Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhón LSR (Label Switching Router). Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gúi thụng tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phõn phối nhón.
Căn cứ vào vị trớ và chức năng của LSR cú thể phõn thành cỏc loại chớnh sau đõy :
LSR biờn : nằm ở biờn của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi đi cỏc gúi thụng tin từ mạng này đến mạng khỏc (IP, Frame Relay,…). LSR biờn gỏn này loại bỏ nhón cho cỏc gúi thụng tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Cỏc LSR này cú thể là Ingress Router (Router lối vào) hay Egress Router (Router lối ra).
ATM-LSR : là cỏc tổng đài ATM cú thể thực hiện chức năng như LSR. Cỏc ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gúi IP và gỏn nhón trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trờn cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu. Như vậy cỏc tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống cú thể nõng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR.
Bảng 1.1 : Cỏc loại LSR trong mạng MPLS
Loại LSR Chức năng thực hiện
LSR Chuyển tiếp gúi cú nhón
LSR biờn Nhận gúi IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhón trước khi gửi gúi vào mạng LSR.
Nhận gúi tin cú nhón, loại bỏ nhón, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gúi IP đến nỳt tiếp theo.
ATM-LSR Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kờnh ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến nỳt ATM-LSR tiếp theo.
ATM-LSR biờn Nhận gúi cú nhón hoặc khụng nhón, phõn vào cỏc tế bào ATM và gửi cỏc tế bào đến nỳt ATM-LSR tiếp theo.
Nhận cỏc tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tỏi tạo cỏc gúi từ cỏc tế bào ATM và chuyển tiếp gúi cú nhón hoặc khụng nhón.
1.4. Mó húa nhón và cỏc chế độ đúng gúi nhón MPLS 1.4.1. Mó húa stack nhón
Khi nhón được gắn lờn gúi, bản thõn giỏ trị nhón 20 bit sẽ được mó hoỏ cựng với một số thụng tin cộng thờm để phụ trợ trong quỏ trỡnh chuyển tiếp gúi để hỡnh thành một entry nhón. Hỡnh 1.9 dưới đõy minh họa định dạng một entry nhón trong stack nhón.
Hỡnh 1.9 : Định dạng một entry trong stack nhón MPLS
LABEL (trường nhón) – Gồm 20 bit. Nhúm 32 bit ở hỡnh trờn là một entry trong stack nhón, trong đú phần giỏ trị nhón thực sự chỉ cú 20 bit. Tuy nhiờn, người ta thường gọi chung cho cả entry 32 bit núi trờn là một nhón. Vỡ vậy khi thảo luận về nhón cần phõn biệt là đang xem xột giỏ trị nhón 20 bit hay núi về entry 32 bit trong stack nhón. Trường nhón MPLS mang giỏ trị của nhón MPLS, nhón này được dựng cho một chuỗi tuần tự cỏc hoạt động của nhón: Chốn, tỏch và trỏo đổi nhón…. Mỗi nhón chỉ cú giỏ trị cục bộ giữa hai LSR liờn lạc với nhau. Cỏc nhón là cỏc giỏ trị khụng cú cấu trỳc và được lưu trữ trong một cơ sở thụng tin nhón (LIB). Giỏ trị nhón cú thể mang cỏc giỏ trị từ 0 đến 220-1, ngoại trừ giỏ trị Reversed.
EXP (trường bit thớ nghiệm) (một số tài liệu gọi là lớp dịch vụ CoS – Class of Service ) – Gồm 3 bit, được sử dụng cho cỏc mục đớch nghiờn cứu và thớ nghiệm. Nú cú thể là một hàm của trường loại dịch vụ ToS (Type of Service) hoặc Diffserv trong gúi IP. Đa số cỏc nhà sản xuất sử dụng cỏc bit này để mang chỉ thị chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service), thường là copy trực tiếp từ cỏc bit ToS trong gúi IP. Khi gúi MPLS vào hàng đợi, cú thể sử dụng cỏc bit EXP theo cỏch giống như cỏc bit ưu tiờn trong IP.
S (trường bit stack) – Gồm 1 bit, chỉ thị đỏy của stack nhón. Khi một nhón nằm ở đỏy stack nhón, thỡ bit S đặt lờn 1; cũn cỏc nhón khỏc cú bit S đặt về 0. Bit S là phương tiện để xỏc định đỏy của stack nhón nằm ở đõu.
TTL – Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL của mào đầu IP, được giảm đi 1 qua mỗi nỳt nhằm ngăn chặn vũng lặp định tuyến (loop) giống như IP. Tuy nhiờn, cỏc bit TTL cũng cú thể được đặt khỏc với TTL trong gúi IP, thường dựng khi nhà khai thỏc mạng muốn che giấu topology mạng MPLS.
MPLS cú thể hoạt động ở hai chế độ: chế độ khung (frame) và chế độ tế bào (cell).
1.4.2. Chế độ khung Frame
Cỏc kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP… khụng cú trường nào phự hợp trong mào đầu của frame cú thể mang nhón. Vỡ vậy, stack nhón sẽ được chứa trong mào đầu chờm (shim header). Shim header được “chờm” vào giữa mào đầu lớp liờn kết dữ liệu và mào đầu lớp mạng, như trong hỡnh 1.10 dưới đõy. Đỉnh stack nằm liền sau mào đầu lớp liờn kết dữ liệu và đỏy stack nằm liền trước mào đầu lớp mạng.
Hỡnh 1.10 : Shim header được “chờm” vào giữa mào đầu lớp 2 và lớp 3
Cỏc router gởi khung (frame) phải cú cỏch để bỏo cho cỏc router nhận biết được rằng khung này cú chứa shim header.
Cỏch thức này khỏc nhau giữa cỏc kỹ thuật lớp 2.
Ethernet sử dụng cặp giỏ trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị khung đang mang gúi MPLS unicast và multicast tương ứng.
1.4.3. Chế độ tế bào Cell
Chế độ tế bào (Cell) được dựng khi ta cú một mạng gồm cỏc ATM-LSR (là cỏc bộ định tuyến chuyển mạch ATM cú hỗ trợ MPLS), trong đú nú sử dụng cỏc giao thức phõn phối nhón MPLS để trao đổi thụng tin VPI/VCI thay cho bỏo hiệu ATM. Theo RFC 3035, nhón được mó hoỏ trong trường gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của mào đầu cell ATM.
Hỡnh 1.11 : Nhón trong chế độ cell ATM
Cell ATM gồm cú 5 byte header và 48 byte payload. Để chuyển tải gúi tin cú kớch thước lớn hơn 48 byte từ lớp trờn đưa xuống (vớ dụ gúi tin IP), ATM phải chia gúi tin thành nhiều phần nhỏ hơn. Việc này gọi là phõn đoạn (fragmentation). Quỏ trỡnh phõn đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer) đảm trỏch. Cụ thể, AAL5
PDU sẽ được chia thành nhiều đoạn 48 byte, mỗi đoạn 48 byte này được thờm header 5 byte để tạo ra một cell ATM.
PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửa đổi gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đỏnh dấu tất cả cỏc gúi cú chứa shim header bằng giỏ trị 0x8281 trong trường PPP Protocol.
Hỡnh 1.12 : Đúng gúi (encapsulation) gúi cú nhón trờn link ATM
Khi đúng gúi cú nhón MPLS trờn ATM, toàn bộ stack nhón được đặt trong AAL5 PDU. Giỏ trị thực sự của nhón đỉnh được đặt trong trường VPI/VCI, hoặc đặt trong trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đường ảo ATM (VP). Entry đỉnh stack nhón phải chứa giỏ trị 0 (coi như entry “giữ chỗ”) và được bỏ qua khi nhận. Lý do cỏc nhón phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để mở rộng độ sõu stack nhón. Khi cỏc cell ATM đi đến cuối LSP, nú sẽ được tỏi hợp lại. Nếu cú nhiều nhón trong stack nhón, AAL5 PDU sẽ bị phõn đoạn lần nữa và nhón hiện hành trờn đỉnh stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI.
1.5. Cấu trỳc chức năng MPLS
1.5.1. Kiến trỳc một nỳt MPLS (LER và LSR)
Mặt phẳng điều khiển cú chức năng định tuyến dựng để giao tiếp với cỏc LSR, LER khỏc hoặc giao tiếp với cỏc router IP thụng thường bằng cỏc giao thức định tuyến IP. Kết quả là một cơ sở thụng tin định tuyến RIB (Routing Information Base) được tạo lập gồm cỏc thụng tin miờu tả cỏc tuyến đường khả thi để tỡm đến cỏc prefix địa chỉ IP. LER sẽ sử dụng cỏc thụng tin này để xõy dựng cơ sở thụng tin chuyển tiếp FIB (Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp.
Mặt phẳng điều khiển cũn cú chức năng bỏo hiệu MPLS (MPLS Signalling) dựng để giao tiếp với cỏc LSR khỏc bằng một giao thức phõn phối nhón. Kết quả là một cơ sở thụng tin nhón LIB (Label Information Base) gồm cỏc thụng tin liờn quan đến cỏc gỏn kết nhón đó được thương lượng với cỏc router MPLS
khỏc. Thành phần bỏo hiệu MPLS nhận thụng tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xõy dựng cơ sở thụng tin chuyển tiếp nhón LFIB (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp. Một LER cú thể chuyển tiếp cỏc gúi IP, gắn nhón vào gúi (label push), hoặc gỡ nhón ra khỏi gúi (label pop), trong khi đú một transit-LSR chỉ cú khả năng chuyển tiếp gúi cú nhón, thờm hoặc bỏ bớt nhón.
Hỡnh 1.13 : Cấu trỳc của LER và transit-LSR