3.1.1. Tổng quan
Công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (MultiProtocol Label Switching) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP
(IP switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
Ý tưởng khi đưa ra MPLS là: “Định tuyến tại biên, chuyển mạch ở lõi”.
Trong các mạng MPLS, các gói được gán nhãn tại biên của mạng và chúng được định tuyến xuyên qua mạng dựa trên các nhãn đơn giản. Phương pháp này cho phép định tuyến rõ ràng và đối xử phân biệt các gói trong khi vẫn giữ được các bộ định tuyến ở lõi đơn giản.
Mặc dù thực tế rằng MPLS ban đầu được phát triển với mục đích để giải quyết việc chuyển tiếp gói tin, nhưng lợi điểm chính của MPLS trong môi trường mạng hiện tại lại từ khả năng điều khiển lưu lượng của nó.
Một số lợi ích của MPLS là:
Hỗ trợ mềm dẻo cho tất cả các dịch vụ (hiện tại và sắp tới) trên một mạng đơn.
Đơn giản hoá tôpô và cấu hình mạng khi so với giải pháp IP qua ATM.
Hỗ trợ tất cả các công nghệ Lớp 2 bên dưới mạng MPLS.
Có các công cụ điều khiển lưu lượng mạnh mẽ bao gồm cả định tuyến dựa trên cưỡng ép và chuyển mạch bảo vệ.
Một cách ngắn gọn, MPLS cho phép cung cấp các dịch vụ mềm dẻo, tận dụng mạng tốt hơn, và đơn giản hoá kiến trúc mạng.
Thêm vào đó, GMPLS (Generalized MPLS) đang được nghiên cứu và phát triển sẽ cho phép MPLS chạy trực tiếp trên DWDM mà không cần lớp trung gian nào.
3.1.2. Nhóm chuyển tiếp tương đương – FEC
Nhóm chuyển tiếp tương đương – FEC (Forwarding Equivalence Class):
là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp theo cùng một cách (ví dụ, qua cùng
Công nghệchuyển ạch m nhãn đa giao thứcMPLS
Các gói tin thuộc về cùng một FEC được chuyển tiếp qua cùng một đường chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switched Path). LSP là một kết nối ảo qua mạng MPLS (giống như kết nối ảo của ATM).
3.1.3. Chuyển mạch nhãn
Thiết bị Chuyển mạch nhãn (Label Switching) đối xử với các gói tin (hay tế bào) tuỳ theo nhãn đã được ấn định cho gói. Các thiết bị chuyển mạch xác định địa điểm và làm cách nào gói sẽ được chuyển tiếp đến dựa trên bảng tra (lookup table).
Thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói được tổng kết ở trong nhãn (label);
thông tin này bao gồm địa chỉ đích, quyền ưu tiên, thành viên VPN, lớp QoS, và tuyến điều khiển lưu lượng. Trong MPLS, nhãn có độ dài cố định, không có cấu trúc, và chỉ có ý nghĩa cục bộ.
Khác với định tuyến trong IP truyền thống, gói tin chỉ được phân tích một lần khi đi vào mạng MPLS để gắn cho nó một nhãn tương ứng với một FEC.
Trong nội bộ mạng MPLS các bộ chuyển mạch sẽ dựa trên các bảng tra để tráo đổi nhãn (Label Swapping) để chuyên tiếp gói tin đến bộ chuyển mạch tiếp theo, quá trình này không phân tích địa chỉ đến IP nữa.
3.1.4. Mào đầu MPLS
Nhãn MPLS được ấn định cho gói IP được mang đi bên trong mào đầu MPLS và mào đầu này được truyền đi cùng với gói IP. Mào đầu MPLS được chèn vào giữa gói IP (bao gồm cả mào đầu IP) và mào đầu L2 như Hình 3. 1
Hình 3. 1 Cấu trúc mào đầu MPLS
Mào đầu MPLS bao gồm 4 trường như miêu tả trong Bảng 3.1 dưới đây:
Bảng 3. 1 Các trường của mào đầu MPLS
Trường Độ dài Giải thích
Label 20 bit Nhãn: Giá trị thực sự của nhãn MPLS được ấn định cho gói.
CoS 1 bit Lớp dịch vụ: Xác định thuật toán xếp hàng và loại bỏ áp dụng cho gói khi gói đi qua mạng.
S 1 bit Trường ngăn xếp: Xác định đây có phải là nhãn cuối cùng trong gói tin hay không?.
TTL 8 bit Thời gian tồn tại: Gống như trường TTL của IPv4 hay Hop Limit của IPv6.
3.1.5. Tôpô mạng MPLS
Miền MPLS (MPLS domain) là một “tập kế tiếp các nút hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Miền MPLS có thể chia thành Lõi MPLS (MPLS Core) và Biên MPLS (MPLS Edge) như Hình 3. 2 .
Hình 3. 2 Tôpô mạng MPLS
Khi một gói tin IP đi qua miền MPLS, nó đi theo một tuyến được được xác định phụ thuộc vào FEC mà nó được ấn định cho khi đi vào miền. Tuyến này gọi là Đường chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switched Path). LSP chỉ một chiều, tức là cần hai LSP cho một truyền thông song công.
Công nghệchuyển ạch m nhãn đa giao thứcMPLS
Các nút có khả năng chạy giao thức MPLS và chuyển tiếp các gói tin gốc IP được gọi là Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switching Router).
LSR lối vào (Ingress LSR) xử lý lưu lượng đi vào miền MPLS.
LSR chuyển tiếp (Transit LSR) xử lý lưu lượng bên trong miền MPLS.
LSR lối ra (Egress LSR) xử lý lưu lượng rời khỏi miền MPLS.
LSR biên (Edge LSR) thường được sử dụng như là tên chung cho cả LSR lối vào và LSR lối ra.
3.1.6. Ví dụ về chuyển tiếp MPLS
Hình dưới (Hình 3. 3 ) chỉ ra một ví dụ gồm miền 18.0.0.0/8 kết nối với miền 130.233.0.0/16 qua một mạng MPLS. Lưu lượng từ miền 18.0.0.0/8 đến miền 130.233.0.0/16 sẽ được ánh xạ vào LSP đi qua các LSR A, B, C, D, và E.
Hình 3. 3 Ví dụ về cấu hình miền MPLS
Tại LSR lối vào A, gói tin IP sẽ được phân tích để xác định FEC và sau đó gắn một nhãn tương ứng và chuyển đến LSR kế tiếp. Như trong (Hình 3. 4 ), gói tin có địa chỉ đích là 130.233.0.0 sẽ được gán nhãn là 2.
Trong lõi MPLS, gói tin sẽ đi qua các LSR B, C, và D. Tại các nút này nhãn của gói sẽ được tráo đổi dựa vào bảng tra LFIB đế chuyển tiếp gói đến LSR kết tiếp.
Tại LSR lối ra E, nhãn sẽ được lấy ra và gói tin sẽ được chuyển tiếp đến bộ định tuyến tiếp theo. Như trong hình, gói tin có nhãn là 4 sẽ được chuyển đến bộ định tuyến kế tiếp có địa chỉ 130.233.x.x.
Hình 3. 4 Các bảng chuyển tiếp nhãn
Hình 3. 5 Hành trình của một gói tin IP trong miền MPLS 3.1.7. Quá trình chuẩn hoá MPLS
Vào đầu n m 1997, hiến chă ương MPLS được thông qua.
Vào tháng 4 năm 1997 nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên.
Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS được ban hành.
Vào tháng 7 năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS được ban hành.
Trong tháng 8 và tháng 9 năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ sung được ban hành, bao gồm MPLS LDP (Label Distribution
Công nghệchuyển ạch m nhãn đa giao thứcMPLS
Protocol), Mark Encoding, các ứng dụng ATM, v.v... MPLS hình thành về c n bản. ă
IETF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS v đưà a ra các tài liệu RFC trong năm 1999.
Chúng ta có thể thấy rằng MPLS đã phát triển rất nhanh chóng và hiệu quả. Điều này cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới.
Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC.