MPLS không quy định một giao thức phân phối nhãn nhất định nào, bởi vì có một vài giao thức có thể hỗ trợ việc phân phối nhãn mà hiện tại đang hoạt động. Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật Internet quốc tế IETF đã phát triển một giao thức đặc biệt để thực thi MPLS và gọi là giao thức phân phối nhãn (LDP).
Ngoài ra, một giao thức khác là giao thức phân phối nhãn định tuyến ràng buộc (CR-LDP), cho phép ngời quản lý mạng cài đặt một đờng chuyển mạch chính xác (LSP). CR- LDP là một mở rộng của LDP. Nó hoạt động độc lập với bất kỳ giao thức gateway trong vùng nào (IGP). Nó đợc sử dụng cho các luồng lu lợng nhạy về độ trễ và tối u hoá một mạng chuyển mạch.
RSVP ( Resource Reservation –Giao thức dành riêng tài nguyên) cũng có thể đợc sử dụng cho phân phối nhãn. Bằng cách sử dụng các bản tin RSVP PATH và Reservation (có mở rộng), nó hỗ trợ các hoạt động phân phối và liên kết nhãn BGP (giao thức định tuyến biên). BGP có thể đợc sử dụng cho việc phân phối nhãn để liên kết các địa chỉ prefix đến các nhãn. Các bộ ánh xạ BGP có thể đợc sử dụng để phân phối nhãn
Ngồi ra cịn có các giao thức khác nh RIP, OPSF, BGP sử dụng trong mạng router định tuyến các gói.
2.4.1. Giao thức phân phối nhãn - LDP
Giao thức phân phối nhãn đợc nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành có tên là RFC 3036. Phiên bản đợc công bố năm 2001 đa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP.
Giao thức phân phối nhãn đợc sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thơng tin. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt đợc các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC. Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói tin. Một kết nối TCP đợc thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP đợc truyền trung thực theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất cứ một LSR (điều khiển đờng chuyển mạch nhãn LSP độc lập) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trớc đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể đợc khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đờng chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra đợc thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tơng ứng trong LIB của nó. - Các chế độ phân phối nhãn:
Có một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn nh: khơng u cầu phía trớc, theo yêu cầu phía trớc, điều khiển LSP theo lệnh hay tự lập, duy trì tiên tiến hay lu giữ. Các chế độ này đợc thoả thuận bởi LSR trong quá trình khởi tạo phiên LDP.
Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì lu giữ, nó sẽ chỉ lu giữ những giá trị Nhãn/FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại. Các chuyển đổi khác đợc giải phóng. Ngợc lại trong chế độ duy trì tiên tiến, LSR giữ tất cả các chuyển đổi mà nó đợc thơng báo ngay cả những chuyển đổi khơng đợc sử dụng tại thời điểm hiện tại. Hoạt động của chế độ này nh sau:
- LSR1 gửi liên kết nhãn vào một số FEC đến một trong các LSR kế tiếp (LSR 2) cho FEC đó.
- LSR 2 nhận thấy LSR1 hiện tại không phải là nút tiếp theo đối với FEC đó và nó khơng thể sử dụng liên kết này cho mục đích chuyển tiếp tại thời điểm hiện tại nhng nó vẫn lu giữ liên kết này lại.
- Tại thời điểm nào đó về sau khi có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và LSR1 trở thành nút tiếp theo của LSR2 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ cập nhật thơng tin trong bảng định tuyến tơng ứng và có thể chuyển tiếp các gói có nhãn đến LSR1 trên tuyến mới. Việc này đợc thực hiện một cách tự động mà khơng cần đến báo hiệu LSP hay q trình phân bổ nhãn mới.
Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến là khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến.
Nhợc điểm lớn nhất là lãng phí bộ nhớ và nhãn. Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hởng rất lớn đối với những thiết bị lu trữ bảng định tuyến trong phần cứng nh ATM-LSR. Thông thờng chế độ duy trì lu giữ nhãn đợc sử dụng cho các ATM- LSR.
2.4.2. Giao thức CR-LDP
CR-LDP đợc sử dụng để điều khiển cỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cỡng bức cho LSP. Cũng giống nh LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn.
2.4.2.1. Định tuyến cỡng bức là gì?
Định tuyến cỡng bức có thể đợc hiểu một cách đơn giản nh sau: Một mạng có thể đợc biểu diễn dới dạng sơ đồ theo V và E (V,E) trong đó V là tập hợp các nút mạng và E là tập hợp các kênh kết nối giữa các nút mạng. Mỗi kênh sẽ có các đặc điểm riêng. Đờng kết nối giữa nút thứ nhất đến nút thứ hai trong cặp phải thoả mãn một số điều kiện ràng buộc. Tập hợp các điều kiện ràng buộc này đợc coi là các đặc điểm của các kênh và chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trị khởi tạo đờng kết nối mới biết các đặc điểm này. Nhiệm vụ của định tuyến cỡng bức là tính tốn xác định đ- ờng kết nối từ nút này đến nút kia sao cho đờng này không vi phạm các điều kiện ràng buộc và là một phơng án tối u theo một tiêu chí nào đó (số nút ít nhất hoặc đờng ngắn nhất). Một nút bao giờ cũng có nhiều đờng để đi đến đợc đích, và thuật tốn để tìm đờng đợc gọi là thuật tốn chọn
đờng tối u. Khi đã xác định đợc một đờng kết nối thì định tuyến cỡng bức sẽ thực hiện thiết lập, duy trì và chuyển trạng thái kết nối dọc theo các kênh trên đờng.
Một hệ thống hỗ trợ định tuyến cỡng bức cần phải đảm bảo các yêu cầu sao cho nút nguồn biết cấu hình mạng, các thuộc tính của các liên kết trong mạng, hệ thống có hỗ trợ định tuyến hiện có, các cập nhật liên tục về trạng thái thuộc tính của các liên kết, sự dành riêng tài nguyên…
Điểm khác nhau giữa IP truyền thống và định tuyến c- ỡng bức là: thuật tốn định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra đờng tối u ứng với một tiêu chí (nh số nút là ít nhất); trong khi đó thuật tốn định tuyến cỡng bức vừa tìm ra một đ- ờng tối u theo một tiêu chí nào đó vừa khơng vi phạm điều kiện ràng buộc.
Điều kiện cỡng bức phải là điều kiện giúp ta tìm ra một đờng có các tham số hoạt động nhất định. Ví nh chúng ta muốn tìm một đờng với độ rộng băng tần khả dụng nhỏ nhất thì điều kiện ràng buộc sẽ đợc đa vào thuật toán định tuyến để tìm đờng và số liệu đầu vào ít nhất phải có là độ rộng băng tần khả dụng của tất cả các kênh dọc theo đờng. Đặc điểm của kênh cần quan tâm ở đây là độ rộng băng tần khả dụng.
Một điều kiện cỡng bức khác có thể là quản trị. Ví dụ, nhà quản trị mạng muốn chặn khơng cho một lu lợng loại nào đó đi qua một số kênh nhất định trong mạng, trong đó các kênh đợc xác định bởi các đặc điểm cụ thể. Khi đó điều
kiện cỡng bức sẽ đa vào thuật toán định tuyến để xác định đờng mà lu lợng đó khơng đợc đi qua các kênh đã đợc xác định trớc. Hoặc nhà quản trị mạng lại muốn một lu lợng loại nào đó chỉ đợc đi qua các kênh nhất định trong mạng và các kênh cũng đợc xác định bằng các đặc điểm cụ thể. Khi đó điều kiện ràng buộc sẽ đợc đa vào thuật toán định tuyến để xác định đờng đi cho lu lợng chỉ có thể đi qua các kênh có đặc điểm thoả mãn điều kiện đã đặt ra. Điều kiện ràng buộc là quản trị ứng với các đờng khác nhau cũng có thể có các điều kiện ràng buộc là quản trị khác nhau. Ví dụ: Đối với một cặp nút, đờng từ nút thứ nhất trong cặp tới nút thứ hai có thể bao gồm một tập hợp kênh có một số đặc điểm nhất định bị loại ra, trong khi đối với một cặp khác thì lại có một tập kênh khác bị loại ra.
Định tuyến cỡng bức có thể kết hợp cả hai điều kiện ràng buộc là quản lý và thuộc tính của kênh chứ khơng nhất thiết là chỉ một trong hai điều kiện. Ví dụ nh định tuyến cỡng bức phải tìm ra đờng vừa phải có một độ rộng băng tần nhất định vừa phải loại trừ một số kênh có đặc điểm nhất định.
Định tuyến IP đơn giản có thể đợc bổ sung thêm để hỗ trợ các chức năng tơng ứng, mặc dù định tuyến cỡng bức không đợc hỗ trợ bởi các phơng pháp định tuyến IP đơn giản.
Bằng cách nâng cấp định tuyến IP đơn giản chúng ta có thể xây dựng đợc một hệ thống định tuyến có khả năng
kết hợp và hỗ trợ cả định tuyến IP đơn giản và định tuyến cỡng bức.
Thuộc tính quan trong nhất của hệ thống định tuyến kết hợp cả định tuyến IP đơn giản và định tuyến cỡng bức là các hệ thống loại này phải cung cấp nhiều kiểu thông tin cho các ứng dụng định tuyến..
2.4.2.2 Các phần tử định tuyến cỡng bức a. Điều kiện cỡng bức chọn đờng ngắn nhất
Định tuyến cỡng bức phải tính tốn xác định đợc đờng thỏa mãn các điều kiện sau:
- Là tối u theo một tiêu chí nào đó (ví dụ nh địng ngắn nhất hoặc số nút ít nhất)
- Khơng vi phạm các điều kiện ràng buộc
Một trong các cách thoả mãn tiêu chí tối u là sử dụng thuật tốn “ đờng ngắn nhất trớc” (SPF). Quay trở lại thuật toán SPF ứng với định tuyến IP đơn giản, việc tính tốn xác định đờng phải tối u theo một tiêu chí nào đó (ví dụ nh khoảng cách). Vì vậy để tích tốn xác định đờng khơng vi phạm các điều kiện ràng buộc. Chúng ta hãy xem xét một thuật tốn loại này đó là: điều kiện ràng buộc “chọn đờng ngắn nhất” (CSPF).
Sử dụng thuật tốn SPF để tính tốn xác định đờng ngắn nhất từ nút S (nguồn) đến một số nút D (đích) có thể đợc mơ tả theo các bớc nh sau:
- Bớc 1 (khởi tạo): Đặt danh sách các nút “ứng cử” bằng rỗng. Đặt cây đờng ngắn nhất chỉ có nút gốc S. Đối với mỗi nút
liền kề gốc đặt độ dài đờng bằng độ dài kênh giữa gốc và nút. Đối với tất cả các nút khác, đặt độ dài này bằng vô cùng.
- Bớc 2: Đặt tên nút bổ sung vào cây đờng ngắn nhất là V. Đối với mõi kênh đối với nút này, kiểm tra các nút phía cịn lại của kênh. Đánh dấu nút này là W.
+ Nếu nh nút W này đã có trong danh sách cây đờng ngắn nhất thì kiểm tra tiếp đối với các kênh cịn lại nối với nút V.
+ Trong trờng hợp ngợc lại (W không nằm trong danh sách cây đờng ngắn nhất) thì tính độ dài của đờng nối từ gốc đến nút V cộng với độ dài từ nút V đến nút W). Nếu nh W không nằm trong danh sách các nút “ứng cử” thì bổ súng W vào danh sách này và gán độ dài đờng từ gốc đến nút W bằng khoảng cách này. Nếu nh W nằm trong danh sách các nút “ứng cử” thì giá trị độ dài đờng từ gốc đến nút W bằng độ dài mới tính.
- Bớc 3: Trong danh sách nút “ứng cử”, tìm một nút với độ dài đờng ngắn nhất. Bổ sung nút này vào cây đờng ngắn nhất và xoá nút này khỏi danh sách nút “ứng cử”. Nếu nh nút này là nút D thì thuật tốn kết thúc và ta đợc cây đờng ngắn nhất từ nút nguồn là S đến nút đích là D. Nếu nh nút này cha phải là nút D thì sẽ quay trở lại bớc 2.
Từ các bớc của thuật toán SPF đơn giản trên đây, chúng ta dễ dàng sửa đổi để nó trở thành CSPF. Cơng việc phải làm
là thực hiện việc bổ sung/ sửa đổi danh sách nút “ứng cử”. Cụ thể là bớc 2, khi chúng ta kiểm tra các kênh nối với nút V, đối với mỗi kênh trớc hết chúng ta kiểm tra xem kênh đó có thoả mãn điều kiện cỡng bức hay khơng? Thơng thờng hay gặp bài tốn tìm đờng từ S đến D thoả mãn một số điều kiện ràng buộc là C1,C2, ..Cn. Khi đó tại bớc 2 chúng ta sẽ kiểm tra tất cả các kênh nối với nút V. Đối với mỗi kênh trớc hết chúng ta kiểm tra xem nó có thoả mãn các điều kiện C1,C2, ...Cn khơng. Chỉ khi kênh thoả mãn tất cả các điều kiện ràng buộc thì chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh.
Về tổng quát, thủ tục kiểm tra là xem kênh có thoả mãn một điều kiện ràng buộc vụ thể là đặc điểm của định tuyến cỡng bức hay khơng. Ví dụ nh nếu điều kiện cỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, thì khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần đợc chỉ ra trong điều kiện c- ỡng bức hay không; chỉ khi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh.
Để kiểm tra kênh có thoả mãn một điều kiện ràng buộc cụ thể nào đó thì phải biết trớc các thơng tin của kênh tơng ứng có liên quan đến điều kiện ràng buộc. Ví dụ nh khi điều kiện cỡng bức thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng thì thơng tin cần có là độ rộng băng tần khả dụng của từng kênh.
Thuật toán tính tốn xác định đờng sử dụng trong CSPF yêu cầu bộ định tuyến thức hiện tính tốn để xác định đờng cần có các thơng tin về tất cả các kênh trong
mạng. Điều đó có nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến có thể hỗ trợ định tuyến cỡng bức đó là các giao thức định tuyến theo trạng thái kênh (ví dụ nh IS-IS, OSPF). Cịn các giao thức định tuyến theo véctơ khoảng cách (ví dụ nh RIP) khơng hỗ trợ định tuyến cỡng bức.
Hình 2.9 minh hoạ cho CSPF:
Hình 2.9 : Ví dụ về CSPF
Giả sử rằng độ dài tất cả các kênh đều bằng nhau và có giá trị là 1 và tất cả các kênh đều có độ rộng băng tần khả dụng là 150Mbit/s, ngoại trừ kênh nối từ LSR2 đến LSR4 có độ rộng băng tần khả dụng là 45 Mbit/s. Nhiệm vụ của chúng ta là tìm đờng từ LSR1 đến LSR6 sao cho có độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khả dụng phải lớn hơn hoặc bằng 100Mbit/s. ở đây điều kiện ràng buộc cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng phải lớn hơn hoặc bằng 100Mbit/s.
Khởi đầu cây đờng ngắn nhất (có gốc ở LSR1) chỉ có nút LSR1. Tiếp theo chúng ta kiểm tra hai nút bên cạnh LSR1 đó là LSR2 và LSR3 với lu ý rằng độ rộng băng tần khả dụng
của kênh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giá trị cần thiết là 100Mbit/s.
Kết luận không kênh nào vi phạm điều kiện cỡng bức, vì vậy chúng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sách “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm nút có khoảng cách ngắn nhất đến LSR1 trong danh sách các nút “ứng cử”. Nút này là LSR2 (ở đây cả hai nút LSR2 và LSR3 đều có khoảng cách nh nhau đến LSR1), chúng ta vẫn cịn LSR 3 trong danh sách nút “ứng cử”, vì vậy bổ sung nó vào cây đờng ngắn nhất (LSR1,LSR3) và xố nó khỏi danh sách “ứng cử” và kết thúc