MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
Chương này sẽ trình bày sơ lược sự phát triển và các thành phần chính của MPLS. Đưa ra các mô hình và giải pháp, cung cấp, hỗ trợ, định tuyến nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ QoS trong MPLS. Thể hiện việc kết hợp các mô hình chất lượng dịch vụ IP vào trong MPLS, các giải pháp báo hiệu trong MPLS. Mô hình chất lượng dịch vụ IP trong MLPS sẽ được trình bày chi tiết trong chương này.
. Động lực và phát triển của MPLS
Sự phát triển công nghệ chuyển mạch MPLS là một kết quả của mô hình ứng dụng công nghệ IP trên nền ATM và FR. Chất lượng dịch vụ mạng QoS chính là yêu cầu thúc đẩy MPLS. So sánh với các yêu cầu khác, như quản lý lưu lương và hỗ trợ VPN thì QoS không phải là lý do quan trọng nhất để chuyển khai MPLS. Hầu hết các công việc được thực hiện trong MPLS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính IP QoS trong mạng. Nói cách khác mục tiêu chính là thiết lập điểm tương đồng của đặc tính QoS giữa IP và MPLS chứ không phải là làm MPLS QoS tốt hơn IP QoS.
Để hiểu rõ thêm về MPLS chúng ta tìm hiểu một số lý do để thấy tầm quan trong của công nghệ MPLS và các tham số ảnh hưởng chính tới sự ra đời của công nghệ này: Tốc độ và độ trễ, khả năng hệ thống, tính đơn giản, tài nguyên mạng, điều khiển định tuyến.
Tốc độ và độ trễ
Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm. Mặc dù đã có nhiều cải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến như các kỹ thuật tìm kiếm nhanh bảng định tuyến, nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lý nhưng việc sử lý tìm kiếm rất chậm. Chuyển mạch nhãn đưa ra một cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp gói tin IP thông thường, thay vì việc phải mạng một khối hearder lớn thay vào đó là gán một nhãn thay cho địa chỉ IP.
Tại mỗi node mạng, địa chỉ đích trong gói tin được xác minh và so sánh với các địa chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìm đường ra. Các gói tin chuyển qua các node mạng tạo ra độ trễ và các biến động trễ khác nhau.
Khả năng hệ thống
Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lý lưu lượng người dùng trên mạng internet là vấn đề rất quan trọng. Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của người dùng internet, thay vì hàng loạt các địa chỉ IP mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, làm giảm kích thước bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn.
Tính đơn giản
Sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên “nhãn” của nó. Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho qúa trình liên kết nhãn và đảm bảo tính tương quan giữa các nhãn với luồng lưu lượng người sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức tạp nhưng chúng không gây ảnh hưởng tới hiệu suất của dòng lưu lượng người dùng. Sau khi đã gán nhãn vào dòng lưu lượng người dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể nhúng trong phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt hoặc trong bộ xử lý đặc biệt.
Tài nguyên sử dụng
Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không chiếm dùng nhiều tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đường chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhãn.
Điều khiển định tuyến
Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng như sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là các trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với phương pháp này.
Chuyển mạch nhãn là giải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích.
Chuyển mạch nhãn khác với các phương pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác, sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ được xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đường dẫn chuyển mạch hướng tới đích. Nó cũng khái quát hoá cơ cấu chuyển tiếp và trao đổi nhãn, phương pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn như ATM, chuyển mạch khung, PPP, mà nó có thể thích hợp với bất kỳ một phương pháp đóng gói nào.
. Mô hình và giải pháp cung cấp QoS trong MPLS
1. Kiến trúc của MPLS
MPLS cho phép hoạt động với nhiều loại thủ tục mạng và thủ tục liên kết dữ liệu khác nhau. MPLS có thể được coi như một loại thủ tục dàn xếp, nó gồm một phần ở node mạng (mặt bằng điều khiển định tuyến) và một phần ở lớp liên kết dữ liệu (mặt bằng chuyển tiếp dữ liệu) và được đặt giữa lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu nên được gọi là lớp 2,5.
Hình 3.1 : Các mặt bằng điều khiển định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu
Với thiết kế của MPLS, nó cho phép nhiều loại thủ tục lớp mạng có thể hoạt động trên các loại thủ tục lớp liên kết dữ liệu ở cùng một thời điểm. Cơ cấu MPLS đã được đưa ra cho các thủ tục lớp mạng thông thường và các thủ tục lớp liên kết dữ liệu trong Internet hiện nay được trình bày trong hình 3.2. Trong hình này cho ta thấy khả năng rất rộng của MPLS, nhưng thực ra hiện nay nó chỉ tập trung trên thủ tục IPv4 qua PPP, ATM, FR và Ethernet, đối với nhiều thủ tục khác thì đang được nghiên cứu thêm và được coi như là các trường hợp đặc biệt.
Hình 3.2: Mô hình MPLS đa thủ tục
Hình 3.3 trình bày sự đóng gói MPLS trong trường hợp sử dụng một số công nghệ chính ở lớp 2. Trường hợp lớp 2 là ATM hoặc FR nhãn trên cùng có thể sử dụng các định dạng ở lớp 2 (VPI/VCI, DLCI). Trong trường hợp lớp 2 là Ethernet hoặc PPP thì nhãn nằm trong
một đầu mục MPLS chèn thêm giữa đầu mục của lớp 2 và đầu mục của lớp 3. Hiện nay khi nói đến MPLS thường người ta nghĩ đến lớp 2 nên là ATM, đặc biệt dùng trong trường hợp vận chuyển IP qua mạng ATM. Các chuyển mạch ATM có khả năng MPLS thường chạy thủ tục đinh tuyến IP và sử dụng ATM cho cơ chế chuyển tiếp dữ liệu, các chuyển mạch này được gọi là ATM-LSR (ATM-Label Switch Router).
Hình 3.3: Mô hình đóng gói chồng nhãn MPLS
2. Giải pháp cung cấp QoS trong MPLS
Giải pháp công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) là kết quả của phát triển của nhiều giải pháp chuyển mạch IP, mục tiêu cơ bản của giải pháp này là tích hợp định tuyến và chuyển mạch thành một tiêu chuẩn đơn nhất. Đặc biệt, MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến các lớp mạng và các cơ chế trao đổi nhãn thành một giải pháp đơn để đạt được các mục tiêu sau:
• Cải thiện hiệu năng định tuyến.
• Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình chồng lấn truyền thống. • Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới. MPLS cũng có thể coi như một giải pháp công nghệ tổ hợp, mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 và tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như một kỹ thuật chuyển tiếp. MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP đơn, cập nhật trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, duy trì một không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ. MPLS chia bộ định tuyến IP làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị. Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
phân phối thông tin giữa các LSR và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là hoàn toàn khả thi. Đây là chức năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến khác. Tuy nhiên, do MPLS là công nghệ chuyển mạch định hướng kết nối nên khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền là cao hơn so với các công nghệ khác.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng đựơc dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng tin, các gói tin thuộc một lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Fowarding Equivalence Classes) có thể được xác định bởi giá trị cuả nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại gói tin. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn có thể được xác định nhanh chóng, đây là một trong những điều kiện đảm bảo cho mạng MPLS có khả năng hỗ trợ QoS tốt nhất, vì vậy MPLS tạo ra các lợi ích cho các nhà cung cấp dịch vụ để quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ mới. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ xuyên suốt của MPLS).
Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã định trước, hệ thống giám sát có thể dùng thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này cho phép giám sát và đảm bảo lưu lượng được tuân thủ theo tính chất mà không cần thay đổi giao thức hiện có.
MPLS có thể được nhìn nhận như một mặt bằng điều khiển trên ATM cho phép mở rộng phương pháp định tuyến và điều khiển lưu lượng IP. Có thể coi như là một phương pháp xây dựng các VC ATM, ngoại trừ các cuộc gọi MPLS là đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Khi chạy trên phần cứng ATM, cả MPLS và forum ATM đều sử dụng cùng một khuôn dạng gói tin (53 byte), cùng nhãn (VPI/VCI), cùng một kỹ thuật dãn nhãn cho tế bào chuyển mạch, cùng chức năng trên các thiết bị gờ mạng. Cả MPLS và ATM đều yêu cầu giao thức thiết lập kết nối ( ví dụ giao thức phân bổ nhãn LDP cho MPLS, UNI/PNNI cho ATM). Sự khác nhau cơ bản nằm trong một số vấn đề sau: MPLS không sử dụng địa chỉ ATM, định tuyến ATM, và các giao thức trong forum ATM. Thay vào đó, MPLS sử dụng địa chỉ IP, định tuyến IP động, thêm vào đó là giao thức điều khiển phân bổ nhãn LDP để sắp xếp các FEC vào trong LSP. Trong thực tế MPLS sẽ cùng tồn tại với môi trường thuần ATM trong cấu hình Ship-in-the-night (SIN), tại đó hai điều hành hoạt động theo chế độ tương hỗ, hoặc node mạng MPLS có thể trao đổi thông tin qua
các chuyển mạch thuần ATM (tích hợp). Cuối cùng, kiến trúc MPLS có thể hoạt động trên bất kỳ một công nghệ liên kết dữ liệu nào, không chỉ ATM. Vì vậy, nhà cung cấp mạng có thể cấu hình và chạy MPLS trong một vùng các kết nối như: giao thức điểm tới điểm PPP, chuyển mạch khung, ATM, LAN quảng bá.
Hình 3.4: Kiến trúc MPLS
. Các Thành phần cơ bản của MPLS