Chương 3 Cấu trúc mạng MPLS 3.1 Các khái niệm cơ bản
3.4 Hoạt động của MPLS
3.4.2 Các chế độ hoạt động
Có hai chế độ hoạt động đối với MPLS : chế độ khung (Frame Mode) và chế độ tế bào ( Cell Mode )
3.4.2.1 Chế độ hoạt động khung:
Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường các thiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói IP điểm - điểm. Các gói tin dán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2.
Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ này được mô tả ở hình 26 dưới đây:
LSR lâi 1
LSR biên 3 PoP LSR biên
2 PoP LSR biên
1 PoP
B-íc 2: kiÓm tra líp 3, gắn nhãn, chuyển gói IP
đến LSR lõi 1
Gãi IP 28 Gãi IP 30
B-ớc 1: nhận gói IP tại biên LSR
IP đích: 197.1.1.3
B-ớc 3: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 3
Gãi IP 37
B-ớc 4: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR biên 4
IP 192.1.1.3 B-ớc 5: kiểm tra nhãn,
xoá nhãn, chuyển gói IP
đến Router ngoài tiếp theo
LSR lâi 2
LSR lâi 3
LSR biên 5 PoP LSR biên
4 PoP
Hình 26 - Mạng MPLS trong chế đ ộ hoạt động khung Các hoạt động trong mảng số liệu :
Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số bước cơ bản sau đây:
- LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng với FEC đã xác định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đích, FEC sẽ tương ứng với mạng con đích và việc phân lại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
- LSR lõi nhận gói tin có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào của gói đến với nhãn lối ra tương ứng cùng với vùng FEC( trong trường hợp này là mạng con IP)
- Khi LSR biên lối ra của vùng FEC c ủa vùng FEC này nhận được gói có nhãn, nó lo ại bỏ nhãn và thực hiện việc chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
Mào đầu nhãn MPLS :
Nhãn MPLS được chèn trước số liệu cần gán nhãn ở chế độ hoạt động khung. Tức là nhãn MPLS được chèn vào giữa mào đầu lớp 2 và nội dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2, vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2 được thể hiện như trong hình 27:
Hình 27 - Vị trí c ủa nhãn MPLS trong khung lớp 2
Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên bộ định tuyến gửi thông tin phải có phương tiện gì đó thông báo cho bộ định tuyến nhận biết rằng gói đang được gửi đi không phải là gói IP thuần mà là gói có nhãn (gói IP). Để đơn giản chức năng này, một số dạng giao thức mới được định nghĩa trong lớp 2 như sau:
- Trong môi trường LAN các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 đơn hướng hay đa hướng sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet. Các
Khung lớp 2
số liệu lớp 3 (gói IP)
Nhãn MPLS Mào đầu lớp 2 Gói IP có
nhãn trong khung lớp 2
giá trị này được sử dụng trực tiếp trên phương tiện Ethernet (bao gồm cả Ethernet nhanh và Gigabit Ethernet)
- Trên kênh điểm - điểm sử dụng tạo giao thức PPP, sử dụng giao thức mới được gọi là MPLSCP (giao thức điều khiển MPLS). Các gói MPLS được đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP
- Các gói MP LS truyền qua chuyển dịch khung DLCI gi ữa một cặp thiết bị định tuyến được đánh dấu bởi nhận dạng giao thức SNAP của chuyển dịch khung(NLPIN), tiếp theo mào đ ầu SNAP với giá trị 8847H cho Ethernet như trong mạng LAN.
Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung:
Ta sẽ xem xét quá trình chuyển đổi nhãn (như ở hình 26) trong mạng MPLS sau khi nhận được một gói IP
- Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ bộ định tuyến biên số1, LSR lõi1 lập tức nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn. Kết qủa nhãn vào là 30 được thay bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói tin sẽ được chuyển tiếp đến LSR lõi 3
- Tại LSR lõi 3, nhãn được kiểm tra, nhãn số 28 được thay bằng nhãn số 37 và cổng ra được xác định. Gói tin được chuyển tiếp đến LSR biên số 4 - Tại LSR biên số 4, nhãn 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 được thực hiện, gói tin được chuyển tiếp đến bộ định tuyến tiếp theo ngoài mạng MPLS.
Quá trình chuyển đổi nhãn được thực hiện trong các LSR lõi dựa trên bảng định tuyến nhãn. Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mỗi LSR trong mạng MPLS có đầy đ ủ thông tin về tất các hướng chuyển tiếp. Quá trình này xảy ra trước khi thông tin được truyền trong mạng và được gọi là quá trình liên kết nhãn ( Label binding).
Quá trình liên kết và lan truyền nhãn :
Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá trình khai báo thông qua bản tin Hello . Sau khi bản tin này được gửi, một phiên giao dịch giữa hai LSR được thực hiện. thủ tục trao đổi là LDP.
Sau khi cơ sở dữ liệu nhãn LIB được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với định tuyến đơn hướng, FEC tương đương với tiền tố trong bảng định tuyến IP. Vậy, nhãn được gán trong mỗi tiền tố trong bảng định tuyến IP và bảng chuyển đổi chứa trong LIB. Bảng chuyển đổi định tuyến này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những tuyến trong miền mới.
Do LSR gán nhãn cho mỗi tiền tố IP trong bảng định tuyến của chúng ngay sau khi tiền tố xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng khi gửi gói tin có nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu.
Việc quảng bá các nhãn được quảng bá ngay đến tất cả các bộ định tuyến thông qua phiên LDP.
3.4.2.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS
Để triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số trở ngại sau:
- Hiện tại không tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói IP giữa nút MPLS lân cận qua giao diện ATM. Tất cả các số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải thực hiện qua kênh ảo ATM.
- Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn hay địa chỉ lớp3. Khả năng duy nhất c ủa ATM là chuyển đổi VC đ ầu vào sang VC đ ầu ra c ủa giao diện ra.
Để thực thi MPLS qua ATM thì cần một số cơ chế sau:
- Các gói IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM. Một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nút lân cận để trao đổi gói thông tin điều khiển.
- Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sử dụng cho các giá trị VPI/VCI.
- Các thủ tục gán và phân phối nhãn phải được sửa đổi để đảm bảo các tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3.
Một số thuật ngữ cần quan tâm trong phần này:
a.Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhãn ( LC-ATM) là giao diện ATM trong tổng đài hoặc trong bộ định tuyến mà giá trị VPI/VCI được gán bằng thủ tục điều khiển MPLS(LDP)
b.ATM- LSR là tổng đài ATM s ử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển và thực hiện chuyển tiếp MPLS giữa các giao diện LC-ATM trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bầoTM truyền thống.
b.LSR theo khung là LSR chuyển tiếp toàn bộ các khung giữa các giao diện của nó. Bộ định tuyến truyền thố ng là LSR kiểu này.
d.Miền ATM-LSR là tập hợp các ATM–LSR kết nối với nhau qua các giao diện LC-ATM.
e.ATM-LSR biên là LSR theo khung có ít nhất một giao diện LC-ATM Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM:
Cấu trúc MPLS đòi hỏi liên kết thuần IP giữa các mảng điều khiển của các LSR lân cận để trao đổi liên kết nhãn cũng như các gói điều khiển khác.
Ở chế độ hoạt động MPLS khung yêu cầu này được đáp ứng một cách đơn giản bởi các thiết bị định tuyến có thể gửi, nhận các gói IP và các gói có nhãn qua bất kì giao diện chế độ khung nào dù là LAN hay WAN. Còn tổng đài ATM không có khả năng đó. Để cung cấp kết nối thuần IP giữa các ATM-LSR có hai cách sau:
- Thông qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa các tổng đài - Thông qua kênh ảo quản lí trong băng tương tự cách mà giao thức ATM
Forum thực hiện như sau:
Kênh ảo điều khiển MPLS VC thông thường sử dụng giá trị VPI/VCI là 0/32 và bắt buộc phải sử dụng phương pháp đóng gói LLC/SNAP cho các gói IP theo tiêu chuẩn RFC1483. Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM (ATM-LSR) phần điều khiển trung tâm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thêm báo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kênh VC.
Chuyển tiếp các gói có nhãn qua mi ền ATM-LSR:
Việc chuyển tiếp các gói nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua các bước sau:
- ATM-LSR biên lối vào nhận gói có nhãn ho ặc không nhãn, thực hiện việc kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LFIB và tìm ra giá trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhãn lối ra. Các gói có nhãn được phân chia thành các tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo.Giá trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu của từng tế bào.
- Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Cơ chế phân bổ và phân phối nhãn phải bảo đảm việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI trong miền và ngoài miền là chính xác.
- ATM - LSR tại lối ra tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo. Việc kiểm tra nhãn dựa vào giá trị VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trong mào đầu nhãn MPLS do ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM. Trong đó cần chú ý rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập giá trị bằng 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành các tế bào.
Phân bổ và phân phối nhãn trong mi ền ATM-LSR
ATM-LSR lâi 1
LSR biên 3 PoP LSR biên
2 PoP LSR biên
1 PoP
B-ớc 1: Gửi yêu cầu chi giá trị nhãn X đến
nót cËn kÒ
Yêu cầu giá trị X
ATM-LSR lâi 2
ATM-LSR lâi 3
LSR biên 5 PoP
LSR biên 4 PoP Yêu cầu giá trị X
Yêu cầu giá trị X
X= 1/85
B-ớc 6: Giá trịVPI/VCI nội vùng đ-ợc gán bởi ATM-LSR lâi 1 cho LSR biên 1 trả lời cho yêu cầu
B-ớc 5: LSR lõi 3 gán giá trị VPI/VCI nội vùng , chuyển đổi VPI/VCI vào sang VPI/VCI ra và gửi giá trị VPI/VCI mới đến
ATM-LSR lâi 1 X= 1/241
B-íc 2: ATM-LSR lâi 1 gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến ATM-LSR lõi 3
B-ớc 4: LSR biên 4 gán giá trị VPI/VCI và gửi trả
lêi ATM-LSR lâi 3 B-íc 3: ATM-LSR lâi 3
gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến LSR lõi 4
Hình 28 – Phân bổ nhãn trong mạng ATM- MPLS
Việc phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ hoạt động này có thể sử dụng cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung. Tuy nhiên nếu triển khai như vậy thì sẽ dẫn tới các hạn chế bởi mỗi nhãn được gán qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC. Vì số lượng VC qua giao diện ATM là hạn chế nên cần giới hạn số lượng VC phân bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất. Để đảm bảo được điều này, các LSR phía sau sẽ đảm nhận trách nhiệm yêu cầu phân bổ và phân phối nhãn qua giao diện LC-ATM. LSR phía sau cần nhãn để gửi gói đến nút tiếp theo phải yêu c ầu nhãn từ LSR phía trước nó. Thông thường các nhãn được yêu cầu dựa trên nội dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu, điều đó đòi hỏi nhãn cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM.
LSR phía trước có thể đơn giản phân bổ nhãn và trả lời yêu cầu cho LSR phía sau với bản tin trả lời tương ứng. Trong một số trường hợp, LSR phía trước có
thể phải có khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 (nếu nó không còn nhãn phía trước yêu cầu cho đích). Đối với tổng đài ATM, yêu c ầu như vậy sẽ không được trả lời bởi chỉ khi nào nó có nhãn được phân phối cho đích phía trước thì nó mới trả lời yêu cầu. Nếu ATM-LSR không có nhãn phía trước đáp ứng yêu c ầu của LSR phía sau thì nó sẽ yêu c ầu nhãn từ LSR phía trước nó và chỉ trả lời khi đã nhận được nhãn từ LSR phía trước nó.
Hợp nhất VC :
Hợp nhất VC tức là gán cùng VC cho các gói đến cùng đích. Đây là một vấn đề quan trọng cần giải quyết đối với tổng đài ATM trong mạng MPLS. Để tối ưu hoá quá trình gán nhãn ATM-LSR, có thể sử dụng lại nhãn cho các gói cùng đích.
Khi các gói đó xuất phát từ các nguồn khác nhau (các LSR khác nhau), nếu sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽ không có khả năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trước không có khả năng tái tạo đúng các gói từ các tế bào.
Để tránh trường hợp này, ATM-LSR phải yêu cầu LSR phía trước nó phân bổ nhãn mới mỗi khi LSR phía sau nó đòi hỏi nhãn đến bất cứ đích nào ngay c ả trong trường hợp nó đã có nhãn phân bổ cho đích đó.
Quá trình gửi kế tiếp các tế bào ra kênh VC như vậy được gọi là hợp nhất kênh ảo VC. Chức năng hợp nhất kênh ảo VC này giảm tối đa số lượng nhãn phân bổ trong miền ATM-LSR.
3.4.2.3 Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM- LSR
Do việc chuyển đổi công nghệ mạng tác động đến rất nhiều mặt trong mạng đang khai thác từ những vấn đề ghép nối mạng, cũng như quan niệm và cách thức vận hành khai thác.
Quá trình chuyển đổi sang mạng MPLS có thể được thực hiện theo nhiều cách : hoặc là thực hiện qua một số giai đoạn nhất định, hoặc triển khai đồng loạt từ đầu.
MPLS có hai chế độ hoạt động cơ bản là chế độ hoạt động khung và chế độ hoạt động tế bào như đã nói ở trên. Đối với hạ tầng cơ sở như FR ho ặc ATM-P VC thì rất khó triển khai chế độ hoạt động tế bào c ủa MPLS, thông thường thì chế độ khung sẽ được sử dụng trong các môi trường như vậy để thực hiện kết nối MPLS xuyên suốt qua mạng.
Trong một số điều kiện nhất định như trong giai đoạn chuyển dịch sang mạng hoàn toàn IP+ATM(MPLS) hoặc chuyển mạch ATM chuyển tiếp không hỗ trợ MPLS thì c ần thiết phải sử dụng chế độ hoạt động khung qua mạng ATM-P VC.
Cấu hình này là phù hợp, tuy nhiên nó cũng gặp khó khăn khi s ử dụng IP qua ATM trong chế độ chuyển dịch (do số lượng lớn các VC).
LSR biên 1
Kênh ATM PVC VPI 0/36
LSR biên 2 Chuyển mạch ATM
Chuyển mạch ATM
Chuyển mạch ATM
VPI 0/37
Hình 29 - Kết nối MPLS qua mạng ATM-PVC
Kết nối giữa hai LSR được thiết lập bằng kênh PVC xuyên suốt. Các phiên LDP được thực hiện thông qua kết nối PVC này. Quá trình phân phối nhãn được thực hiện theo kiểu phân phối nhãn chiều đi không yêu cầu. Việc sử dụng MPLS qua mạng ATM-P VC yêu cầu đóng gói bằng AAL5 - SNAP trên kênh P VC đó.
Việc sử dụng chế độ khung qua mạng ATM-PVC là rất cần thiết trong quá trình chuyển dịch sang mạng MPLS
CHƯƠNG 4 - CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MPLS [4], [11],[12] [20],[21],[24]
Trong chương trước chúng ta đã đề cập đến những vấn đề cơ bản trong mạng của MPLS như : các khái niệm , các thành phần của mạng MPLS…
Trong chương này chúng ta xem xét các vấn đề kỹ thuật liên quan cũng như việc lựa chọn sử dụng các giao thức, đó là:
- Kỹ thuật lưu lượng - Quản lý lưu lượng
- Định tuyến dựa trên ràng buộc - Mô hình chất lượng dịch vụ
- Phát hiện và ngăn ngừa hiện tượng định tuyến vòng
4.1.Kỹ thuật lưu lượng : [11],[12],[20],[21]
Trong phần này, ta đề cập đến hai vấn đề cơ bản sau :
- Các mạng được trang bị kỹ thuật như thế nào để cung cấp các dịch vụ một cách hiệu quả tới khách hàng
- MPLS đóng vai trò như thế nào trong việc hỗ trợ các dịch vụ đó
Khái niệm về kỹ thuật lưu lượng :
Kỹ thuật lưu lượng (TE) làm việc liên quan đến các tính năng của mạng trong việc hỗ trợ các khách hành của mạng và các nhu cầu về chất lượng dịch vụ QoS. Trọng điểm của kỹ thuật lưu lượng đối với mạng MPLS là:
- Đo lưu lượng
- Điều khiển lưu lượng
Vận hành định hướng nguồn và định hướng lưu lượng :
Vận hành theo định hướng lưu lượng hỗ trợ các ho ạt động chất lượng dịch vụ của người sử dụng. Trong một lớp đơn, mô hình dịch vụ Internet với sự “cố