RSVP.