Router D đóng vai trị egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hốn đổi nhãn và gỡ bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường ựi ra khỏi miền MPLS.
Với phương pháp làm việc này, các LSR trung gian như router B và C sẽ không phải thực hiện kiểm tra tồn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểm tra các giá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp. Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với ựịnh tuyến IP truyền thống
3.2. ƯU đIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA MPLS 3.2.1. đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp 3.2.1. đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp
MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố ựịnh nên quyết ựịnh chuyển tiếp có thể xác định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục trong LFIB. Cơ chế này ựơn giản và nhanh hơn nhiều so với giải thuật Ộlongest prefix matchỢ dùng trong chuyển tiếp gói datagram thơng thường.
3.2.2. Kỹ thuật lưu lượng
Ưu ựiểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering). MPLS có khả năng ựảm bảo lưu lượng ựược ựịnh tuyến ựi qua một mạng theo một cách thức tin cậy và hiệu quả nhất. Kỹ thuật lưu lượng cho phép các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) ựịnh tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách hàng ở khắa cạnh thơng lượng và độ trễ. MPLS-TE cho phép lưu lượng ựược phân bố hợp lý qua tồn bộ hạ tầng mạng, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng.
3.2.3. định tuyến QoS từ nguồn
định tuyến QoS từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR ựược xác ựịnh trước ở nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một số thông tin về ựộ khả dụng tài nguyên trong mạng cũng như yêu cầu QoS của luồng lưu lượng. Nói cách khác, nó là một giao thức định tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn ựường ựể bao gồm các tham số như băng thông khả dụng, việc sử dụng link và ựường dẫn end-to-end, ựộ chiếm dụng tài nguyên của nút, ựộ trễ và biến ựộng trễ.
3.2.4. Dịch vụ mạng riêng ảo VPN
VPN (Virtual Private Network) cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng, giống như thuê kênh riêng nhưng với chi phắ thấp hơn nhiều, bằng cách sử dụng hạ tầng mạng công cộng dùng chung.
MPLS kết hợp với giao thức cổng biên (BGP) cho phép một nhà cung cấp mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN của khách hàng. Như vậy, mạng MPLS cùng với BGP tạo ra cách thức cung cấp dịch vụ VPN trên cả ATM và các thiết bị dựa trên gói tin rất linh hoạt, dễ mở rộng quy mô và dễ quản lý. Thậm chắ trên các mạng của nhà cung cấp nhỏ, khả năng linh hoạt và dễ quản lý của các dịch vụ MPLS+BGP VPN là ưu ựiểm chủ yếụ
3.2.5. Khả năng mở rộng (Scalability)
Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt toàn diện hơn giữa ựịnh tuyến liên miền (inter-domain) và ựịnh tuyến nội miền (intra-domain). điều này cải thiện ựáng kể khả năng mở rộng của các tiến trình định tuyến. Hơn nữa, khả năng mở rộng của MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng), và xếp chồng nhãn ựể hợp nhất (merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP. Ngoài ra, nhiều LSP liên kết với các FEC khác nhau có thể được trộn vào cùng một LSP. Sử dụng các LSP lồng nhau cũng cải thiện khả năng mở rộng của MPLS.
3.3. KỸ THUẬT đỊNH TUYẾN TRONG MPLS 3.3.1. Giới thiệu 3.3.1. Giới thiệu
MPLS hỗ trợ cả hai kỹ thuật ựịnh tuyến: ựịnh tuyến từng chặng (hop-by-hop) và ựịnh tuyến cưỡng bức (constrain-based routing). định tuyến từng chặng cho phép mỗi nút nhận dạng các FEC và chọn hop kế cho mỗi FEC một cách ựộc lập. Tuy nhiên, nếu muốn triển khai kỹ thuật lưu lượng với MPLS, bắt buộc phải sử dụng kiểu ựịnh tuyến cưỡng bức.
3.3.2. định tuyến cưỡng bức (Constrain-based Routing)
để có thể hiểu ựược khái niệm ựịnh tuyến cưỡng bức một cách cặn kẽ, trước hết chúng ta phải xem cơ chế ựịnh tuyến truyền thống ựược sử dụng trong mạng IP. Một mạng được mơ hình hóa như tập hợp các hệ thống độc lập (AS). Trong đó việc định tuyến trong mỗi AS tuân theo giao thức ựịnh tuyến nội vùng và việc ựịnh tuyến giữa các AS tuân theo giao thức ựịnh tuyến liên vùng. Các giao thức ựịnh tuyến nội vùng nổi bật như: RIP, OSPF, IS-IS.. Và giao thức ựịnh tuyến liên vùng ựiển hình đang được sử dụng rộng rãi là BGP.
Cơ chế tắnh tốn xác định đường đi trong các các giao thức ựịnh tuyến nội vùng tuân theo thuật toán tối ưụ Trong trường hợp giao thức RIP là tối ưu số nút mạng trên ựường. Chúng ta biết rằng bao giờ cũng có thể lựa chọn nhiều ựường ựể ựi ựến một đắch. RIP sử dụng thuật tốn Bellman-Ford để xác ựịnh sao cho ựường ựi sẽ qua
số nút mạng nhỏ nhất. Trong trường hợp của giao thức OSPF hay IS-IS dùng thuật tốn tìm đường ngắn nhất. Nhà quản trị mạng ứng với giao thức OSPF (hay IS-IS) sẽ ấn ựịnh cho mỗi kênh trong mạng một giá trị tương ứng với ựộ dài của kênh ựó. OSPF (IS-IS) sử dụng thuật tốn tìm đường ngắn nhất Dijkstra ựể lựa chọn ựường ngắn nhất trong số các đường có thể tới ựắch. Với ựịnh nghĩa ựộ dài ựường là tổng ựộ dài của các kênh trên ựường ựó.
Về cơ bản chúng ta có thể định nghĩa thuật tốn định tuyến cưỡng bức như sau: Một mạng có thể được biểu diễn dưới dạng sơ ựồ theo V và E (V,E), trong ựó V là tập hợp các nút mạng và E là tập hợp các kênh liên kết nối giữa các nút mạng. Mỗi kênh sẽ có các đặc điểm riêng. đường kết nối giữa những nút thứ nhất ựến nút thứ 2 trong cặp thỏa mãn một số các ựiều kiện ràng buộc. Tập hợp các ựiều kiện ràng buộc này ựược coi là các đặc điểm của các kênh và chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trị khởi tạo đường kết nối mới biết các ựặc ựiểm nàỵ Nhiệm vụ của ựịnh tuyến cưỡng bức là tắnh tốn xác ựịnh các ựường kết nối từ nút này ựến nút kia sao cho đường này khơng vi phạm các điều kiện ràng buộc và là một phương án tối ưu theo một tiêu chắ nào đó (Số nút ắt nhất hoặc đường ngắn nhất). Khi đã xác ựịnh ựược một ựường kết nối thì định tuyến cưỡng bức sẽ thực hiện thiết lập, duy trì và chuyển trạng thái kết nối dọc theo các kênh trên ựường ựó.
định tuyến cưỡng bức là một phương tiện ựể thực hiện xử lý tự động hóa kỹ thuật lưu lượng, khắc phục ựược các hạn chế của định tuyến theo đắch (Destination- based routing). Nó xác ựịnh các tuyến ựường (route) không chỉ dựa trên topology mạng (thuật tốn chọn đường ngắn nhất SPF Ờ Shortest Path First) mà còn sử dụng các metric ựặc thù khác như băng thơng, trễ, cost và biến động trễ. Giải thuật chọn đường có khả năng tối ưu hóa theo một hoặc nhiều metric nàỵ Thông thường người ta dùng metric dựa trên số lượng hop và băng thông, để đường được chọn có số lượng hop nhỏ nhất nhưng phải đảm bảo băng thơng khả dụng trên tất cả các chặng liên kết, quyết ựịnh cơ bản như sau: chọn ựường ngắn nhất trong số tất cả các ựường có băng thơng khả dụng thỏa mãn u cầụ
Hình 3.7: Một vắ dụ về định tuyến cưỡng bức
để minh họa hoạt ựộng của ựịnh tuyến cưỡng bức, xét cấu trúc mạng Ộcon cáỢ điển hình như hình trên. Giả sử rằng ựịnh tuyến cưỡng bức sử dụng số hop (hop- count) và băng thông khả dụng làm các metric. Lưu lượng 600 Kbps ựược ựịnh tuyến trước tiên, sau đó là lưu lượng 500 Kbps và 200 Kbps. Cả 3 loại lưu lượng này ựều hướng ựến cùng một egress-router. Ta thấy rằng:
+ Vì lưu lượng 600 Kbps ựược ựịnh tuyến trước nên nó đi theo đường ngắn nhất là R8-R2-R3-R4-R5.Vì băng thơng khả dụng là như nhau trên tất cả các chặng kênh (1 Mbps), nên lưu lượng 600 Kbps chiếm 60% băng thơng.
+ Sau đó, vì băng thơng khả dụng của đường ngắn nhất khơng đủ cho cả 2 lưu lượng 600Kbps và 500 Kbps, nên lưu lượng 500 Kbps ựược ựịnh tuyến ựi theo ựường mới qua R6 và R7 mặc dù nhiều hơn một hop so với ựường cũ. Với lưu lượng 200 Kbps tiếp theo, vì vẫn cịn băng thơng khả dụng trên đường ngắn nhất nên ựường này ựược chọn ựể chuyển lưu lượng 200 Kbps.
định tuyến cưỡng bức có 2 kiểu: định tuyến online và ựịnh tuyến offlinẹ Kiểu online cho phép các router tắnh đường cho các LSP bất kỳ lúc nàọ Trong kiểu offline, một server tắnh đường cho các LSP theo định kỳ (chu kỳ có thể được chọn bởi nhà quản trị, thường là vài giờ hoặc vài ngày). Các LSP ựược báo hiệu thiết lập theo các ựường ựã ựược chọn.
3.3.3. định tuyến tường minh (Explicit Routing)
định tuyến tường minh (Explicit Routing) là một tập con của ựịnh tuyến cưỡng bức, trong đó sự ràng buộc là ựối tượng tuyến tường minh ER (explicit route).
Tuyến tường minh ER là một danh sách các Ộnút trừu tượngỢ (abstract node) mà một ựường chuyển mạch nhãn cưỡng bức CR-LSP phải ựi quạ Nút trừu tượng có thể là một nút (địa chỉ IP) hoặc một nhóm nút (như IP prefix hoặc một AS).
Nếu ER chỉ quy định một nhóm trong số các nút mà CR-LSP đi qua thì nó được gọi là tuyến tường minh thả lỏng (loose ER). Ngược lại, nếu ER quy định tồn bộ các nút trên CR-LSP thì ựược gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER). Trong đó, định tuyến thả lỏng cho phép mạng hoạt ựộng linh hoạt hơn trong việc ựinh tuyến, tái định tuyến và tối thiểu hóa tổng chi phắ cấu hình mạng.
3.3.4. Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol)
LDP được chuẩn hóa trong RFC 3036, nó được thiết kế để thiết lập và duy trì các LSP định tuyến khơng cưỡng bức (unconstraint routing). Vùng hoạt ựộng của LDP có thể là giữa các LSR láng giềng (neighbor) trực tiếp hoặc gián tiếp.
Hình 3.8: Vùng hoạt động của LDP
Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong q trình gán nhãn cho các gói tin. Giao thức LDP là giao thức ựiều khiển tách biệt ựược các LSR sử dụng ựể trao đổi và điều phối q trình gián nhãn. Giao thức này là một tập hợp thủ tục trao ựổi các nhãn bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất ựịnh ựể truyền gói tin.
LDP có 4 chức năng chắnh là phát hiện LSR láng giềng (Neighbor discovery), thiết lập và duy trì phiên, quảng bá nhãn (label advertisement) và thông báo (Notification).
Tương ứng với các chức năng trên, có 4 lớp thơng điệp LDP sau đây:
+ Discovery: để trao ựổi ựịnh kỳ bản tin Hello nhằm loan báo và kiểm tra một LSR kết nối gián tiếp hoặc trực tiếp.
+ Session: để thiết lập, thương lượng các thông số cho việc khởi tạo, duy trì và chấm dứt các phiên ngang hàng LDP. Nhóm này bao gồm bản tin Initialization, KeepAlivẹ
+ Advertisement: để tạo ra, thay đổi hoặc xóa các ánh xạ FEC tới nhãn. Nhóm này bao gồm bản tin Label Mapping, Label Withdrawal, Label Release, Label Request, Label Request Abort.
Các thơng điệp Discovery được trao đổi trên UDP. Các kiểu thơng điệp cịn lại địi hỏi phân phát tin cậy nên dùng TCP.
Trường hợp hai LSR có kết nối lớp 2 trực tiếp thì thủ tục phát hiện neighbor trực tiếp như sau:
+ Một LSR ựịnh kỳ gửi ựi bản tin Hello tới các cổng UDP 646 ựịa chỉ multicast (tất cả các router trong subnet).
+ Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP. đến một thời điểm nào đó LSR sẽ biết ựược tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp.
+ Khi LSR nhận biết ựược ựịa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khi ựó phiên LDP ựược thiết lập giữa 2 LSR.
Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau: ỘLSR ựịnh kỳ gửi bản tin HELLO ựến cổng UDP ựã biết tại ựiạ chỉ IP xác ựịnh ựược khai báo khi lập cấu hình. đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền một chiều ngược lại ựến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP ựược thực hiện như trên.Ợ
Phiên LDP là phiên song hướng nên mỗi LSR ở hai ựầu kết nối ựều có thể u cầu và gửi liên kết nhãn.
Hình 3.9: Trao ựổi thông ựiệp LDP
Trong trường hợp hai LSR khơng có kết nối lớp 2 trực tiếp (neighbor gián tiếp) thì LSR định kỳ gửi bản tin Hello đến cổng UDP ựã biết tại ựịa chỉ IP xác ựịnh ựược khai báo khi lập cấu hình. đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hello khác và việc thiết lập các phiên LDP ựược thực hiện như trên.
3.3.5. Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)
Theo RFC 3212, giao thức CR-LDP là giao thức mở rộng từ LDP nhằm hỗ trợ ựặc biệt cho ựịnh tuyến cưỡng bức, kỹ thuật lưu lượng (TE) và các hoạt ựộng dự trữ
tài nguyên. Các khả năng của CR-LDP tùy chọn bao gồm thương lượng các tham số lưu lượng như cấp phát băng thông, thiết lập và cầm giữ quyền ưu tiên.
3.3.5.1. Mở rộng cho ựịnh tuyến cưỡng bức
Giao thức CR-LDP ựược sử dụng ựể ựiều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho q trình định tuyến cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp ựể gửi các bản tin phân phối nhãn.
Theo RFC 3212, giao thức CR-LDP ựược bổ sung thêm các ựối tượng Type- Length-Value mới sau ựây:
+ Tuyến tường minh ER (Explicit Route)
+ Chặng tường minh ER-Hop (Explicit Route Hop) + Các tham số lưu lượng
+ Sự lấn chiếm (Preemptions) + Nhận diện LSP (LSPID) + Ghim tuyến (Route Pinning) + Lớp tài nguyên (Resource Class) + CR-LSP FEC
Một số thủ tục mới cũng ựược bổ sung ựể hỗ trợ các chức năng cần thiết như: + Báo hiệu ựường (Path signalling)
+ định nghĩa các tham số lưu lượng
+ Quản lý LSP (quyền ưu tiên, cam kết quản trị, v.v)
CR-LDP sử dụng cơ chế gán nhãn theo yêu cầu và ựiều khiển tuần tự. Một LSP ựược thiết lập khi một chuỗi các bản tin Label Request lan truyền từ ingress-LSR ựến egress-LSR, và nếu ựường ựược yêu cầu thỏa mãn các ràng buộc (vắ dụ đủ băng thơng khả dụng) thì các nhãn mới được cấp phát và phân phối bởi một chuỗi các bản tin Label Mapping lan truyền ngược về ingress-LSR. Việc thiết lập một CR-LSP có thể thất bại vì nhiều lý do khác nhau và các lỗi sẽ ựược báo hiệu bằng bản tin Notification.
3.3.5.2. Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP)
để thiết lập một LSP theo một con ựường ựịnh trước, CR-LDP sử dụng ựối tượng tuyến tường minh ER (Explicit Route). ER ựược chứa trong các bản tin LABEL.
Hình 3.10: Thiết lập LSP với CR-LDP
Xét vắ dụ trong hình trên. Giả sử LSR A muốn thiết lập một con ựường tường minh là B-C-D. để thực hiện việc này, LSR A xây dựng ựối tượng ER chứa tuần tự 3 nút trừu tượng là LSR B, LSR C, LSR D. Mỗi nút ựược ựại diện bằng một ựịa chỉ IP prefix. LSR A sau đó xây dựng một bản tin Label Request có chứa đối tượng ER mới tạọ Khi bản tin ựược tạo xong, LSR A sẽ xem xét nút trừu tượng ựầu tiên trong ựối tượng ER là LSR B, tìm kết nối ựến LSR B và gởi bản tin Label Request trên kết nối đó. Khi LSR B nhận bản tin Label Request, LSR B nhận thấy nó là nút trừu tượng đầu tiên trong đối tượng ER. LSR B sau đó tìm kiếm nút trừu tượng kế tiếp là LSR C và tìm kết nối đến LSR C. Sau đó LSR B thay đổi đối tượng ER và gởi bản tin Label Request ựến LSR C, lúc này ựối tượng ER chỉ gồm LSR C và LSR D. Việc ựiều khiển bản tin này tại LSR C cũng tương tự như ở LSR B.
Khi bản tin ựến LSR D, LSR D nhận thấy rằng nó là nút cuối cùng trong ựối tượng ER. Vì vậy, LSR D tạo một bản tin Label Mapping và gởi nó đến LSR C. Bản tin này bao gồm ựối tượng nhãn. Khi nhận bản tin này, LSR C dùng nhãn chứa trong bản tin ựể cập nhật LFIB. Sau ựó, LSR C gởi bản tin Label Mapping ựến LSR B. Bản