hành dưới tên RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP.
Sự phân phối nhãn là hoạt động cơ bản của MPLS. MPLS giúp các nhãn nằm trên đỉnh của các giao thức khác. PIM được dùng để phân phối các nhãn trong truờng hợp định tuyến multicast. Trong trường hợp unicast, MPLS dùng giao thức phân phối nhãn- Label Distribution Protocol (LDP) và Border Gateway Protocol (BGP). Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin yêu cầu. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được 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 thông tin. Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các bộ giao thức khác.
Giao thức phân phối nhãn LDP có các đặc trưng cơ bản sau đây.
LDP cung cấp các kỹ thuật phát hiện LSR để cho phép LSR tìm kiếm và thiết lập truyền thông.
LDP định nghĩa 4 loại bản tin : • Bản tin tìm kiếm
• Bản tin liên kết khởi tạo, giữ và đóng phiên làm việc giữa các lSR.
• Bản tin phát hành nhãn thực hiện phát hành thông tin gán nhãn, yêu cầu, thu hồi và giải phóng nhãn.
• Bản tin thông báo sử dụng để cung cấp các thông tin giám sát và báo hiệu thông tin lỗi.
LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin. (trừ bản tin phát hiện).
LDP được thiết kế để dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu bản tin đặc biệt để thu thập các đối tượng mã hoá TVL (kiểu, độ dài, giá trị).
Hình 3.15: Giao thức LDP với các giao thức khác
Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ trong bất cứ một LSR để điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được 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 đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó.
Phát hiện LSR lân cận
Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau (minh hoạ trên hình 3.16) :
• Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast.
• Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin HELLO này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp. • Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập
kết nối TCP đến LSR đó.
• Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn.
Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con (subnet) người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau:
LSR định kỳ gửi bản tin HELLO đến cổng UDP đã biết tại điạ chỉ IP xác định được khai báo khi lập cấu hình. Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền một chiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên.
Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa 2 LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó.
Hình 3.16: Thủ tục phát hiện LSR lân cận
Như chúng ta đã biết, bản tin LDP được truyền trên giao thức TCP, nhưng việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét. Yêu
cầu về độ tin cậy là rất cần thiết: nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kết nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn. Một vấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phải bảo đảm đúng. Như vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng luôn chức năng truyền tải này trong bản thân LDP hay không? Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP. Tuy nhiên việc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần một bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP.
Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải. Đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng độ tin cậy của giao thức truyền tải. Tuy nhiên vấn đề hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP.
Các bản tin LDP như phần đầu đã trình bày có 4 kiểu bản tin cơ bản được sử dụng trong giao thức phân phối nhãn LDP, các bản tin thông dụng là.
• Bản tin khởi tạo (Initialization) • Bản tin giữ đường (KeepAlive) • Bản tin gán nhãn (Label Mapping) • Bản tin giải phóng (Release)
• Bản tin Thu hồi nhãn (Label Withdraw) • Bản tin yêu cầu (Request)
• Bản tin huỷ bỏ yêu cầu (Request Abort)
Dạng bản tin Initialization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Chế độ phân bổ nhãn • Các giá trị bộ định thời
Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó
Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin khởi tạo và LSR nhận sẽ trả lời bằng bản tin giữ đường nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc.
Dạng bản tin giữ đường: Các bản tin giữ đường được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin giữ đường hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng.
Dạng bản tin gán nhãn: Các bản tin gán nhãn được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (Prefix điạ chỉ) và nhãn. Bản tin thu hồi nhãn thực hiện quá trình ngược lại nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi sau địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó.
Dạng bản tin Label Release: Bản tin này được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa. Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy node tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó.
Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin yêu cầu. Nếu bản tin yêu cầu cần phải huỷ bỏ trước khi được chấp nhận (do node kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu với bản tin hủy bỏ yêu cầu.
Các cơ chế phân phối nhãn
Vấn đề phân phối nhãn là một trong những vấn đề mấu chốt của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức và chúng ta cần phải tìm hiểu kỹ hơn trong mục này.
Trước hết, chúng ta cùng nhau xem xét phạm vi của không gian nhãn trong các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn, để rõ hơn về vấn đề này, chúng ta xem một ví dụ thể hiện trên hình 3.17.
Trên hình vẽ trên Ru, và Rd tương ứng với upstream LSR và downstream LSR, các kịch bản từ 1 tới 4 tương ứng như sau:
1. LSR Rd đóng gói nhãn L1 vào trong FEC F và phân bổ tới LSR Ru1. 2. LSR Rd đóng gói nhãn L2 vào trong FEC F và phân bổ tới LSR Ru2. 3. LSR Rd đóng gói nhãn L vào trong FEC F1 và phân bổ tới LSR Ru1. 4. LSR Rd đóng gói nhãn L vào trong FEC F2 và phân bổ tới LSR Ru2.
Đối với kịch bản 1 và 2, nó là vấn đề cục bộ nó buộc có cùng FEC, tức là L1=L2, trong khi kịch bản 3 và 4 thì cần có các luật sau được áp dụng: Nếu Rd có thể xác định, khi nó nhận gói có nhãn L từ Ru1 hoặc Ru2 thì nó cũng không yêu cầu L1=L2. Vì vậy, với kịch bản 3 và 4 Rd sử dụng các không gian nhãn khác nhau để phân bổ chúng tới Ru1 và Ru2, đó là ví dụ của không gian nhãn tồn tại trên cùng giao diện.
Chế độ duy trì nhãn
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS có 4 chế độ để duy trì và loại bỏ một nhãn: • Một LSR Ru có thể nhận thông tin nhãn cho một FEC từ Rd, thậm chí khi Rd đó
không phải là node kế tiếp cho FEC đó.
• Ru sẽ phải lựa chọn phương án giữ hoặc huỷ bỏ thông tin nhãn đó.
• Nếu Ru giữ thông tin liên kết các nhãn này, nó có thể dự phòng khi bước kế tiếp của FEC là Rd đã gửi thông tin liên kết nhãn, nếu nó loại bỏ thì khi đó yêu cầu thông tin liên kết nhãn phải được thực hiện lại.
• Nếu một LSR hỗ trợ phương thức duy trì nhãn tiên tiến, nó có thể duy trì liên kết nhãn với các FEC và sử dụng khi cần, việc này được thực hiện một cách tự động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới. Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến đó là khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến. Ngược lại nó tiêu tốn bộ nhớ và không gian nhãn. Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối với những thiết bị lưu trữ bảng định tuyến trong phần cứng như ATM-LSR. Thông thường chế độ duy trì bảo thủ nhãn được sử dụng trong các ATM-LSR. Còn nếu LSR được hỗ trợ phương thức duy trì bảo thủ thì các liên kết nhãn này bị huỷ bỏ. Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì bảo thủ, nó sẽ chỉ giữ những giá trị Nhãn/FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại.
Phát hành và sử dụng nhãn
Kỹ thuật phân phối nhãn được sử dụng để phân phối và phát hành nhãn đã được mô tả trên đây, trong phần này chúng ta xem xét một số mô tả điều hành của quá trình này. Hình 3.18 chỉ ra các thủ tục cơ bản của LSR downstream với các LSR khác.
Hình 3.18: Thủ tục LSR hướng xuống (downstream)
3. Các thuật toán định tuyến QoS trong MPLS
Trong phần này, giới thiệu một số thuật toán định tuyến QoS trong mạng MPLS đã được đề xuất như: Thuật toán Bước nhảy tối thiểu (Minhop -MHA), thuật toán tìm đường ngắn nhất và rộng nhất (Widest Shortest Path -WSPA), thuật toán tìm đường rộng nhất và ngắn nhất (Shortest Widest Path - SWPA), thuật toán định tuyến nhiễu tối thiểu MIRA. Hầu hết các phương pháp định tuyến trên đều chạy trên cơ sở thuật toán Dijkstra và tóm lược các ưu, nhược điểm của thuật toán sẽ được trình bày dưới đây theo từng thuật toán.
Thuật toán bước nhảy tối thiểu (MHA)
Thuật toán bước nhảy tối thiểu là thuật toán đơn giản nhất nhằm tìm ra một đường dẫn với số bước nhảy tối thiểu từ nguồn tới đích, mặc dù thuật toán này có khả năng tìm được đường dẫn đáp ứng được yêu cầu băng thông và có ưu điểm là tính toán nhanh, nhưng MHA gây ra hiện tượng nghẽn cổ chai tại liên kết tải lớn trong mạng. MHA có khuynh hướng sử dụng cùng một đường dẫn cho tới khi đạt tới tình trạng bão hoà trước khi chuyển sang các đường dẫn khác có mức tải thấp hơn.
Thuật toán tìm đường rộng nhất và ngắn nhất (SWPA)
Thuật toán tìm đường rộng nhất và ngắn nhất (SWPA) sử dụng băng thông như là một tham số đo lượng và lựa chọn đường dẫn với băng thông nghẽn cổ chai tối đa. Băng thông nghẽn cổ chai tối đa của một đường dẫn là băng thông dư tối thiểu trong tất cả các liên kết của một đường dẫn. Nếu có nhiều hơn một đường dẫn có cùng băng thông dư tối thiểu, thuật toán sẽ chọn đường có số lượng bước nhảy ít nhất. Nhược điểm của thuật toán này là ưu tiên băng thông nhằm tối ưu tải liên kết mà bỏ qua các tham số khác.
Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất và rộng nhất (WSP)
Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất và rộng nhất (WSP) là thuật toán được nâng cấp từ thuật toán bước nhảy tối thiểu,WSP cố gắng cân bằng tải trọng của lưu lượng mạng. Trên thực tế thì WSP chọn một đường dẫn khả thi nhất cùng với số bước nhảy bé nhất và nếu có nhiều hơn một đường dẫn khả thi cùng với số bước nhảy như vậy thì một đường dẫn sẽ được chọn ra cùng với độ dư băng thông lớn nhất, như vậy sẽ làm giảm liên kết tải trọng nặng. Mục tiêu của thuật toán WSP là để chọn một con đường ngắn nhất mà là một con đường có tính khả thi theo sự rằng buộc về băng thông của lưu lượng. Số đo chính trong thuật toán WSP là số bước nhảy và số đo thứ 2 là băng thông sẵn có (còn dư), trong giai đoạn một tồn tại tất cả các con đường ngắn nhất giữa mỗi nguồn và tất cả các đích trong mạng là một sự tính toán. Trong giai đoạn 2 băng thông được sử dụng. WSP có thể tính toán bằng phiên bản sửa đổi của Bellman-Ford hoặc thuật toán Dijkstra. Sự mở rộng để thuật toán Dijkstra thay thế cho sự tính toán của WSP. Mục đích chính của WSP là để giảm tải chi phí cho mạng. Từ đó sự duy trì tài nguyên mạng là đặc biệt quan trọng khi mạng bị tắc nghẽn, kiểu thuật toán này mang lại hiệu quả cao khi mạng có tải trọng cao. WSP thực thi tốt bởi vì tài nguyên được bảo vệ đồng thời bằng cách chọn con đường ngắn và cân băng tải trọng bằng cách chọn con đường rộng giữa các con đường có độ dài như nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mục tiêu của thuật toán này là cung cấp đường dẫn có nhiễu ít nhất với các yêu cầu kết nối đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) trong tương lai giữa các cặp nguồn - đích khác (Sj,Tj). thuật toán này giả thiết có một số nhận định về tiềm năng của các cặp nguồn- đích. Nhận định về tiềm năng của cặp nguồn- đích cho phép định tuyến lưu lượng mới dọc theo các đường dẫn không bị tới hạn bởi yêu cầu trong tương lai, vì vậy nó giảm được các số từ chối yêu cầu kết nối. Nhiễu của một đường dẫn có thể được định nghĩa như là sự suy giảm giá trị luồng tối đa của một cặp nguồn đích do vấn đề định tuyến trên cùng một LSP của các cặp nguồn đích khác. Các liên kết tới hạn là các liên kết khi sử dụng trong một hướng mới giữa một cặp nguồn-đích, nó làm suy giảm