Chương 1 : Giới Thiệu Về Cụng Nghệ MPLS
1.3 Cỏc khỏi niệm trong MPLS
1.3.4 Cỏc cơ chế về nhón
1.3.4.1 Cơ chế gỏn nhón
Gỏn nhón theo mạng (topology-based method)
Nhón được định ra và gỏn cho cỏc mạng ngay sau khi cỏc thiết bị trong mạng hội tụ về bảng định tuyến
Gỏn nhón theo yờu cầu (request-based method)
Nhón chỉ được gỏn cho 1 mạng khi cú gúi tin cần truyền tới mạng đú. Khi đú Ingress LSR gửi yờu cầu tới router biờn đầu ra Egress LSR (gửi qua cỏc LSR trong mạng lừi) để tỡm thụng tin về nhón.
Với cơ chế này, nhón được sinh ra và gỏn dựa theo một chớnh sỏch về lưu lượng, hoặc yờu cầu nào đú.
1.3.4.2 Cơ chế phõn phối nhón
Sau khi nhón được gỏn, cỏc router trong mạng MPLS chạy giao thức LDP (Label Distribution Protocol) để thụng bỏo cho cỏc router khỏc biết về việc gỏn nhón này. Giao thức LDP cũng giống như cỏc giao thức định tuyến động. Nhờ giao thức LDP, nhón sẽ được quảng bỏ cho cỏc router trong mạng biết, mà khụng cần phải cấu hỡnh bằng tay trong cỏc giao thức chuyển mạch khỏc trước đõy như ATM, Frame Relay ... Nếu khụng sử dụng LDP (hoặc TDP) cỏc router trong mạng sẽ khụng thể biết sử dụng nhón như thế nào để gỏn và truyền gúi tin.
1.3.5 Nguyờn lý hoạt động của MPLS
1.3.5.1 Cỏc cơ chế của quỏ trỡnh tạo, phõn phối nhón
Trong kiến trỳc của MPLS, quỏ trỡnh tạo và phõn phối nhón cú cỏc chế độ sau:
Tạo nhón: theo cỏc cổng riờng biệt hoặc chung (per-platform và per-interface label space)
Phõn phối nhón: tự động phõn phối hoặc phõn phối theo yờu cầu (unsolicited downstream và downstream-on-demand)
Lưu giữ nhón: lưu giữ tất cả cỏc nhón nhận được hoặc lưu giữ cú lựa chọn (liberal và conservative label retention)
Điều khiển đường chuyển mạch nhón LSP (LSP Control): là chế độ điều khiển gỏn nhón cho cỏc FEC trờn cỏc router trong mạng MPLS, cú thể là điều khiển độc lập hoặc điều khiển theo trật tự (Independent LSP control và Orederd LSP Control)
a. Tạo nhón (khụng gian nhón – lable space)
Tạo nhón chung theo mạng đớch (per-platform): Với quỏ trỡnh tạo nhón của router theo cơ chế này, thỡ ứng với mỗi 1 mạng đớch thỡ router sẽ gỏn 1 nhón duy nhất cho mạng đú. Cỏc router khỏc sẽ nhận được quảng bỏ nhón của router này giỏ trị nhón giống nhau với cựng mạng đớch.
Hỡnh 1.18: Tạo nhón theo cơ chế per-platform
Router B gỏn nhón là 25 cho mạng X và quảng bỏ nú cho cỏc router khỏc.
Tạo nhón theo cỏc cổng riờng biệt (per-interface): với cơ chế này thỡ router với mỗi 1 mạng riờng biệt nú sẽ gỏn cỏc giỏ trị nhón khỏc nhau cho cỏc cổng của nú. Và trong router đú sẽ chứa 1 ỏnh xạ để chỉ mối quan hệ giữa nhón/cổng vào với nhón/cổng ra.
Hỡnh 1.19: Tạo nhón theo cơ chế per-interface
Router C với mạng X sẽ gỏn và gửi cỏc quảng bỏ nhón khỏc nhau qua cỏc cổng của nú. Đồng thời trong bảng LFIB của router C sẽ chứa ỏnh xạ giữa cỏc nhón/cổng nhận với nhón/cổng ra.
Trong 2 cơ chế trờn thỡ cơ chế tạo nhón chung theo mạng đớch cú ưu điểm là ớt tốn bộ nhớ dành cho bảng LFIB nhưng độ bảo mật khụng cao.
Router C là router từ bờn ngoài, mặc dự khụng nhận được quảng bỏ nhón cho mạng x từ router B, nhưng router C vẫn cú thể gửi gúi tin mang nhón 25 tới rotuer B, và router B khi nhận được gúi tin này thỡ vẫn chuyển đi như bỡnh thường do tất cả cỏc nhón cú giỏ trị là 25 thỡ trong LFIB chỉ đến router D.
Cơ chế tạo nhón cho cỏc cổng riờng biệt thỡ tốn bộ nhớ cho bảng LFIB so với cơ chế tạo nhón chung theo mạng đớch, nhưng độ an toàn bảo mật cao hơn.
.
Hỡnh 1.21: An toàn trong cơ chế per-interface
Router C mặc dự gửi nhón giống như router A, nhưng khi router B nhõn được thỡ sẽ khụng truyền gúi tin từ C đi, vỡ nhón 1/73 được gỏn cho cổng vào là cổng nối sang A. Do đú với cơ chế này thỡ cỏc router bờn ngoài khụng thể gửi gúi tin vào mạng được.
b. Phõn phối nhón
Phõn phối nhón tự động (unsolicited downstream): với cơ chế này thỡ cỏc Router sau khi gỏn xong nhón thỡ sẽ tự động quảng bỏ nú cho cỏc router khỏc biết.
Hỡnh 1.22: Phõn phối nhón theo cơ chế tự dộng
Router B sau khi gỏn nhón cho mạng X thỡ lập tức quảng bỏ nhón này cho cỏc router khỏc.
router gỏn nhón cho mạng thỡ khụng gửi đi cỏc quảng bỏ về nhón đú, mà chỉ gửi đi khi nhận được yờu cầu nhón tới mạng đú.
Hỡnh 1.23: Phõn phối nhón theo cơ chế tự động
c. Lưu giữ nhón
Lưu giữ tất cả cỏc nhón (liberal retention): với cơ chế này khi router nhận được cỏc nhón do cỏc router khỏc quảng bỏ đến thỡ router đều lưu cỏc thụng tin này vào bảng LIB của mỡnh mặc dự router quảng bỏ khụng phải là router kế tiếp (next-hop) đối với mạng đú.
Hỡnh 1.24: Lưu tất cả cỏc nhón nhận được
Mặc dự router B khụng phải là router kế tiếp (next-hop) để tới mạng X của router C và router E. Nhưng khi nhận được quảng bỏ nhón 25 cho mạng X thỡ router C và E đều lưu thụng tin này vào bảng định tuyến của mỡnh.
Lưu giữ nhón cú lựa chọn (conservative retention): với cơ chế này thỡ cỏc router khi nhận được nhón quảng bỏ cho 1 mạng nào đú, thỡ sẽ kiểm tra xem quảng bỏ đú cú phải là từ router kế tiếp (next-hop) tới mạng đú gửi hay khụng. Nếu khụng phải thỡ router sẽ khụng đưa giỏ trị nhón đú vào bảng LIB của mỡnh.
Hỡnh 1.25: Lưu giữ nhón cú lựa chọn
Khi router B gỏn nhón cho mạng X và quảng bỏ nhón này thỡ chỉ cú router A lưu thụng tin nhón này vào bảng LIB của mỡnh. Cũn router C và E sẽ khụng sử dụng thụng tin này vỡ router B khụng phải là router kế tiếp (next-hop) để tới mạng X của router C và E
Trong 2 cơ chế lưu giữ nhón thỡ cơ chế lưu giữ tất cả cỏc nhón cú ưu điểm đú là trong trường hợp mạng cú sự thay đổi thỡ sẽ hội tụ nhanh hơn, nhưng lại tốn bộ nhớ cho bảng LIB vỡ lưu thụng tin nhiều nhón. Cũn với cơ chế cú lựa chọn thỡ tiết kiệm được bộ nhớ lưu trữ bảng LIB, nhưng lại phải sử dụng cơ chế phõn phối nhón theo yờu cầu (downstream-on-demand) khi mạng cú thay đổi. Vớ dụ trong trường hợp liờn kết giữa router E và C bị lỗi, thỡ router B sẽ trở thành router kế tiếp (next-hop) của router E tới mạng X. Khi router E cần gửi gúi tin tới mạng X, nếu router E đó lưu trữ nhón ứng với mạng X do router B quảng bỏ (sử dụng cơ chế lưu giữ tất cả nhón) thỡ sẽ khụng mất thời gian để chờ học nhón đú, và cú thể gửi gúi tin đi được ngay. Nếu router E sử dụng cơ chế lưu giữ nhón cú lựa chọn thỡ router E sẽ phải chờ học được nhón gỏn cho mạng X của router B, như vậy sẽ mất thời gian để học.
1.3.5.2 Điều khiển LSP
Điều khiển LSP độc lập (Independent LSP Control): cỏc router sẽ tự động tạo và gỏn nhón cho một FEC nào đú cho dự nú chưa nhận được thụng tin đầy đủ về FEC đú do cỏc router lõn cận cung cấp
Hỡnh 1.26: LSP độc lập
Cơ chế này chỉ cú thể thực hiện được khi cỏc router cú khả năng trao đổi thụng tin định tuyến lớp 3
Router E khi nhận được yờu cầu nhón cho mạng X do D gửi tới, thỡ ngay lập tức E sẽ tạo nhón và trả lời thụng tin này cho D, mặc dự trong bảng LFIB của router E chưa nhận được thụng tin nhón về mạng X do cỏc router phớa sau gửi tới.
Điểu khiển LSP cú thứ tự (Ordered LSP Control): cỏc router sẽ chỉ tạo nhón cho một FEC nào đú chỉ khi nú là router biờn ra hoặc đó nhận được thụng tin nhón về FEC đú do cỏc router khỏc gửi tới.
Hỡnh 1.27: LSP cú thứ tự
Cơ chế điều khiển LSP độc lập thỡ cú nhược điểm đú là do cỏc router tạo và gỏn nhón độc lập cho FEC trước khi LSP cho FEC đú được thiết lập tới router. Do vậy trong một số trường hợp cú sự cố thỡ LSP khụng thể thiết lập từ router đú tới đớch. Nhưng router đú đó quảng bỏ thụng tin nhón cho cỏc router phớa sau, nờn khi router đo nhận được gúi tin gỏn nhón tới FEC mà LSP chưa được thiết lập, thỡ gúi tin đú cú thể bị loại bỏ. Với cơ chế điều khiển LSP cú thứ tự thỡ LSP cho FEC nào đú sẽ được thiết lập tới router rồi router đú mới quảng bỏ nhón về FEC đú cho cỏc router phớa sau mỡnh. Vỡ vậy cỏc gúi tin truyền đi chắc chắn sẽ tới được đớch. Tuy nhiờn việc điều khiển thiết lập LSP cú thứ tự thỡ cú độ trễ lớn hơn so với điều khiển LSP độc lập do trong chế độ cú thứ tự
thỡ LSP cho FEC nào đú sẽ phải thực hiện lần lượt trờn cỏc router. Cũn điều khiển LSP độc lập thỡ trờn cỏc router cú thể tạo đồng thời LSP đú qua mỡnh.
1.3.5.3 Cơ chế PHP
PHP (viết tắt của Penultimate Hop Popping) là cơ chế trong đú nhón của gúi tin trong mạng MPLS sẽ được búc khỏi gúi tin ngay trước khi gúi tin đú đến LSR ở biờn ra (egress LER).
Hỡnh 1.28: Hoạt động của cỏc LSR trong MPLS thụng thường
Trong mạng hoạt động theo chế độ MPLS thụng thường thỡ cỏc gúi tin mang nhón trước khi được đưa trở lại mụi trường IP bờn ngoài thỡ sẽ được búc nhón đi tại router biờn ra (egress LER). Như vậy tại biờn ra, LSR biờn sẽ phải thực hiện lần lượt 2 việc sau:
Tra bảng LFIB và thực hiện búc nhón ra khỏi gúi tin, và trả gúi tin về dạng ban đầu
Sử dụng bảng FIB để tỡm thụng tin định tuyến xỏc định router kết tiếp (next- hop) để gửi gúi tin IP đú.
Như vậy cụng việc của router biờn sẽ rất nặng do phải thực hiện tra 2 bảng LFIB và FIB, do đú cú thể gõy chậm chễ trong việc truyền gúi tin đi nếu như 2 bảng này lớn và chứa nhiều thụng tin, hoặc khi cú nhiều gúi tin nhón cựng đến router biờn.
Vỡ vậy để làm giảm bớt cụng việc cho LSR biờn ra, thỡ nhón sẽ được búc ra ở LSR ngay phớa trước LSR, do đú gúi tin đến LSR biờn là gúi tin IP thường, và LSR biờn sẽ chỉ phải sử dụng bảng FIB để truyền gúi tin đú đi.
Hỡnh 1.29 Mạng MPLS sử dụng cơ chếPHP
Một số đặc điểm của cơ chế PHP:
PHP giỳp cho chuyển mạch trong mạng MPLS được thực hiện tốt hơn. PHP chỉ cú thể sử dụng trong chế độ hoạt động khung (frame-mode MPLS), cũn trong chế độ hoạt động tế bào (cell-mode MPLSJ) thỡ khụng sử dụng được do trong chế độ hoạt động tế bào chỉ cú cỏc gúi tin gỏn nhón mới cú thể được truyền, nờn nhón (VPI/VCI) chỉ cú thể búc đi ở LSR biờn ra.
Khi sử dụng cơ chế PHP thỡ LSR biờn sẽ thụng bỏo cho LSR phớa trước nú nhờ sử dụng nhón đặc biệt cú giỏ trị bằng 3.
1.3.6 Ưu điểm của MPLS so với mụ hỡnh cũ:
So với cỏc cụng nghệ chuyển mạch trước đõy, thỡ MPLS cú cỏc ưu điểm đú là
Tốc độ chuyển mạch cao.
Trước đõy, khi cỏc router muốn thực hiện chuyển mạch gúi tin IP mà nú nhận được thỡ router sẽ phải xem địa chỉ IP đớch trong gúi tin đú và thực hiện tra bảng định tuyến của mỡnh để tỡm thụng tin đến mạng đớch. Quỏ trỡnh chuyển mạch sử dụng CPU tra bảng định tuyến sẽ rất phức tạp và chậm khi bảng định tuyến của router lớn. Vỡ vậy sẽ làm cho quỏ trỡnh truyền gúi tin IP bị trễ nhiều. So với cỏch chuyển mạch trước đõy thỡ chuyển mạch gúi tin nhờ thụng tin nhón chứa trong gúi tin đú sẽ nhanh hơn rất nhiều do việc chuyển mạch nhón được thực hiện nhanh và dễ dành nhờ chuyển mạch bằng phần cứng.
Hỡnh 1.30: Cơ chế truyền cỏc gúi tin trong MPLS
Tuy nhiờn với những cụng nghệ cải tiến hiện nay, thỡ với cỏc router chuyển mạch IP thụng thường, việc chuyển mạch gúi tin đó dựa trờn phần cứng như ASIC ( viết tắt của Application-Specific Intergrated Circuits ) - chứa cỏc thụng tin chuyển mạch. CPU lỳc này sẽ chỉ được sử dụng để tớnh toỏn cỏc thụng tin định tuyến. Với chuyển mạch từ phần cứng thỡ tốc độ chuyển mạch cỏc gúi tin IP rất cao (lờn tới hàng chục Gbps) tương đương với chuyển mạch nhón. Do đú ứng dụng MPLS để nõng cao tốc độ chuyển mạch hiện khụng phải là ưu điểm chớnh và chủ yếu đưa MPLS vào ứng dụng trong mạng hiện nay.
Thiết lập một cơ sở hạ tầng mạng thống nhất
Với MPLS, ý tưởng đưa ra đú là gỏn nhón cho tất cả cỏc gúi tin ở đầu vào dựa theo địa chỉ đớch hoặc một thụng số tiờu chuẩn nào đú, và toàn bộ lưu lượng của mạng sẽ được truyền trờn một nền thống nhất.
IP ngày nay đó trở thành một giao thức phổ biến trong tất cả cỏc mạng, một trong những lý do chớnh đú là rất nhiều cụng nghệ cú thể được truyền thụng qua nú. IP khụng chỉ truyền dữ liệu và thậm chớ cả thoại nữa.
Với sự kết hợp của MPLS với IP, thỡ khả năng truyền của mạng được mở rộng rất nhiều. Bằng cỏch gỏn nhón cho cỏc gúi tin cho phộp thực hiện truyền cỏc giao thức khỏc nhau ngoài IP thụng qua MPLS. Cụng nghệ MPLS cho phộp truyền IPv4, IPv6, Ethernet, HDLC, PPP, và cỏc cụng nghệ lớp 2 khỏc.
Hỡnh 1.31: Frame Relay trờn MPLS
Hỡnh 1.32: ATM trờn MPLS
Khụng cần sử dụng giao thức BGP trong cỏc thiết bị lừi
Với mạng IP trước đõy, cỏc router khi muốn truyền 1 gúi tin đi thỡ sẽ phải sử dụng địa chỉ đớch trong gúi tin, sau đú so sỏnh với bảng định tuyến của mỡnh.
Nếu cỏc gúi tin này được gửi tới cỏc địa chỉ đớch nằm ngoài mạng của nhà cung cấp như mạng nhà cung cấp khỏc hoặc internet, thỡ để thực hiện được điều này, cỏc tuyến bờn ngoài cũng phải được học bởi tất cả cỏc router trong mạng. Giao thức định tuyến phải sử dụng đú là BGP, vỡ chỉ cú giao thức này mới cú thể chứa và trao đổi thụng tin định tuyến về cỏc mạng bờn ngoài. Điều này khiến cỏc router ở trong mạng lừi cũng phải chạy BGP, dẫn tới cỏc router trong mạng lừi cũng sẽ tốn nhiều CPU và bộ nhớ để tớnh toỏn và lưu số lượng thụng tin định tuyến lớn.
Với cụng nghệ MPLS, cỏc router khi muốn truyền 1 gúi tin đi sẽ phải sử dụng thụng tin về nhón trong gúi tin đú. Cỏc router trong mạng lừi chỉ cần lưu giữ thụng tin
định tuyến trong nội bộ mạng của nhà cung cấp mà khụng cần lưu giữ thụng tin về cỏc mạng bờn ngoài. Vỡ vậy cỏc router trong mạng lừi sẽ khụng cần sử dụng giao thức BGP.
.
Hỡnh 1.33: Thiết bị mạng lừi khụng cần sử dụng BGP
Lỳc này trong mạng của nhà cung cấp chỉ cú cỏc router biờn sử dụng giao thức BGP và trao đổi thụng tin định tuyến về cỏc tuyến bờn ngoài với cỏc router biờn khỏc.
Khả năng chọn đường đi tối ưu
Với MPLS, cỏc thiết bị lớp 2 cũng cú khả năng định tuyến kộo theo khả năng chọn đường đi tối ưu.
Hỡnh 1.34: MPLS trong mụ hỡnh IP over ATM
Hỗ trợ định tuyến ràng buộc
Quỏ trỡnh điều khiển lưu lượng trong MPLS rất linh hoạt dựa trờn nhiều tham số: QoS, CoS, nguồn, tỡnh trạng mạng ... Đồng thời việc truyền gúi tin qua cỏc đường đi khỏc
nhau cú thể thực hiện được dễ dàng.
Hỡnh 1.35: Traffic Engineering với MPLS
Điều khiển lưu lượng
Cú cỏc cơ chế để quản lý và điều khiển lưu lượng thụng tin giữa cỏc thiết bị phần cứng khỏc nhau, thậm chớ là giữa cỏc ứng dụng khỏc nhau.
1.3.7 Một số ứng dụng của MPLS
Internet cú ba nhúm ứng dụng chớnh: voice, data, video với cỏc yờu cầu khỏc nhau. Voice yờu cầu độ trễ thấp, cho phộp thất thoỏt dữ liệu để tăng hiếu quả. Video cho phộp thất thoỏt dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tớnh thời gian thực (realtime). Data yờu