Chơng IV. Khả năng ứng dụng
IV.1. Các vấn đề kỹ thuật của MPLS
IV.1.2. Khả năng triển khai MPLS qua các mô hình
.IV.1.2.1. Các thủ tục điều khiển và truyền tải qua MPLS IV.1.2.1.1. IP/ATM/MPLS
Physical Port Physical Port Physical Port
Physical Port
Port Port
Port Port Physical Router Control Component
Virtual Switch Function
Logical Port Function
Physical Router Forwarding Component Logical
Port Function
MPLS Network Service Instance
Control Function
Bearer Control Function (LDP, OSPF)
Virtual Switch Control Function
SCI VSC
ic bs ic ix bc ia
VSC
sp sp
L2 Bearer Control Function
ia ic(L3)
Ethernet ic(L2)ix
Signaling Gateway Function
Phần này giới thiệu mô hình vật lý của bộ định tuyến lớp biên và lớp lõi IP MPLS hỗ trợ chuyển tiếp các gói IP. Việc đóng gói này đợc áp dụng theo từng mục đích phân biệt hệ thống logic định tuyến IP và hệ thống chuyển tiếp IP.
Điều này đợc xem là chuyên môn hoá và cho phép phát triển một cách độc lập.
Đồng thời, sự phân chia thành 2 thành phần vật lý là khả năng tối thiểu nên đòi hỏi số các giao diện mở là nhỏ nhất.
Hình IV- : Mô hình vật lý của Router biên IP MPLS.
Giao diện mở giữa phần điều khiển định tuyến vật lý và chuyển tiếp định tuyến vật lý đợc chia nhỏ qua một số luồng thông tin đợc ghi nhãn theo điểm tham chiếu từng chức năng. (ia, ic và sp).
Sự khác nhau giữa định tuyến MPLS và IP truyền thống xuất hiện tại điểm tham chiếu ic của router lớp lõi và phía MPLS của router lớp biên. Trong trờng hợp MPLS, giao thức phân phối nhãn LDP sử dụng tại BCF đợc chuyển sang thành phần điều khiển vật lý của router.
Việc sử dụng điểm tham chiếu sp để tạo lập thông tin chuyển tiếp trong mỗi cổng logic phù hợp với bản chất đặc trng dịch vụ của cú pháp bảng chuyển
Hình IV- : Mô hình vật lý của router lớp lõi IP MPLS tiếp. Cú pháp bảng chuyển tiếp này đặc trng cho MPLS và phi-MPLS.
Sự khác biệt quan trọng trong mô hình router lớp lõi MPLS là nó không cần chức năng điều khiển dịch vụ mạng. Chức năng mức cao nhất trong router lớp lõi là chức năng điều khiển tải tin.
1.a Chuyển tiếpsố liệu đối tợng sử dụng
Việc chuyển tiếp số liệu ngời sử dụng (User data) đợc thực hiện sau khi mạng IP đã đợc thiết lập. Tiến trình chuyển tiếp số liệu đợc thực hiện nh sau:
− LSR biên
Gói số liệu IP đến cổng vật lý "non-MPLS" của bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR lớp biên.
MPLS
Physical Port
Physical Port Physical PortPhysical Port
Port Port
Port Port
Physical Router Control Component
Virtual Switch Function
Logical Port Function
Physical Router Forwarding Component Logical
Port
Function MPLS
Bearer Control Function (LDP, OSPF)
Virtual Switch Control Function
SCI VSC
ic bs ic
sp sp
ia ia
ic(L2 and L3) ic(L2 and L3)
Các lớp 1 và 2 của cổng vật lý đầu vào đợc kết cuối bởi khối LPF lối vào.
Lớp 3 của LPF so sánh thông tin trong mào đầu (header) của gói IP với bảng
định tuyến prefix để tìm địa chỉ IP của cổng ra hay địa chỉ IP chặng tiếp theo. Sự so sánh này sử dụng thuật toán trích từ RFC 1812 và áp dụng cho cả prefix dài nhất.
Trong trờng hợp xác định đợc cổng ra của mạng, lớp 3 của LPF biên lối vào so sánh địa chỉ IP của mạng với địa chỉ IP chặng tiếp theo.
Lớp 3 so sánh địa chỉ IP chặng tiếp theo với cổng ảo lối ra (egress Virtual Port).
Nhãn cổng ảo lối ra và địa chỉ IP chặng tiếp theo đợc gắn theo gói IP và chuyển đến khối chức năng chuyển mạch.
Khối chức năng chuyển mạch sử dụng nhãn cổng ảo đầu ra để chuyển tiếp gãi IP tíi LPF.
LPF biên của cổng vật lý MPLS so sánh các thông tin mào đầu IP chặng tiếp theo với FEC (lớp chuyển tiếp tơng đơng - Forwarding Equivalence Class) của bảng chuyển tiếp để tìm nhãn đầu ra.
Các nhãn đầu ra đợc gắn với gói và MPLS PDU đợc chuyển xuống lớp thấp hơn trong mô hình giao thức.
Các lớp 1 và 2 của cổng vật lý đầu ra đợc khởi tạo bởi khối LPF lối ra.
Chú ý: Nếu không tồn tại kết nôi lớp 2 tại cổng lối ra "non - MPLS" cho địa chỉ IP chặng tiếp theo, chức năng điều khiển tải tin BCF tự động sẽ thiết lập kết nối lớp 2 tại cổng vật lý lối ra. Sự tồn tại của kết nối lớp 2 xuất phát từ nhu cầu xem xét bảng ARP - Address Resolution Protocol. Đối với trờng hợp cổng Ethernet, bảng ARP bao gồm việc chuyển đổi giữa địa chỉ IP và MAC/ địa chỉ phần cứng của các nút trên cùng một Ethernet segment.
− LSR lâi
Một MPLS PDU đến cổng vật lý của bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR lâi.
Các lớp 1 và 2 của cổng vật lý lối vào đợc kết cuối bởi khối chức năng cổng logic LPF.
Lớp 2 của LPF so sánh thông tin nhãn của MPLS PDU với nhãn vào trong bảng chuyển tiếp để tìm nhãn cổng ảo lối ra và nhãn ra..
Nhãn ra đợc viết đè lên nhãn vào và nhãn cổng ảo đợc gắn vào MPLS PDU sau đó đợc gửi tới khối chức năng chuyển mạch.
Khối chức năng chuyển mạch sử dụng nhãn cổng ảo lối ra để chuyển tiếp gãi MPLS PDU tíi LPF lèi ra.
Các lớp 1và 2 của cổng vật lý lối ra đợc khởi tạo bởi khối LPF lối ra.
1.b Cập nhật định tuyến động, liên kết nhãn và các bản tin ICMP trong LSR biên và LSR lõi
Phần này mô tả nội dung chủ yếu của quá trình cập nhật động các thông tin
định tuyến. Định tuyến động thờng đợc sử dụng để bắt đầu thiết lập phạm vi hoạt động trong mạng IP. Cập nhật thông tin định tuyến động cũng đợc sử dụng
để xác định các tuyến mới khi thay đổi mô hình mạng hiện hành. Phần này là
đặc điểm chung trong định tuyến IGP (Interior Gateway Protocol) hoặc EGP (Exterior Gateway Protocol). Đặc biệt liên quan đến MPLS là việc gán nhãn cho FEC.
Một gói IP, với các thông tin định tuyến, gán nhãn hay các bản tin ICMP đ- ợc truyền đến cổng vật lý của bộ định tuyến IP.
LPF lối vào so sánh thông tin mào đầu của gói IP (MPLS biên) hoặc nhãn (MPLS lõi) với prefix hoặc nhãn của bảng chuyển tiếp để tìm nhãn cổng ra
ảo.
Chú ý: Tất cả các gói có prefix phù hợp bằng một trong các địa chỉ IP của router đợc chuyển tiếp đến cổng vật lý kết nối với khối PRCC (các thành phần
điều khiển router vật lý). Tất cả các gói tơng ứng với giao thức định tuyến nội hạt hoặc các bản tin ICMP cũng đợc chuyển tiếp. Điều đó khẳng định việc so sánh tại LPF không chỉ riêng địa chỉ IP.
Nhãn cổng ảo đợc gắn vào gói IP và chuyển đến khối chức năng chuyển mạch.
Khối chức năng chuyển mạch sử dụng thông tin trên nhãn cổng ảo để chuyển tiếp gói IP đến LPF lối ra trên cổng vật lý kết nối đến thành phần
®iÒu khiÓn.
Các lớp 1 và 2 của cổng vật lý lối ra đợc khởi tạo bằng LPF.
Chú ý: Sự chuyển đổi tải tin cần thiết để chuyển tiếp thành công lu lợng định tuyến đến phần điều khiển LSR vật lý đợc thiết lập thông qua quản lý phù hợp với từng giao diện ngoài trong LSR.
Khối NSICF và /hoặc khối chức năng điều khiển tải tin biên dịch thông tin
định tuyến cập nhật. Điều đó dẫn đến khả năng thay đổi bảng định tuyến trong LSR. Thông tin định tuyến ngoài AS cung cấp qua điểm tham chiếu ix sẽ bị kiểm duyệt tuỳ thuộc chính sách đợc cài đặt trong SGF.
Trong trờng hợp thay đổi bản định tuyến, chức năng điều khiển tải tin cập nhật liên kết nhãn liên quan đến FEC để thay đổi mô hình và chuyển tiếp chúng đến cổng logic có liên quan.
Ngoài ra, trong trờng hợp thay đổi bản định tuyến, khối chức năng điều khiển tải tin chỉ dẫn khối chức năng điều khiển chuyển mạch ảo để thay đổi sự chuyển đổi prefix địa chỉ IP (MPLS biên) hoặc nhãn (MPLS lõi) thành các nhãn cổng ảo chứa trong bảng chuyển tiếp phản ánh trạng thái mới của mạng.
IV.1.2.1.2. IP truyÒn thèng
Trong phần này trình bày các ứng dụng của cấu trúc MSF của các IPv4 Router ứng với chức năng chuyển tiếp IP nh đợc định nghĩa trong RFC 1812. Các mô
tả này bao gồm các giao diện: Ethernet, N-ISDN và ATM. Các mô tả này không trình bày đầy đủ về dịch vụ Internet, hay về bất cứ một dịch vụ IP VPN nào cũng nh các dịch vụ QoS.
Cấu trúc đợc đề cập đến trong ví dụ này có mục đích là tách riêng hai phần của hệ thống là định tuyến logic IP và chuyển tiếp IP, điều đó tạo điều kiện cho việc thiết lập chuyên môn hoá và cho phép mở rộng các phần tử một cách độc lập.
Tại cùng một thời điểm, việc chia làm hai phần tử vật lý cho phép thu nhỏ từng phần tử và vì vậy giảm thiểu số lợng giao diện mở cần thiết.
Giao diện mở giữa thiết bị điều khiển Router vật lý và thiết bị chuyển tiếp Router vật lý đợc chia nhỏ thành 5 loại thông tin theo sau là các ký hiệu tơng ứng với điểm tham chiếu trên mô hình chức năng là: ic, ia, np, vsc và sp.
Lớp liên kết giữa các mạng phối hợp hoạt động định tuyến IP (BGP4) trong mô
hình vật lý này đợc triển khai qua điểm tham chiếu ia. Lớp liên kết trong mạng phối hợp hoạt động định tuyến (ví dụ nh OSPF, IS-IS) trong mô hình này đợc triÓn khai qua ®iÓm tham chiÕu ic.
Khía cạnh quan trọng của mô hình vật lý của một IP Router là tự quản lý (autonomy) chức năng điều khiển kênh tải tin (BCF-Bearer Control Function)
đối với mỗi cổng vật lý. Việc tự quản lý này là kết quả của yêu cầu tính độc lập của lớp mạng (IP) với các lớp liên kết ở phía dới (Ethernet, ATM, SDH/SONET..) Mỗi cổng vật lý sử dụng chức năng điều khiển kênh mang BCF tơng ứng với lớp liên kết của cổng đó. Một số giao thức trao đổi thông tin qua
điểm tham chiếu ic vì vậy phụ thuộc vào việc chọn công nghệ lớp liên kết của mỗi cổng vật lý. Còn đối với giao thức tại điểm tham chiếu ic, các đầu cuối lựa chọn lớp liên kết cho cổng vật lý. Đối với ATM phía đầu cuối sử dụng AF UNI,
đối với Ethernet là ARP theo tiêu chuẩn IETF RFC 1122 “ Các yêu cầu đối với máy chủ Internet-lớp truyền thông”.
Physical Port
Physical Port Physical PortPhysical Port
Ethernet
Port Port
Port Port
Physical Router Control Component
Virtual Switch Function
Logical Port Function
Physical Router Forwarding Component Logical
Port
Function ic(L3)
ATM UNI Network Service Instance
Control Function
L3 Bearer Control Function
Virtual Switch Control Function
SCI VSC
ic bs ic ia bc ia
VSC
sp sp
L2 Bearer Control Function
L2 Bearer Control Function
ia ic(L2) ic(L3)ia
ic(L2)
Hình IV- : Định tuyến IP truyền thống
Điểm tham chiếu sp đợc sử dụng để đặt cấu hình chuyển tiếp thông tin đối với mỗi cổng logic. Các thông tin này thay đổi theo trạng thái của kênh hoặc trạng thái của router trong mạng.
Điểm tham chiếu bc đợc sử dụng để truyền thông tin định tuyến EGP (Exterior Gateway Protocol) từ khối chức năng điều khiển dịch vụ mạng (NSICF – Network Service Instance Control Function) tới khối chức năng điều khiển kênh tảu tin BCF nằm trong thiết bị điều khiển Router vật lý. Các thông tin này sẽ thay đổi khi mạng khác kết nối tới thay đổi hoặc cổng của mạng có chứa Router này thay đổi. BCF sử dụng điểm tham chiếu bs để truy cập tới điểm tham chiếu sp và vsc thông qua chức năng điều khiển chuyển mạch ảo VSCF (Virtual Switch Control Function) để tác động đến bảng chuyển tiếp trong khối chức năng cổng logic LPF (Logical Port Function).
Chức năng chuyển mạch (là một phần của chức năng chuyển mạch ảo) trong mô hình này hoạt động dựa trên các cổng ảo đợc cấu hình trong bảng chuyển tiếp của mỗi cổng logic. Chức năng này yêu cầu phải thiết lập trớc các kết nối hình lới giữa tất cả các cổng logic trong bảng. Chức năng điều khiển chuyển mạch ảo VSCF và điểm tham chiếu vsc đợc sử dụng để duy trì lới kết nối của tất cả các chức năng cổng logic (LPF) trong bảng.
2.a Chuyển tiếp dữ liệu ngời sử dụng
Sau đây chúng ta đề cập đến bản chất quá trình chuyển tiếp lu lợng. Chúng ta giả sử rằng kết nối trong mạng IP đã đợc thiết lập trớc khi thực hiện chuyển tiếp lu lợng.
Một gói tin IP tới cổng vật lý của IP Router.
Lớp 1 và lớp 2 của cổng vật lý lối vào đợc kết cuối bởi LPF (Xem lu ý 1).
Lớp 3 của chức năng cổng logic LPF lối vào sẽ so sánh thông tin mào đầu của gói IP với bảng mã đầu (prefix) chuyển tiếp để xác định cổng ra của mạng hoặc địa chỉ IP của nút mạng tiếp theo. Quá trình so sánh sử dụng thuật toán trình bày trong RFC 1812 và bao hàm cả so sánh chiều dài mã
(prefix) dài nhất.
Trong trờng hợp so sánh xác định đợc cổng ra của mạng, thì lớp 3 của chức năng cổng logic LPF lối vào sẽ so sánh cổng ra của mạng với bảng mã
chuyển tiếp để xác định địa chỉ IP của nút mạng tiếp theo.
Lớp 3 của chức năng cổng logic LPF lối vào sẽ so sánh địa chỉ IP của nút tiếp theo với cổng ảo lối ra.
Địa chỉ IP của nút tiếp theo và nhãn của cổng ảo lối ra sẽ đợc truyền đi trong gãi tin IP tíi VSF.
VSF sử dụng nhãn của cổng ảo này để truyền các gói IP LPF lối ra.
Lớp 1 và lớp 2 của cổng vật lý lối ra đợc kết cuối bởi LPF.
LPF lối ra sẽ so sánh địa chỉ IP nút tiếp theo với địa chỉ lớp 2 cho nút tiếp theo. Lớp 2 có thể là một trong rất nhiều loại khác khau. Cổng logic thực hiện việc chuyển đổi giữa địa chỉ IP và giao thức L2. Trong trờng hợp cổng Ethernet (hoặc mô phỏng LAN), giao thức ARP (Address Resolution Protocol) sẽ thực hiện việc chuyển đổi giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC trong mạng con (subnet) truyền thông quảng bá. Trong trờng hợp truyền thông không quảng bá đa truy nhập mạng con (FR, ATM và MPLS) việc chuyển
đổi này đợc thực hiện thông qua việc đặt cấu hình nhân công, ARP hoặc LDP.
Lu ý 1: Lớp 1 và 2 điều khiển mỗi cổng vật lý hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau. Tính độc lập của mỗi cổng là một đặc điểm của các IP Router.
2.b Cập nhật định tuyến động và các bản tin ICMP
Sau đây chúng ta sẽ mô tả bản chất của quá trình cập nhật động các thông tin
định tuyến và xử lý các bản tin ICMP. Định tuyến động thờng đợc sử dụng để thiết lập các kết nối trong mạng IP. Định tuyến động cũng đợc sử dụng để duy trì kết nối hiện có khi cấu trúc mạng thay đổi. Trong trờng hợp này định tuyến
động mà chúng ta đề cập đến là định tuyến IGP (Interior Gateway Protocol) hoặc định tuyến EGP (Exterior Gateway Protocol). Các bản tin ICMP thờng đợc sử dụng để chuẩn đoán các lỗi mạng.
Một gói tin dành cho IP Router đến cổng vật lý của IP Router.
Lớp 1 và lớp 2 của cổng vật lý lối vào đợc kết thúc bởi LPF.
Lớp 3 của chức năng cổng logic LPF lối vào sẽ so sánh địa chỉ IP của gói tin với địa chỉ IP của Router.
Nhãn của cỗng ảo lối ra chỉ đến thiết bị điều khiển Router vật lý đợc truyền tới VSF trong các gói tin IP. VSF sử dụng nhãn cổng ảo này để truyền các gói tin IP đến chức năng cổng logic LPF trên các cổng vật lý kết nối với thiết bị điều khiển Router vật lý. Lớp 2 sẽ thực hiện các chuyển đổi cần thiết
để truyền các gói tin tới các chức năng tơng ứng đợc xác định trong phần quản lý.
LPF trong thiết bị chuyển tiếp Router vật lý là điểm khởi đầu của lớp 1 và lớp 2 của cổng vật lý lối ra.
Chức năng cổng logic lối vào của thiết bị điều khiển Router vật lý là điềm kết thúc của các lớp từ 1 đến 4 của các gói tin đến để xác định chức năng bên trong nào sẽ nhận gói tin đó. Trong mô hình vật lý này, thiết bị điều khiển Router vật lý sẽ thực hiện chức năng xử lý thông tin định tuyến cũng nh các thông tin hỗ trợ khác.
NSICF hoặc BCF sẽ dịch các thông tin cập nhật định tuyến hoặc các bản tin ICMP. Quá trình này sẽ sửa đổi thông tin chuyển tiếp của thiết bị chuyển tiếp Router vật lý hoặc đáp ứng lại bản tin ICMP.