CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CỦA OSPF
4.3 OSPF trong miền MPLS
4.3.1 Vai trò của MPLS trong mạng IP cỡ lớn
a. Giới thiệu về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
MPLS là công nghệ tập trung vào giải quyết các vấn đề còn tồn tại liên quan đến việc chuyển tiếp các gói tin trong môi trường liên mạng hiện nay. IETF đã đưa ra các tiêu chuẩn về MPLS và mô tả mục đích cơ bản của MPLS như sau:
Mục đích cơ chính của nhóm nghiên cứu MPLS là chuẩn hoá một công nghệ cơ sở giúp kết hợp giữa việc chuyển tiếp theo kiểu chuyển đổi nhãn với định tuyến lớp mạng. Công nghệ này được hi vọng là sẽ cải thiện hiệu năng định tuyến lớp mạng, khả năng mở rộng của lớp mạng, và sự mềm dẻo trong việc triển khai các dịch vụ mới (bằng cách cho phép thêm vào các dịch vụ mới mà không cần thay đổi kiểu chuyển tiếp gói tin).
Kiến trúc MPLS mô tả các cơ chế để thực hiện chuyển mạch nhãn bằng cách kết hợp giữa chuyển mạch tốc độ cao của chuyển mạch lớp hai với khả năng định tuyến của lớp ba.
MPLS gán các nhãn cho các gói để truyền tải các gói qua mạng. Cơ chế chuyển tiếp gói tin qua mạng này gọi là cơ chế chuyển đổi nhãn (label swapping). Trong cơ chế này, các gói được gán các nhãn có độ dài cố định giúp cho các node chuyển mạch có thể dựa vào đó để sử lý các gói tin và chuyển tiếp chúng qua mạng. Sự khác nhau đáng kể giữa MPLS và công nghệ WAN truyền thống là cách các nhãn được gán và khả năng mang danh sách các nhãn (stack of label) được gắn vào gói.
Kỹ thuật chuyển tiếp các gói trong miền MPLS hoàn toàn trái ngược với trong môi trường mạng phi kết nối ngày nay, nơi mà mỗi gói được sử lý tại mỗi node, header lớp 3 được kiểm tra, và các quyết định về chuyển tiếp gói tin được thực hiện dựa trên giải thuật định tuyến lớp mạng.
Đồ án tốt nghiệp Chương 4. Ứng dụng của OSPF Kiến trúc được chia thành hai phần tách biệt bao gồm: Phần chuyển tiếp (gọi là mặt bằng dữ liệu) và phần điều khiển (gọi là mặt bằng điều khiển). Phần chuyển tiếp sử dụng cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (label-forwarding database) được lưu trữ trong các chuyển mạch nhãn để thực hiện chuyển tiếp các gói tin dựa trên các nhãn mà các gói mang theo. Phần điều khiển có nhiệm vụ tạo và duy trì thông tin chuyển tiếp nhãn (label-forwarding information) giữa một nhóm các chuyển mạch nhãn kết nối với nhau.(Hình 4.5)
Control plane in a node IP routing protocols IP routing table
IP routing protocols
Routing information Exchange with other routers
Data plane in a node
Label Forwarding Table Outgoing labeled packets incoming labeled
packets
Label binding Exchange with other Routers
Mỗi node MPLS phải chạy ít nhất một giao thức định tuyến IP (hoặc sử dụng định tuyến tĩnh) để trao đổi thông tin định tuyến IP với các node MPLS khác trong mạng. Khi này, mỗi node MPLS sẽ là một Router IP trong mặt bằng điều khiển.
Các giao thức định tuyến IP sẽ xây dựng bảng định tuyến IP cho các node. Sau đó bảng định tuyến này được sử dụng để xây dựng bảng chuyển tiếp IP (IP forwarding table). Tiếp đó bảng định tuyến này lại được sử dụng để xác định việc trao đổi nhãn. Việc chuyển đổi nhãn này được thực hiện bởi giao thức phân bổ nhãn LDP (Label distribution Protocol).
Quá trình điều khiển định tuyến IP trong miền MPLS sử dụng các nhãn đã được trao đổi với các node MPLS kế cận để xây dựng bảng chuyển đổi nhãn (Label Forwarding Table),
Hình 4.5 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS
LSR cạnh là một Router thực hiện việc ánh xạ từ địa chỉ IP của gói vào miền MPLS sang một nhãn tương ứng và thực hiện chuyển đổi ngược lại khi gói ra khỏi miền MPLS. Các LSR cạnh sử dụng bảng định tuyến IP kết hợp với thông tin về nhãn để gán nhãn cho các gói IP trước khi chúng vào mạng hoặc xoá bỏ các nhãn này khỏi các gói trước khi chúng được chuyển đến các node không thuộc miền MPLS. Hình sau chỉ ra kiến trúc của một LSR cạnh.
Control panel in a node IP routing protocols IP routing table
MPLS IP routing protocols
Routing information Exchange with other routers
Data plane in a node IP Forwarding Table Incoming IP
packets
Outgoing IP packets
Label Forwarding Table Outgoing labeled packets Incoming labeled
packets Label removal and subsequent L3 loopup
Label binding Exchange with other Routers
Sự chuyển đổi nhãn tại phần cạnh của mạng
Chức năng này được thực hiện tại node cạnh của mạng. Ở đây, các gói được đánh nhãn trước khi chúng được chuyển tiếp vào miền MPLS. Khi một gói được chuyển tiếp tới hop tiếp theo, node chuyển tiếp gói sẽ dựa vào nhãn đã được gán cho gói để đưa ra các quyết định chọn đường thay vì phải thực hiện các chức năng định tuyến ở lớp ba như các mạng IP truyền thống. Hình sau mô tả toàn bộ quá trình truyền gói trong miền MPLS.
Hình 4.6 Kiến trúc LSR cạnh
Đồ án tốt nghiệp Chương 4. Ứng dụng của OSPF
IP packet
IP packet L1
IP packet L2
IP packet L3
IP packet A
G F
E D
C B
b. Vai trò của MPLS trong mạng IP cỡ lớn
Xét một mạng IP cỡ lớn được phân cấp lớp như hình vẽ:
Core layer
Node 4 Node 3
Node 2 Node 1
Mạng đang xột gồm ba lớp là : lớp lừi, lớp phõn phối, và lớp truy nhập. Ở đõy ta sẽ tập trung nghiờn cứu về lớp lừi. Nhiệm vụ chớnh của lớp lừi là chuyển tiếp cỏc gúi tin với tốc độ nhanh nhất có thể, và vấn đề đặt ra là ta sẽ sử dụng node chuyển mạch là thiết bị nào
Hình 4.7 Quá trình truyền gói trong miền MPLS
Hình 4.8
• Nếu sử dụng thiết bị Switch làm node chuyển mạch trong lớp lừi, điều này sẽ làm cho tốc độ chuyển tiếp các gói tin là rất nhanh do việc định tuyến được thực hiện ở lớp hai. Tuy nhiên ưu điểm này lại dẫn đến nhược điểm đó là do việc định tuyến được thực hiện ở lớp hai nên các gói sẽ được định tuyến một cách kém thông minh hơn (định tuyến theo kiểu quảng bỏ) điều này dẫn đến miền quảng bỏ trong lớp lừi sẽ rất lớn và lớp lừi phải cú băng thụng rất lún mới cú thể đỏp ứng được (điều này là trỏi ngược với thực tế bởi lớp lừi trong cỏc mạng IP cỡ lớn thường cú băng thụng rất nhỏ).
• Nếu sử dụng Router làm node chuyển mạch trong lớp lừi của mạng IP cỡ lớn thỡ tác dụng lại hoàn toàn ngược lại so với việc sử dụng Switch làm node chuyển mạch. Việc định tuyến sẽ được thực hiện ở lớp ba nên tốc độ chuyển tiếp các gói tin sẽ chậm hơn so với việc sử dụng Switch. Ngược lại các quyết định định tuyến ở đây lại thông minh hơn so với Switch dẫn đến làm giảm miền quảng bá trong lớp lừi.
Để giải quyết vấn đề trên người ta sử dụng kỹ thuật chuyển mạch nhãn MPLS. Mỗi node chuyển mạch trong lớp lừi là một LSR. Cỏc gúi đi vào lớp lừi sẽ được gỏn thờm một nhón định tuyến để phục vụ cho việc chuyển tiếp cỏc gúi tin trong lớp lừi. Với phương phỏp này, cỏc gúi tin đi vào lớp lừi sẽ được chuyển tiếp nhanh hơn so với phương phỏp sử dụng Router nhưng lại giảm được miền quảng bá so với phương pháp sử dụng Switch.
4.3.2 Sự kết hợp giữa LDP và OSPF
Trong mạng MPLS, quá trình chuyển tiếp các gói tin là theo phương pháp chuyển mạch nhãn. Các gói đi từ bên ngoài vào miền MPLS sẽ phải đi qua các LSR cạnh. Tại đây các gói sẽ được gán nhãn trước khi đi vào trong mạng. Khi các gói được truyền trong mạng, các node sẽ phân tích thông tin chứa trong nhãn của mỗi gói để đưa ra các quyết định tuyến cho gói và gán cho gói một nhãn mới. Khi các gói này được chuyển đến LSR cạnh để ra khỏi mạng, nhãn của nó sẽ được các LSR cạnh xoá bỏ trước khi ra khỏi miền MPLS.(xem hình vẽ 4.9)
Để thực hiện việc gán nhãn một cách chính xác cho các gói, các LSR phải căn cứ vào bảng chuyển tiếp nhãn (label forwarding table). Để xây dựng bảng này, người ta sử dụng giao thức phân bổ nhãn LDP. Tuy nhiên giao thức này chỉ hoạt động khi trong mạng phải
Đồ án tốt nghiệp Chương 4. Ứng dụng của OSPF có bảng định tuyến IP. Trong trường hợp này IETF khuyến nghị nên dùng giao thức định tuyến OSPF để xây dựng bảng định tuyến.
IP packet
IP packet L1
IP packet L2
IP packet L3
IP packet Edge-LSR
F
E D
B
Edge-LSR
4.4 Ứng dụng OSPF trong mạng NGN của VNPT