Khỏi niệm
Định tuyến cưỡng bức (CR) là một cụng cụ cú thể đỏp ứng cỏc yờu cầu kỹ thuật lưu lượng cho cỏc mạng MPLS. Khỏi niệm cơ bản này được mở rộng tới LDP để hỗ trợ cỏc đường dẫn chuyển mạch nhón (CR-LSP) được định tuyến cưỡng bức bằng việc định nghĩa cỏc cụng cụ và cỏc TLV để hỗ trợ cho cỏc CR-LSP hay sử dụng cỏc giao thức cú sẵn để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức.
CR cú thể được thiết lập như là một hoạt động từ đầu cuối tới đầu cuối; nghĩa là, từ CR-LSR lối vào tới CR-LSR lối ra. í tưởng là để cho CR-LSR lối vào khởi tạo CR và tất cả cỏc node liờn quan cú thể dành trước tài nguyờn băng việc sử dụng LDP.
Thuật ngữ “ràng buộc” ngụ ý rằng trong một mạng và với mỗi tập cỏc node luụn tồn tại một tập cỏc ràng buộc phải được thoả món cho tuyến hay cỏc tuyến giữa 2 node. Một vớ dụ của định tuyến ràng buộc đú là đường đi cú băng tần tối thiểu. Vớ dụ khỏc là đường đi an toàn. Giao thức để tỡm ra cỏc đường đi như vậy (chẳng hạn như OSPF mở rộng) được ràng buộc phỏt hành cỏc đường đi trong miền định tuyến để thoả món những loại điều kiện ràng buộc này.
Ngoài ra, định tuyến cưỡng bức cố gắng đỏp ứng một tập cỏc điều kiện ràng buộc và đồng thời tối ưu một số cỏc metric vụ hường nào đú. Một metric vụ hướng
quan trọng là số chặng với cỏc dũng lưu lượng nhạy cảm với trễ. Thực tế chỉ ra rằng cỏc chặng bổ sung tạo ra biến thiờn trễ, đặc biệt nếu Internet bận và cỏc router đang xử lý nhiều lưu lượng.
Định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR)
Định tuyến hiện (ER) là thành phần khụng thể thiếu của định tuyến cưỡng bức. Cỏc đường đi được thiết lập tại biờn của mạng, thoả món với cỏc tiờu chuẩn QoS và thụng tin định tuyến. Hỡnh 2.29 biểu diễn vớ dụ về định tuyến hiện.
Hỡnh 2.29. Định tuyến hiện
Cỏc đường đi trong định tuyến hiện bắt đầu tại router lối vào A và đi tới B, sau đú D, và ra tại router F. Cỏc đường đi trong định tuyến hiện khụng được phộp đi qua cỏc LSR C và E. Cỏc đường đi được phộp cú thể được thiết lập bằng việc sử dụng cỏc bản tin LDP. Cỏc đường đi trong định tuyến hiện được mó hoỏ trong bản tin yờu cầu nhón. bản tin này chứa 1 danh sỏch cỏc node (hay nhúm cỏc node) dựng để tạo nờn đường đi CR. Sau khi CR-LSP đó được thiết lập, tất cả tập con cỏc node trong nhúm cú thể được sử dụng thiết lập LSP.
Khả năng để xỏc định nhúm cỏc node cho phộp hệ thống cú tớnh mềm dẻo cục bộ đỏng kể trong việc đỏp ứng yờu cầu cho đường đi CR. Hơn nữa, định tuyến cưỡng bức yờu cầu đường đi được tớnh toỏn bởi nguồn gửi lưu lượng.
LDP và định tuyến cưỡng bức (CR)
Nếu một LDP được sử dụng cho định tuyến cưỡng bức, đường đi được định tuyến cưỡng bức được mó hoỏ như là một chuỗi liờn tiếp cỏc chặng ER chứa trong bản tin LDP. Mỗi chặng ER cú thể nhận ra một nhúm cỏc node trờn đường đi được định tuyến cưỡng bức, và cũng cú cỏc TLV để mụ tả cỏc tham số lưu lượng, chẳng hạn như là tốc độ đỉnh và tốc độ cam kết. Một đường đi được định tuyến cưỡng bức là một đường dẫn bao gồm tất cả nhúm cỏc node được nhận dạng theo thứ tự như chỳng xuất hiện trong TLV.
Thuật toỏn định tuyến cưỡng bức
Định tuyến cưỡng bức phải tớnh toỏn xỏc định đường đi thoả món cỏc điều kiện sau:
Tối ưu theo một tiờu chuẩn nào đú (vớ dụ đường ngắn nhất hoặc số chặng ớt nhất) Thoả món cỏc điều kiện ràng buộc.
Thuật toỏn “đường ngắn nhất đầu tiờn” (SPF) thường được sử dụng để tỡm đường tối ưu theo tiờu chuẩn nào đú. Cỏc mạng IP truyền thống sử dụng thuật toỏn này để tỡm đường tối ưu theo tiờu chuẩn nào đú (chẳng hạn: số hop…) mà khụng tớnh tới cỏc yếu tố bổ sung như trễ, biến thiờn trễ…Để thoả món cả cỏc điều kiện ràng buộc thỡ thuật toỏn SPF cần phải thay đổi để bao gồm cỏc điều kiện ràng buộc. Thuật toỏn mới này gọi là SPF cưỡng bức (CSPF).
Trước hết chỳng ta tỡm hiểu hoạt đụng của thuật toỏn SPF. Thuật toỏn SPF hoạt động khởi đầu tại một nỳt được gọi là gốc và bắt đầu tớnh toỏn xõy đường ngắn nhất ứng với gốc là nỳt đú. Tại mỗi vũng của thuật toỏn sẽ cú một danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” khụng nhất thiết phải là ngắn nhất. Tuy nhiờn ứng với nỳt “ứng cử” ở ngay kề nỳt gốc thỡ đường nối tới nỳt này phải là ngắn nhất. Vỡ vậy tại mỗi vũng, thuật toỏn sẽ tỏch nỳt cú đường ngắn nhất tới nỳt gốc từ danh sỏch nỳt “ứng cử”. Nỳt này sẽ được bổ sung vào cõy đường ngắn nhất, thỡ cỏc nỳt khụng nằm trờn cõy đường ngắn nhất nhưng liền kề ngay nỳt này cũng được kiểm tra để bổ sung hoặc sửa đổi danh sỏch nỳt “ứng cử”. Sau đú thuật toỏn lại được thực hiện lặp lại. Trong trường hợp tỡm đường ngắn nhất từ một gốc đến tất cả cỏc nỳt khỏc trong mạng thỡ thuật toỏn sẽ dừng khi nào danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” là rỗng. Trong trường hợp tỡm đường ngắn nhất từ một gốc đến một nỳt cụ thể thỡ thuật toỏn sẽ dừng lại khi nào nỳt đú được bổ sung vào cõy đường
ngắn nhất. Thuật toỏn SPF để tớnh toỏn xỏc định đường ngắn nhất từ nỳt SPF (nguồn) đến một số nỳt (đớch) cú thể được mụ tả dưới dạng cỏc bước như sau:
Bước 1 (khởi tạo): Đặt danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” bằng rỗng. Đặt cõy đường ngắn nhất chỉ cú gốc S. Đối với mỗi nỳt liền kề gốc đặt độ dài đường bằng độ dài kờnh giữa gốc và nỳt. Đối với tất cả cỏc nỳt khỏc, đặt độ dài này bằng vụ cựng. Bước 2: Đặt tờn nỳt bổ sung vào cõy đường ngắn nhất là V. Đối với mỗi
kờnh nối vào nỳt này, kiểm tra cỏc nỳt phớa cũn lại của kờnh. Đỏnh dấu cỏc nỳt này là W.
Bước 2a: Nếu như nỳt W này đó cú trong danh sỏch cõy đường ngắn nhất thỡ kiểm tra tiếp với cỏc kờnh cũn laị nối với nỳt V.
Bước 2b: Trong trường hợp ngược lại (W khụng nằm trong danh sỏch cõy đường ngắn nhất) thỡ tớnh độ dài của đường nối từ gốc đến nỳt W ( độ dài này bằng tổng độ dài của đường nối từ gốc đến nỳt V cộng với độ dài từ nỳt V đến nỳt W). Nếu như W khụng nằm trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” thỡ giỏ trị độ dài đường hiện thời lớn hơn giỏ trị độ dài đường mới tớnh và gỏn giỏ trị độ dài đường từ gốc đến nỳt W bằng độ dài mới tớnh.
Bước 3: Trong danh sỏch nỳt “ứng cử”, tỡm một nỳt với độ dài đường ngắn nhất. Bổ sung nỳt này vào cõy đường ngắn nhất và xoỏ nỳt này khỏi danh sỏch nỳt “ứng cử”. Nếu nỳt này là nỳt D thỡ thuật toỏn kết thỳc và ta được cõy đường ngắn nhất từ nỳt nguồn SPF đến nỳt đớch D. Nếu như nỳt này chưa phải là nỳt D thỡ quay trở lại bước 2.
Từ cỏc bước của thuật toỏn SPF đơn giản trờn đõy, chỳng ta dễ dàng sửa đổi nú trở thành CSPF. Tất cả chỳng ta phải làm đú là sửa đổi bước thực hiện bổ sung sửa đổi danh sỏch nỳt “ứng cử”. Cụ thể là bước 2, khi chỳng ta kiểm tra cỏc kờnh nối với nỳt V, đối với mỗi kờnh trước hết chỳng ta kiểm tra xem kờnh đú cú thoả món điều kiện ràng buộc khụng? Chỉ khi điều kiện này được thoả món, sau đú chỳng ta mới kiểm tra nỳt W ở đầu kia của kờnh. Thụng thường chỳng ta hay gặp bài toỏn tỡm đường từ S đến D thoả món một số điều kiện ràng buộc là C1, C2,…, Cn, khi đú tại bước 2 chỳng ta sẽ kiểm tra tất cả cỏc kờnh nối với nỳt V, đối với mỗi kờnh trước hết chỳng ta kiểm tra xem nú cú thoả món điều kiện C1, C2,.., Cn. Chỉ khi kờnh thoả món tất cả cỏc điều kiện ràng buộc thỡ chỳng ta mới kiểm tra nỳt W ở phớa đầu kia của kờnh.
Về tổng quỏt, thủ tục kiểm tra xem kờnh cú thoả món một điều kiện ràng buộc cụ thể là đặc điểm của định tuyến cưỡng bức. Vớ dụ như nếu điều kiện ràng buộc cần thoả món là độ rộng băng tần khả dụng, khi đú chỳng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần khả dụng của kờnh cú lớn hơn một giỏ trị độ rộng băng tần được chỉ ra trong điều kiện ràng buộc; chỉ khi thoả món chỳng ta mới kiểm tra nỳt W ở đầu kia của kờnh.
Để kiểm tra kờnh cú thoả món một điều kiện ràng buộc cụ thể nào đú thỡ chỳng ta phải biết trước cỏc thụng tin của kờnh tương ứng cú liờn quan đến điều kiện ràng buộc. Vớ dụ như khi điều kiện ràng buộc cần thoả món là độ rộng băng tần khả dụng thỡ thụng tin cần cú là độ rộng băng tần khả dụng của từng kờnh.
Hỡnh 2.30. Vớ dụ về CSPF
Lưu ý rằng thuật toỏn tớnh toỏn xỏc định đường sử dụng trong CSPF, yờu cầu bộ định tuyến thực hiện việc tớnh toỏn xỏc định đường phải cú cỏc thụng tin về tất cả cỏc kờnh trong mạng. Điều đú cú nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến cú thể hỗ trợ định tuyến cưỡng bức đú là giao thức định tuyến theo trạng thỏi kờnh (vớ dụ như IS-IS, OSPF). Cũn cỏc giao thức định tuyến theo vector khoảng cỏch (vớ dụ như RIP) khụng hỗ trợ định tuyến cưỡng bức.
Để minh hoạ cho CSPF, chỳng ta hóy xem xột vớ dụ trờn hỡnh 2.30. Chỳng ta giả sử rằng độ dài tất cả cỏc kờnh đều bằng nhau và cú giỏ trị là 1. Chỳng ta cũng giả sử rằng tất cả cỏc kờnh đều cú độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb/s, ngoại trừ kờnh nối từ LSR2 đến LSR4 cú độ rộng băng tần khả dụng là 45Mb/s. Nhiệm vụ của chỳng ta là
dụng phải lớn hơn hoặc bằng 100Mb/s. ở đõy điều kiện ràng buộc cần thoả món là độ rộng băng tần khả dụng.
Khởi đầu cõy đường ngắn nhất (cú gốc là LSR1) chỉ cú nỳt LSR1. Tiếp theo chỳng ta kiểm tra hai nỳt bờn cạnh LSR1 đú là LSR2 và LSR3 với lưu ý rằng độ rộng băng tần khả dụng của kờnh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giỏ trị cần thiết là 100Mb/s. Kết luận khụng kờnh nào vi phạm điều kiện ràng buộc, vỡ vậy chỳng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sỏch “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta tỡm nỳt cú khoảng cỏch ngắn nhất đến LSR1 trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử”. Nỳt này là LSR2 (ở đõy cả hai nỳt LSR2 và LSR3 đều cú khoảng cỏch như nhau đến LSR1 vỡ vậy cú thể chọn ngẫu nhiờn là LSR2), chỳng ta bổ sung nú vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR2) và xoỏ nú khỏi danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử”. Kết thỳc vũng một của thuật toỏn.
Vũng thứ hai chỳng ta kiểm tra nỳt cạnh nỳt LSR2 là LSR4. Với nỳt này chỳng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trờn kờnh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này khụng thoả món điều kiện ràng buộc và chỳng ta khụng bổ sung LSR4 vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Chỳng ta vẫn cũn LSR3 trong danh sỏch nỳt “ứng cử”, vỡ vậy ta bổ sung nú vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoỏ nú khỏi danh sỏch “ứng cử”. Kết thỳc vũng thứ hai của thuật toỏn.
Tại vũng thứ 3 của thuật toỏn, chỳng ta kiểm tra cạnh nỳt LSR3 là nỳt LSR5. Với nỳt này chỳng ta thấy độ rộng băng tần khả dụng trờn kờnh (LSR3-LSR5), lớn hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này thoả món điều kiện ràng buộc và ta bổ sung nú vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta tỡm trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” nỳt cú khoảng cỏch ngắn nhất tới LSR1 là nỳt LSR5. Vỡ vậy ta bổ sung LSR5 vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR 5) và xoỏ LSR5 khỏi danh sỏch “ứng cử”. Kết thỳc vũng thứ 3 của thuật toỏn.
Tại vũng thứ 4 của thuật toỏn, ta kiểm tra nỳt cạnh nỳt LSR5 là LSR4. Với nỳt này chỳng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trờn kờnh (LSR5-LSR4) lớn hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này thoả món điều kiện ràng buộc và ta bổ sung nú vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta tỡm trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” nỳt cú khoảng cỏch ngẵn nhất tới LSR1 là nỳt LSR4. Vỡ vậy ta bổ sung LSR5 vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoỏ LSR4 khỏi danh sỏch “ứng cử”. Kết thỳc vũng thứ tư của thuật toỏn.
Tại vũng thứ 5 của thuật toỏn, ta kiểm tra nỳt cạnh nỳt LSR5 là LSR6 và LSR7. Với nỳt này chỳng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trờn cỏc kờnh (LSR4-LSR6) và (LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này thoả món điều kiện ràng buộc và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta nhận thấy rằng trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” cú nỳt LSR6 cú khoảng cỏch ngắn nhất tới LSR1. Vỡ vậy ta bổ sung LSR6 vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoỏ LSR6 khỏi danh sỏch “ứng cử”. Tại đõy chỳng ta nhận thấy cõy đường ngắn nhất đó cú nỳt LSR6 là nỳt đớch của đường cần tỡm. Vỡ vậy thuật toỏn kết thỳc ở đõy. Kết quả đường ngắn nhất tử LSR1 đến LSR6 là (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6). Chỳng ta cú thể nhận thấy đường này khỏc với đường được xỏc định theo thuật toỏn SPF cú thể là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6).
Cỏc bản tin và cỏc TLV sử dụng trong CR
Bản tin yêu cầu nhãn
0 Kiểu Yêu cầu nhãn Độ dài bản tin
Nhận dạng bản tin TLV FEC
Nhận dạng LSP TLV (CR-LDP, bắt buộc) Định tuyến hiện TLV (CR-LDP, tùy chọn)
TLV Lu lợng (CR-LDP, tùy chọn) TLV Cố định (CR-LDP, tùy chọn) TLV Lớp tài nguyên (CR-LDP, tùy chọn)
TLV Quyền u tiên (CR-LDP, tùy chọn)
Trong đó:
Một số trờng đã đợc định nghĩa trong giao thức LDP
Bản tin yêu cầu nhãn bao gồm một phần tử TLV-FEC duy nhất. Tuy nhiên,
các TLV khác đợc sử dụng trong LDP có thể dùng để thay thế cho một ứng dụng nào đó.
Các thông số tùy chọn bao gồm các định nghĩa của bất kỳ các TLV cỡng bức nào đợc chỉ ra trong phần giao thức
Bản tin ràng buộc nhãn
0 Kiểu Ràng buộc nhãn Độ dài bản tin
Nhận dạng bản tin TLV FEC TLV Nhãn
TLVNhận dạng bản tin yêu cầu nhãn
TLV Nhận dạng LSP (CR-LDP, tùy chọn) TLV Lu lợng (CR-LDP, tùy chọn)
Hình 2.32 . Bản tin ràng buộc nhãn Bản tin thông báo
0 Kiểu Thông báo Độ dài bản tin
Nhận dạng bản tin TLV Trạng thái Các thông số tùy chọn
Hình 2.33. Bản tin thông báo
Các bản tin hủy bỏ, thu hồi và giải phóng: các bản tin này giống nh các bản tin tơng ứng sử dụng nh trong LDP.
TLV tuyến hiện (ER-TLV)
Tuyến hiện là một chuỗi cụ thể các bớc từ LSR lối vào tới LSR lối ra. Một tập hợp các node có thể đợc trình diễn đơn giản là một node trừu tợng, ví dụ sử dụng tiền tố địa chỉ. LSP phải định tuyến tới một vài node bên trong node trừu tợng này nh là chặng tiếp theo. Tuyến có thể chứa một vài chặng trong node trừu tợng này trớc khi hiện ra tới
node tiếp theo đợc chỉ rõ trong tuyến hiện. Một tuyến hiện cũng có thể chứa một vài nhận dạng của một hệ thống tự quản. Điều này cho phép LSP đợc định tuyến qua một vùng mạng mà bên ngoài sự điều khiển quản lý của ngời khởi tạo LSP. Tuyến cũng có thể chứa một vài chặng trong hệ tự trị này trớc khi hiện ra tới node tiếp theo đợc chỉ rõ trong tuyến hiện. Một tuyến hiện có thể đợc phân loại thành chặt và không chặt. Tuyến chặt chỉ chứa các node, các node trừu tợng và hệ tự trị đợc chỉ rõ trong tuyến hiện và phải sử dụng nó theo thứ tự đã cho. Tuyến không chặt phải bao gồm tất cả các chặng đã chỉ rõ và phải duy trì theo thứ tự nhng cũng có thể thêm vào các chặng khi cần thiết để