LER cũng ựược chia thành 2 loại: nếu một LER là nút ựầu tiên trên ựường ựi của một gói xun qua miền MPLS thì nó ựược gọi là LER lối vào (ingress-LER), cịn nếu LER đó là nút cuối cùng thì nó được gọi là LER lối ra (egress-LER). Lưu ý là các thuật ngữ này ựược áp dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER vừa có thể là ingress-LER vừa có thể là egress-LER, tuỳ theo các luồng lưu lượng ựang xét.
3.1.3. Lớp chuyển tiếp tương ựương (FEC)
Lớp chuyển tiếp tương ựương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợp nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đắch. Nói cách khác, FEC là một tập hợp các gói tin (vắ dụ gói tin IP) của lớp mạng ựược chuyển tiếp trên cùng một ựường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path), ựược ựối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho dù chúng có thể khác nhau về thông tin mào ựầu (header) lớp mạng. Hình dưới đây cho thấy cách xử lý nàỵ
Hình 3.3: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS
3.1.4. Nhãn và ngăn xếp nhãn (Label and Label stack)
Theo RFC 3031, nhãn là Ộmột bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang ý
nghĩa cục bộ dùng ựể nhận biết một FECỢ. Nhãn được ỘdánỢ lên một gói để báo cho
LSR biết gói này cần ựi ựâụ Phần nội dung nhãn có ựộ dài 20 bit khơng có cấu trúc. Như vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 giá trị (hơn một triệu giá trị).
Nhãn xác ựịnh ựường ựi mà gói tin có thể truyền quạ Nhãn ựược mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin. Bộ định tuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn ựể xác định các bước chuyển kế tiếp. Khi gói tin ựược gán nhãn, các chặng đường cịn lại của gói tin thơng qua mạng ựường trục dựa trên chuyển mạch nhãn.
Một gói lại có thể được Ộdán chồngỢ nhiều nhãn, các nhãn này ựược chứa tại một nơi gọi là ngăn xếp nhãn (label stack). Ngăn xếp nhãn là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thơng tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói đi quạ Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ ựịnh tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP), đồng thời có thể tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP. Tại mỗi nút trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên ựỉnh của stack nhãn. Chắnh nhãn này sẽ ựược LSR sử dụng ựể chuyển tiếp góị
Nếu gói tin chưa có nhãn thì stack nhãn là rỗng (độ sâu của stack nhãn bằng 0). Nếu stack có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở ựáy stack và mức d sẽ ở ựỉnh của stack (bit S trong entry nhãn đặt lên 1). Một entry nhãn có thể được ựặt thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi stack nhãn.
3.1.5. Hốn đổi nhãn (Label Swapping)
Hốn đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp góị
để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên ựỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label Map) ựể ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác ựịnh ra nơi ựể chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn, rồi nó mã hóa stack nhãn mới vào gói và chuyển gói đị
Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER. LER phải phân tắch mào đầu lớp mạng ựể xác ựịnh FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to- NHLFE) ựể ánh xạ FEC vào một NHLFẸ
NHLFE chứa thông tin sau: - Hop kế (chặng tiếp theo) của gói
- Tác vụ sẽ ựược tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:
+ Swap: Thay nhãn ở ựỉnh của stack nhãn bằng một nhãn mới ựược chỉ ựịnh.
+ Pop: Bóc một nhãn ra khỏi stack
+ Push: Chồng thêm một nhãn vào trong stack nhãn Ngồi ra, NHLFE cũng có thể chứa những thơng tin sau:
- đóng gói lớp liên kết dữ liệu (Datalink) để sử dụng khi truyền gói - Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói
- Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chắnh xác.
3.1.6. đường chuyển mạch nhãn LSP
đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) là một ựường nối giữa router ngõ vào (ingress-LER) ựi qua các LSP khác và kết thúc tại một router ngõ ra (egress-LER), ựược thiết lập bởi các nút MPLS ựể chuyển các gói đi xun qua mạng. đường dẫn của một LSP qua mạng ựược ựịnh nghĩa bởi sự chuyển ựổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hốn đổi nhãn.
Tất cả các gói chứa chung một giá trị nhãn thì đi qua cùng một LSP. LSP ựược thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác ựịnh luồng dữ liệu nào ựó. Mỗi gói dữ liệu được ựóng gói lại và mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ
nguồn tới đắch. Chuyển mạch dữ liệu tốc độ cao hồn tồn có thể thực hiện dựa theo phương pháp này, vì các nhãn có ựộ dài cố ựịnh ựược chèn vào phần ựầu của gói tin hoặc tế bào và có thể dùng phần cứng để chuyển mạch nhanh các gói giữa các liên kết.
Hình 3.5: đường chuyển mạch nhãn LSP
3.1.7. Chuyển gói qua miền MPLS
Sau đây là một vắ dụ đơn giản minh họa q trình truyền gói tin IP đi qua một miền MPLS.
Gói tin IP khi đi từ ngồi mạng vào trong miền MPLS sẽ được router A, đóng vai trị là một ingress-LER, gán nhãn có giá trị là 6 rồi chuyển tiếp ựến router B. Router B, đóng vai trị là một LSR, dựa vào bảng hốn đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C. Tại C, cũng đóng vai trị là một LSR, việc kiểm tra cũng tương tự như ở B và sẽ hốn ựổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục ựưa ựến router D.
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 Thơng 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 thông.
+ 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