1.3.2. Sử dụng trong mạng SDN
SR có thể được sử dụng trong môi trường tập trung, phân tán hoặc hỗn hợp. Trong môi trường phân tán, các Segment được phân bổ và báo hiệu bởi IS-IS hoặc OSPF hoặc BGP. Cịn trong mơi trường tập trung, các Segment được phân bổ và khởi tạo bởi bộ điều khiển SR (bộ điều khiển SDN). Nhưng việc phân tán và tập trung có thể được kết hợp lại tạo thành một mơi trường hỗn hợp. Ví dụ, phân tán có thể được sử dụng trong cùng một miền IGP. Khi đích đến nằm bên ngoài miền IGP, bộ điều khiển SR (bộ điều khiển SDN) có thể tính tốn chính sách định tuyến nguồn và đại diện cho một nút IGP. Khi được sử dụng trong môi trường tập trung, các tuyến đường dẫn lưu lượng được tính tốn và lập trình bởi một bộ điều khiển tập trung thường là PCE (Path Computing Engine). Bằng cách tập trung hóa kiểm sốt mạng một cách hợp lý, người ta có thể lập trình định tuyến theo luồng dựa vào mục đích của TE. Với những trạng thái giới hạn trong mạng, bộ điều khiển tập trung SDN có thể chủ động thu thập thơng tin
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 14
cấu trúc liên kết từ mạng sử dụng các giao thức hiện có như BGP-LS và sau đó tính tốn các tuyến đường dẫn tốt nhất dựa trên các ràng buộc được xác định bởi người dùng.
Hình 1.6: Bộ điều khiển SDN trong mơi trường tập trung
Không phải tất cả các ứng dụng đều có tính chất giống nhau. Một số ứng dụng rất nhạy cảm với độ trễ như các giao dịch tài chính và VoIP, một số thì sử dụng băng thông lớn (trung tâm dữ liệu), và những người khác cần độ trễ thấp (video). Thay vì cấu hình thủ cơng các đường hầm này, người ta có thể quản lý chúng bằng bộ điều khiển SDN tập trung. Bằng cách tích hợp chúng với lớp ứng dụng, bộ điều khiển sẽ biết các yêu cầu về nhu cầu SLA đối với các ứng dụng của người dùng đầu cuối. Khi đó bộ điều khiển có thể phản ứng một cách nhanh chóng để định tuyến ứng dụng trong mạng.
Hình 1.5, sử dụng bộ điều khiển SDN với SR sẽ làm tăng khả năng mở rộng cho kỹ thuật giao điều khiển lưu lượng. Chẳng hạn, khi thiết lập các chính sách đầu cuối đi qua trung tâm dữ liệu độc lập metro và truy cập vào miền backbone. Nó sẽ cho phép các giao thức phức tạp chuyển đổi giữa các miền mạng và mang lại khả năng mở rộng cao cho toàn mạng.
1.3.3. Ứng dụng trong điều khiển lưu lượng với thuật toán Flex
Thuật toán Flex được sử dụng trong SRTE và hoạt động thông qua một Prefix Segment mới. Prefix Segment này thường dùng xác định cho một mục đích nào đó, ví dụ giảm thiểu giá trị IGP-Metric/Delay hoặc tránh một SRLG nhất định. SR cho phép tính tốn các tuyến đường với những ràng buộc này bằng cách sử dụng các thuật tốn nhất định. Sau đó nó cho phép Prefix SID liên kết với những thuật tốn, vì thế chúng được gọi là thuật tốn Flex.
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 15
Lợi ích của thuật tốn Flex:
- Đơn giản và khả năng mở rộng: Các SID đơn được thực thi trên các tuyến
đường trong mạng.
- Đa chức năng: Cùng có nhiều lợi ích giống như kỹ thuật điều khiển lưu lượng.
- Tính linh hoạt: Bất kì các tốn tử nào cũng có thể được xác định bằng các thuật toán tùy chỉnh.
Một trong những trường hợp đáng quan tâm khi sử dụng thuật toán Flex là việc triển khai kết nối trong mặt phẳng kép. Lưu lượng được chia giữa hai mặt phẳng khác nhau. Ở ví dụ hình 1.6 sau đây, thuật tốn Flex 128 được liên kết với mặt phẳng màu đỏ và thuật toán Flex 129 được liên kết với mặt phẳng màu xanh lá cây:
- Thuật toán Flex 128: Giảm thiếu giá trị metric IGP và tránh tuyến đường TE
màu xanh lá cây. ah.ghvo
- Thuật toán Flex 129: Giảm thiếu giá trị metric IGP và tránh tuyến đường TE
màu đỏ.
Các tuyến đường có Prefix SID 128 sẽ ở trong mặt phẳng màu đỏ và các tuyến đường có Prefix SID 129 sẽ ở trong mặt phẳng màu xanh. Ngay cả trong trường hợp liên kết bị đứt thì tuyến đường bảo vệ cho mặt phẳng đỏ sẽ ở trong mặt phẳng đỏ và tương tự cho tuyến đường xanh. Ta có thể thấy một điều rõ ràng trong trường hợp sử dụng kết nối mặt phẳng kép có thể thực hiện rất dễ dàng chỉ bằng cách sử dụng một Prefix SID được xác định thơng qua thuật tốn Flex.
Hình 1.7: Kết nối mặt phẳng kép bằng cách sử dụng thuật toán Flex 1.3.4. Sử dụng trong việc định tuyến lại nhanh (FRR TI-LFA) 1.3.4. Sử dụng trong việc định tuyến lại nhanh (FRR TI-LFA)
SR thường được sử dụng trong các mạng của nhà cung cấp dịch vụ nơi mà cung cấp các dịch vụ quan trọng, tối ưu theo thời gian thực và ảnh hưởng đến số lượng khách
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 16
hàng khổng lồ. Vì vậy, việc hội tụ mạng và khơi phục đường truyền khi có sự cố địi hỏi sự nhanh chóng, đơn giản và có thể dự đốn được các khả năng xảy ra sau đó. Đi kèm với đó là một yêu cầu mặc định để đảm bảo việc hội tụ sau sự cố phải ít hơn 50ms.
Đã có sự cải tiến liên tục của các cơ chế hội tụ trong các mạng IP/MPLS: RSVP- TE- Fast Reroute, LFA (Loop Free Alternate) và các cơ chế này đã được áp dụng rộng rãi trong mạng internet. Mặc dù về mặt lý thuyết, các cơ chế này đã được cải thiện đáng kể về hiệu năng nhưng khơng có cơ chế nào có thể đảm bảo tính an tồn và dự phịng 100% cho tất cả các tình huống sự cố có thể xảy ra. Vì vậy, khi kỹ thuật LFA hội tụ trên một tuyến đường khơng được tối ưu là hồn tồn có thể xảy ra. SR giải quyết vấn đề micro-loop có thể xảy ra trong LFA bằng cách sử dụng kỹ thuật TI-LFA. Kỹ thuật này có thể đảm bảo khơng có vịng lặp nào xảy ra trên các liên kết và các nút trong mọi trường hợp.Tuy phải thừa nhận những ưu điểm vượt bậc của kỹ thuật TI-LFA, nhưng
cũng cần hiểu rõ những thiếu sót, nhược điểm thường gặp phải của LFA và Remote LFA.Cụ thể, những vấn đề mà LFA thường gặp phải đó là kỹ thuật LFA gặp khó khăn khi sử dụng trong vịng ring nhiều hơn 3 node.
Vì LFA khơng thể đảm bảo 100% khả năng bảo vệ mạng, để giải quyết vấn đề trên, TI-LFA sử dụng SR được ra đời. Phương thức này không cần sử dụng đến phiên TLDP, hơn nữa nó giúp các giao thức bảo vệ mạng trở nên đơn giản hơn, khả năng mở rộng lớn hơn. Trong kịch bản được nói đến ở hình 1.7, tại router nguồn R1, ba Segment được xây dựng bằng cách sử dụng 3 nhãn SID:
- Nhãn Prefix SID R3 dùng để gửi lưu lượng từ R1 đến R3.
- Nhãn Adjacency R3 – R4 dùng để gửi lưu lượng từ R3 đến R4.
- Nhãn R5 dùng để gửi thơng tin lưu lượng từ R4 đến đích R5.
Với việc sử dụng Adjacency SID tại Node R3 đã giải quyết được vấn đề tại hình 1.7, đó là lưu lượng có thể đi từ R3 R5 thông qua R4 mặc dù giá trị metric cao hơn. Khi lưu lượng đến được router R3, R3 sẽ thấy nhãn SID Adjacency R3-R4, nó ngay lập tức biết rằng mình cần phải đẩy lưu lượng qua giao diện liên kết liền kề tới R4 mà không cần quan tâm đến metric trên liên kết đó. SR đã giải quyết vấn đề bảo vệ tuyến đường một cách dễ dàng bằng cách xây dựng ba ngăn xếp nhãn chứa ba nhãn thích hợp mà khơng cần bất kỳ phiên TLDP nào.
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 17
Hình 1.8: Mơ phỏng q trình hoạt động của TI-LFA
Ưu điểm của TI-LFA
Hình 1.9: Tuyến đường hội tụ tối ưu khi sử dụng TI-LFA
Với việc sử dụng Remote LFA, lưu lượng đôi khi không hội tụ bằng các tuyến đường tối ưu trên tuyến bảo vệ. Trong kịch bản trong hình 1.8, giả sử liên kết chính giữa R1 và R5 bị đứt (đường dẫn màu xanh lá cây). Khi này Remote LFA chọn R3 làm next hop tiếp theo của nó để bảo vệ lưu lượng (đường dẫn màu đỏ), mặc dù giá trị metric của nó với R3 cao hơn với R2. R1 không thể gửi lưu lượng đến R2 vì đường đi ngắn nhất của R2 đến đích R5 là qua R1, điều này sẽ tạo ra các vòng lặp micro-loop. TI-LFA giải quyết vấn đề này bằng cách xếp chồng hai Prefix SID (đường dẫn màu xanh) thành một ngăn xếp nhãn. Nhãn trên cùng trỏ đến R2, buộc gói tin phải chọn R2 làm next hop tiếp theo và nhãn cịn lại trỏ đến đích R5, vấn đề khi này đã được giải quyết một cách dễ dàng.
1.3.5. Sử dụng trong công nghệ 5G
SRv6 sẽ đóng một vai trị quan trọng trong việc vận chuyển dữ liệu 5G, đặc biệt nó cịn có khả năng thay thế các giao thức đường hầm chính trong mặt phẳng người dùng và được gọi là GTP-U. Trong các mạng di động, GTP-U được sử dụng làm giao
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 18
thức đường hầm để mang dữ liệu người dùng trong các mạng GPRS, UMTS và LTE vì các mạng này cũng là một phần của 5G. Những đường hầm này sẽ được tạo ra từng phiên. Trong hình 1.9 là các mạng di động hiện tại, chúng thường bị phân mảnh giữa truy cập vô tuyến, mạng lõi (EPC) và mạng dịch vụ. Sự cố định của q trình này gây khó khăn cho người vận hành trong việc tối ưu hóa đường dẫn dữ liệu.
Hình 1.10: Các mạng di động hiện tại
SRv6 có thể được sử dụng thay thế cho GTP-U trong 5G để giúp cho việc vận chuyển dữ liệu đơn giản hơn nhiều. TEID được sử dụng trong GTP-U như một giá trị định danh để xâu chuỗi các nút khác nhau. Vì SRV6 có trường SID, nên nó có thể dễ dàng mã hóa thơng tin TEID do đó nó có thể thay thế hồn tồn GTP-U. Ngồi ra, SRv6 khơng chỉ có thể thay thế lớp GTP, mà bất kỳ lớp vận chuyển lớp dưới nào như MPLS hoặc bất kỳ giao thức đường hầm L2 nào khác SRv6 cũng có thể thay thế được. Nó giống như việc SRv6/IPv6 có thể trở thành lớp vận chuyển duy nhất trong 5G.
Lợi ích khi sử dụng SRv6 trong mạng 5G:
- Đơn giản hóa mạng lưới: Loại bỏ các lớp vận chuyển phức tạp trong cùng một
layer, thay thế các giao thức đường hầm không cần thiết mạng.
- Điều khiển lưu lượng: Nhờ các khả năng đặc biệt của kỹ thuật TE, SRV6 cho
phép kiểm soát nhiều tuyến đường dẫn dữ liệu cần thiết trong 5G.
- Các chuỗi dịch vụ: SR cho phép kết nối dịch vụ lại với nhau và lập trình mạng, một chức năng cần thiết trong mạng lõi ảo 5G.
- Cắt nhỏ mạng lưới: Cắt mạng là một trong những tính năng của mạng truyền
tải 5G. Mỗi lát cắt mạng đại diện cho các đặc điểm mạng khác nhau tùy thuộc vào các yêu cầu SLA khác nhau như: độ trễ, thông lượng, băng thơng rộng di động, Internet vạn vật, v.v... Nó thực hiện được việc đó nhờ vào các khả năng riêng của SRV6 như đường hầm, SRTE và khả năng lập trình mạng.
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 19
1.4. Kết luận chương
Chương I đã trình bày những vấn đề cơ bản nhất về SR như: khái niệm và phương thức hoạt động. Bên cạnh đó chương I cũng đã giới thiệu về lịch sử hình thành phát triển, các ưu nhược điểm cũng như các kịch bản sử dụng phổ biến của nó trong các hệ thống mạng lưới hiện nay: Mạng di động, mạng IP, mạng SDN,… Về cơ bản, SR có rất nhiều ưu điểm khác biệt so với các công nghệ cũ trước đây. Trong chương II tiếp theo sẽ tìm hiểu về kiến trúc của cơng nghệ SR, qua đó làm nổi bật lên mơ hình kiến trúc của SR cùng với các mặt phẳng hoạt động và các tham số đặc trưng của SR.
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 20
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC CỦA ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN 2.1. Giới thiệu chung
Trong phần này, các thành phần chính của kiến trúc SR sẽ được giới thiệu. Để có thể triển khai cơng nghệ SR trong mạng, cần phải hiểu rõ hai thành phần quan trọng và cốt yếu nhất của kiến trúc SR.
Đầu tiên, mặt phẳng điều khiển của SR (Control – Plane) được định nghĩa là cách SID được truyền giữa các thiết bị trong mạng và cách các thiết bị mạng được chỉ dẫn để áp dụng một chuỗi các phân đoạn nhất định cho một luồng lưu lượng nào đó.
Hình 2.1: Kiến trúc tổng quan của SR
Trong hình 2.1, có thể thấy kiến trúc SR gồm hai thành phần chính là mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển. Với mặt phẳng điều khiển, có hai phương pháp hoạt động trong mặt phẳng này đó là sử dụng bộ điều khiển SDN hoặc các phương pháp định tuyến mở rộng như IS-IS, OSPF, BGP…
Thứ hai, mặt phẳng dữ liệu của SR (Data – Plane) được định nghĩa là cách mã hóa chuỗi các phân đoạn được sử dụng cho một gói tin và ý nghĩa, vai trị chuyển tiếp gói tin của các phân đoạn đó. Hay nói một cách đơn giản, mặt phẳng dữ liệu SR là cách mà mỗi thiết bị sẽ thực hiện xử lý và chuyển tiếp gói tin dựa trên các phân đoạn SR. Trong mặt phẳng dữ liệu thì tồn tại hai cách thức đóng gói tin khi chuyển tiếp dữ liệu. Ngồi ra, SR có hai cách tùy chọn tuyến đường dẫn đó là tuyến đường dẫn tường minh (Explicit) do người quản trị khai báo hoặc được thực hiện do bộ điều khiển, hoặc tuyến đường dẫn tự động được khởi tạo và tính tốn trên router nguồn của mạng SR.
Nguyễn Đình Trung-D17CQVT06-B 21
2.2. Mặt phẳng điều khiển và các tham số đặc trưng của SR 2.2.1. Mặt phẳng điều khiển SR 2.2.1. Mặt phẳng điều khiển SR
Mặt phẳng điều khiển của SR xác định cách thức mà SID được truyền thông giữa các thiết bị trong mạng. Trong một mạng SR, Prefix SID và Adjacency SID sẽ được quảng bá thông qua giao thức IGP trạng thái liên kết. Trong đó ISIS và OSPF là hai giao thức IGP phổ biến nhất trong các mạng của nhà cung cấp dịch vụ vì chúng dễ dàng mở rộng để hỗ trợ phân phối các SID.
Các phần mở rộng của giao thức IGP sẽ cho phép bất kỳ router nào cũng có thể duy trì một cơ sở dữ liệu của tất cả các nút và phân đoạn liền kề. Một điều đáng chú ý rằng khi sử dụng những phần mở rộng IGP này, việc đóng gói tin từ đầu đến cuối có thể được thực hiện trong mạng mà khơng u cầu kích hoạt và quản lý bởi một giao thức nào khác, chẳng hạn như LDP. Một yếu tố khác trong mặt phẳng điều khiển của SR, đó là SR xử lý như thế nào để router nguồn Ingress được chỉ dẫn để chọn các tuyến đường thích hợp. Các phương pháp sau đây có thể được sử dụng cho mục đích này:
- Tính tốn giới hạn phân phối SPF (CSPF). Trong cách tiếp cận này, một router
nguồn tính tốn đường đi ngắn nhất để đến đích. Sau đó, nó tính toán một chuỗi các Prefix SID và Adj SID để mã hóa tuyến đường dẫn này.
- Cách tiếp cận dựa trên bộ điều khiển SDN: SR cung cấp mặt phẳng dữ liệu có
thể mở rộng và có khả năng phục hồi đồng thời cho phép tính linh hoạt của sự điều khiển tập trung khi được sử dụng cho môi trường SDN.
- Được xác định tĩnh bởi người quản trị: Cấu hình tĩnh các đường hầm có thể
được sử dụng cho các mục đích cụ thể như như kiểm tra hoặc xử lý sự cố.
2.2.2. Các tham số đặc trưng của SR a. Prefix – SID a. Prefix – SID
Prefix – SID dùng để xác định tiền tố của một địa chỉ đích và chúng được các giao thức IGP, chẳng hạn như OSPF đẩy toàn bộ các Prefix- SID này đến các hàng xóm lân cận khác. Khi này, các Prefix – SID có thể được nhìn thấy trên “tồn cầu” và có ý