Khụng như cỏch thức định tuyến truyền thống, MPLS sử dụng cỏc nhón để di chuyển lưu lượng qua cỏc miền (domain) MPLS. Khi cỏc gúi đi vào domain MPLS, cỏc nhón được gỏn vào cỏc gúi tớn, và mỗi nhón (khụng phải header IP) xỏc định chặng tiếp theo. Cỏc nhón sẽ được loại bỏ tại lối ra của mỗi domain MPLS. Khi một gúi tin cú gỏn nhón đến một bộ phận định tuyến chuyển mạch nhón LSR (Label Switching Router), nhón đến sẽ xỏc định đường dẫn của gúi tin này trong mạng MPLS. Việc hướng tiếp đi theo nhón MPLS sẽ thay thế nhón này bằng một nhón ra thớch hợp và gửi gúi tin đến chặng tiếp theo.
Cỏc nhón được gỏn vào cỏc gúi tin dựa trờn việc phõn nhúm hoặc theo cỏc lớp tương đương chuyển hướng đi FEC (Forwarding Equivalence Classes). Cỏc gúi tin thuộc về cựng một lớp FEC sẽ được xử lý như nhau. Hệ thống hướng đi và tra cứu MPLS cho phộp phương thức định tuyến điều khiển xỏc định (Explicit Control Routing), dựa trờn cơ sở địa chỉ nguồn và đớch, cho phộp triển khai cỏc dịch vụ IP mới trờn mạng. Chuyển mạch nhón đó từng được sử dụng cho kỹ thuật chuyển đi. ATM sử dụng cựng một kỹ thuật để hướng gúi tin đi thụng qua trường nhõn dạng kờnh ảo/ đường dẫn ảo VPI/ VCI mà khụng cần quan tõm đến tải (payload) IP.
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu - Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 3.2: Chốn header trong MPLS
Tiờu chuẩn MPLS được IETF phỏt hành, phỏt triển từ chuyển mạch nhón Cisco (Cisco Tag Switching). IETF khuyến nghị sử dụng chuyển mạch nhón dựa trờn header chốn 32 bit bao gồm nhón kớch thước 20 bit, trường Exp 3 bit, trường Stack 1 bit, trường TTL 8 bit như trờn hỡnh 3.2.
Hỡnh 3.3: Gúi tin gỏn nhón MPLS
Trường stack 1 bit sử dụng để chỉ thị rằng đó đến đỏy của stack sử dụng trong trường hợp cỏc nhón được tổ chức theo ngăn xếp (tức là MPLS – VPN hoặc bảo vệ tuyến kết nối). Cỏc bit Exp sử dụng để Mang thụng tin liờn quan đến chất lượng dịch vụ. Cỏc nhón được chốn thờm vào giữa header lớp 2 vào lớp 3 hoặc trong trường VCI/VPI trờn cỏc mạng ZTM như hỡnh 3.3.
3.2.1 Thiết kế lƣu lƣợng MPLS
Mặc dự chuyển mạch nhón cung cấp cỏc cụng nghệ nền cho việc hướng đi gúi tin thụng qua cỏc mạng MPLS, thỡ cũng khụng thể cung cấp tất cả cỏc thành phần để hỗ trợ thiết kế lưu lượng như là chớnh sỏch thiết kế lưu lượng. Thiết kế lưu lượng TE (Traffic Engineering) nhằm đến quỏ trỡnh lựa chọn cỏc đường dẫn được chọn bởi lưu lượng dữ
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu - Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
liệu để thuận tiờn cho cỏc quỏ trỡnh khai thỏc mạng tin cậy và hiệu quả, trong khi tối ưu đồng thời việc sử dụng cú hiện quả tài nguyờn và hiệu suất thực hiện lưu lượng. Mục đớch của TE đú là tớnh toỏn đường dẫn từ nỳt này đến nỳt kia sao cho đường dẫn đú khụng vi phạm cỏc ràng buộc như cỏc yờu cầu về quản trị/ băng thụng và là tối ưu theo một số thước đo vụ hướng. Một khi đường dẫn đó được tớnh, TE cú trỏch nhiệm cho việc thiết lập và duy trỡ trạng thỏi hướng đi kốm theo đường dẫn đú.
Cỏc thành phần thiết kế lƣu lƣợng
Bộ định tuyến cú khả năng hỗ trợ MPLS được gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhón LSR. Bộ định tuyến LSR đứng trước bộ định tuyến LSR cuối cựng trong một mạng MPLS được gọi là chặng ỏp chút. Mỗi đường dẫn MPLS đầu cuối – đầu cuối được gọi là đường dẫn chuyển mạch nhón LSP (Label Switching Path). Mỗi đường dẫn LSP bắt đầu tại bộ định tuyến LSR và kết thỳc tại bộ định tuyến cuối.
Cỏc giao thức định tuyến gateway bờn trong IGP (Interior Gateway Protocol) khụng đủ khả năng cho việc thiết kế lưu lượng. Quyết định định tuyến hầu hết là dựa trờn cỏc thuật toỏn đường dẫn ngắn nhất mà núi chung sử dụng cỏc thước đo thờm vào nhưng khụng tớnh đễn mức độ cũn dư băng thụng hoặc đặc tớnh lưu lượng. Cỏch dễ nhất để cung cấp cỏc tớnh năng này đú là sử dụng mụ hỡnh xếp chồng (overlay) cho phộp cỏc topology ảo trờn mạng vật lý. Mỗi topology ảo được xõy dựng từ cỏc đường kết nối ảo hiện ra như là cỏc đường kết nối vật lý theo giao thức định tuyến. Hơn nữa, mụ hỡnh xếp chồng cũn cú khả năng cung cấp:
Định tuyến trờn cơ sở ràng buộc.
Chức năng lập chớnh sỏch lưu lượng và tỏi lưu lượng. Khả năng tồn tại của cỏc đường kết nối vật lý…
Cỏc khả năng này cho phộp di chuyển dễ dàng lưu lượng từ đường kết nối bị nghẽn sang đường kết nối ớt nghẽn hơn. MPLS là một mụ hỡnh xếp chồng sử dụng bởi TE, nú cung cấp:
Cỏc đường dẫn chuyển mạch nhón xỏc định khụng bị ràng buộc như cỏc giao thức định tuyến IGP truyền thống.
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu - Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cỏc đường trục lưu lượng cú thể được khởi tạo, và ỏnh xạ vào cỏc đường dẫn LSP.
Một tập cỏc thuộc tớnh cú thể liờn quan đến cỏc đường trục lưu lượng.
Tập cỏc thuộc tớnh cú thể liờn quan đến cỏc tài nguyờn mà ràng buộc việc sắp đặt cỏc đường dẫn LSP và cỏc đường trục lưu lượng đi qua chỳng.
MPLS cho phộp cả việc tập hợp và phõn tỏn lưu lượng khi mà việc hướng đi gúi tin IP, dựa trờn cơ sở đớch, chỉ cho phộp tập hợp. “Định tuyến trờn cơ sở ràng buộc” và bảo vệ đường trục cú thể tớch hợp dễ dàng qua MPLS, Cỏc thành phần sau cú tỏc động đến việc hỗ trợ quỏ trỡnh TE:
Phõn tỏn thụng tin – gửi thụng tin về topology mạng và cỏc ràng buộc gắn liền với cỏc tuyến kết nối (tức băng thụng).
Thuật toỏn lựa chọn đường dẫn – tớnh toỏn và lựa chọn cỏc đường tốt nhất thỏa món cỏc ràng buộc.
Khởi tạo tuyến – sử dụng giao thức RSVP – TE mở rộng để bỏo hiệu khởi tạo cỏc đường dẫn chuyển mạch LSP.
Điều khiển chấp nhận đường kết nối - quyết định đường hầm nào cú thể cú tài nguyờn.
Điều khiển TE – thiết lập và duy trỡ cỏc đường trục. Hướng dữ liệu dọc theo đường dẫn.
Việc phõn tỏn thụng tin trong TE phụ thuộc vào cỏc giao thức IGP để phõn tỏn/ tràn ngập dữ liệu liờn quan đến tài nguyờn cũn dụi dư của cỏc tuyến kết nối bao gồm băng thụng (phõn cấp từ 0 đến 7), cỏc thuộc tớnh đường kết nối,… Việc phõn tỏn thụng tin thực hiện trờn mối SLR theo chu kỳ hoặc theo sự kiện nào đú như thay đổi băng thụng, cấu hỡnh đường kết nối, hỏng húc.
Thuật toỏn trờn cơ sở ràng buộc sử dụng để tỡm đường dẫn tốt nhất cho mối đường hầm LSP. Nú là được sắp đặt bở bộ định tuyến phớa đầu của đường hầm chỉ khi cần một đường hầm mới hoặc đường dón chuyển mạch nhón của đường trục hiện cú bị hỏng hoặc cần tối ưu lại đường trục hiện cú.
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu - Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bộ định tuyến phớa đầu sẽ bắt đầu quỏ trỡnh bỏo hiệu khởi tạo đường dẫn ngắn nhất cú ràng buộc – tức là một LSP. Thiết lập đường dẫn dựa trờn cỏc bản tin RSVP – TE. Một giao thức khỏc đú là CR – LDP cũng được sử dụng cho việc bỏo hiệu khởi tạo đường. Tuy nhiờn LDP hoạt động theo kiểu connectionless, do vậy trong nhiều trường hợp để đảm bảo chất lượng dịch vụ, giao thức RSVP được sử dụng thay thế
3.2.2 Hồi phục đƣờng hầm
Độ tin cậy của mạng là phần bắt buộc đối với mạng tốc độ cao, đảm bảo chất lượng dịch vụ. Sự giỏn đoạn cú thể xảy ra vỡ những lý do như tắc nghẽn trờn đường LSP nào đú, đường kết nối hỏng, nỳt mạng hỏng hoặc thay đổi quản trị trờn một LSP nào đú. Một trong những tớnh năng phổ biến nhất của MPLS – TE là khả năng cung cấp lưu lượng khụng bị giỏn đoạn qua một LSP. Bảo vệ đường dẫn (path protection) cú thể đạt được tại nhiều lớp khỏc nhau trong ngăn xếp giao thức:
Lớp vật lý (như SONET với chiến lược APS – Automatic Protection Switch). IP (như giao thức định tuyến IGP, BGP thay đổi chặng kế tiếp nếu như cú thay
đổi về topology).
MPLS (thực hiện bởi bộ định tuyến phớa đầu phụ thuộc vào sự thay đổi topology).
Trong ngữ cảnh đang xột là MPLS – TE, cú một số lựa chọn cho việc hồi phục đường dẫn.
Định tuyến lại từ bộ định tuyến phớa đầu (head – end reroute).
Định tuyến nhanh lại trờn cơ sở bảo vệ tuyến kết nối – Fast reroute (link protection).
Định tuyến nhanh lại trờn cơ sở bảo vệ nỳt – Fast reroute (node protection).
3.2.2.1 Đinh tuyến lại từ bộ định tuyến phớa đầu
Quỏ trỡnh này được tớnh đến khi cú một trong hai sự kiện: thụng bỏo từ RSVP – TE rằng đường dẫn khụng cũn duy trỡ được (tức là nghẽn) hoặc thụng bỏo bởi IGP về sự thay đổi topology mạng. Phụ thuộc vào từng sự kiện, bộ định tuyến phớa đầu sẽ xõy dựng lại cơ sở dữ liệu TE mới sau khi cắt bỏ cỏc tuyến kết nối hoặc cỏc vựng hỏng, nghẽn, bỏo
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu - Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
hiệu lại một đường dẫn mới với kiểu “shared – explicit”. Kiểu này cho phộp đường dẫn mới được lập nờn trờn cơ sở cú thể sử dụng một số tuyến kết nối cũ.
Do quỏ trỡnh thực hiện định tuyến lại liờn quan đến nhiều quỏ trỡnh xử lý khỏc nhau nờn thụng thường thời gian cho việc định tuyến lại theo phương ỏn này cú thể lờn đến vài giõy. Thời gian tiờu tốn này khụng thớch hợp cho một số ứng dụng. Trong khi đú MPLS FRR cung cấp cơ cấu bảo vệ nhanh hơn nhiều (dưới 50msm tuy rằng thời gian tổng cộng cú thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 50ms cũn tựy thuộc vào phần cứng, số lượng đường hầm và số lượng mạng trong đú).
3.2.2.2 Bảo vệ tuyến kết nối FRR
FRR (Fast ReRoute) thiết lập thủ tục cho phộp định tuyến lại xung quanh tuyến kết nối bị hỏng. Đường dẫn LSP được đinh tuyến đến chặng tiờp theo sử dụng đường hầm dự phũng đó được xỏc lập trước. Đường hầm dự phũng phải được cấu hỡnh sao cho LSP cú thể đến được bộ định tuyến phớa dưới ở chặng tiếp theo mà khụng đi qua tuyến kết nối đang hỏng. FRR cho việc bảo vệ tuyến kết nối chỉ phục vụ cho việc bảo vệ tuyến kết nối xỏc định.
Hỡnh 3.4: Luồng gúi tin/nhón khi thực hiện FRR cho bảo vệ tuyến kết nối
Như hỡnh 3.4 ở trờn cú thể thấy tuyến kết nối từ R2 sang R3 được dự phũng FRR. Khi xuất hiện sự cố trờn tuyến kết nối R2 và R3, cỏc gúi tinh đi từ R1 đến R6 sẽ được chuyển sang đường dự phũng theo tuần tự R1, R2, R4, R3, R5, R6. Khi đú nhón cho cỏc gúi tin từ R2 đến R3 được gỏn là 2001 trong trường hợp bỡnh thường sẽ được bảo toàn và được bao bởi nhón 1200 khi chuyển đến R4. Tại R4 nhón 40 sẽ được loại bỏ và gúi tin lại cú nhón 2001 chuyển đến R3.
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu - Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.2.3 Bảo vệ nỳt FRR
Hỡnh 3.5: Luồng gúi tin/nhón khi thực hiện FRR cho bao vệ nỳt
Như hỡnh 3.5 cho thấy đường dẫn dịch vụ LSP là R1, R2, R3, R5, R6. Nếu kế hoạch bảo vệ nỳt R3 thực hiện thỡ cú thể cú cỏc đường dự phũng cựng qua nỳt R3 như sau: 1) R2, R4, R5, R3 hoặc 2) R2, R4, R5. Trong trường hợp đầu, đường dẫn LSP dự phũng sẽ là R1, R2, R4, R5, R5, R5, R6. Tuy nhiờn trong trường hợp này đường kết nối R3 và R5 lưu lượng trờn đú đó bị nhõn đụi, vỡ vậy khụng phải là phương ỏn tối ưu. Trường hợp sau khi đường dẫn dự phũng là R1, R2, R4, R5, R6 là tối ưu và được gọi là “dự phũng theo chặng tiếp – tiếp theo” hay bảo vệ nỳt. Bảo vệ nỳt thực sự là phức tạp hơn bảo vệ khi R2 cần phải biết về nhón được sử dụng trờn tuyến kết nối là R3 và R5, khi R5 mong muốn nhõn được nhón chớnh xỏc dự thụng qua đường dự phũng. Việc sử dụng một đối tượng mở rộng Route Record sẽ cho phộp R2 học được nhón này.
3.2.3 Hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ trong mạng MPLS
Cú hai loại kiến trỳc để bổ sung cho khả năng chất lượng dịch vụ QoS đú là cỏc dịch vụ tớch hợp (IntServ) và cỏc dịch vụ phõn biệt (DiffServ). Cỏc dịch vụ IntServ duy trỡ chất lượng dịch vụ QoS đầu cuối – đầu cuối cho mỗi một hoặc một nhúm luồng (flow) với sự trợ giỳp của giao thức RSVP. Trong mụ hỡnh DiffServ, mỗi gúi tin khi vào mạng hỗ trợ DiffServ sẽ được nhúm lại thành một số cỏc lớp nhỏ. Mối lớp cú màu hoặc được đỏnh dấu liờn quan (sử dụng cỏc bit DSCP). Đõy chớnh là việc phõn loại gúi tin cú khả năng mở rộng và đảm bảo băng thụng cũng như đỗ trễ xỏc định mạng lừi. Mỗi nỳt mạng trong mạng lừi sẽ được ỏp đặt cỏc chớnh sỏch bỏ bớt hoăch xếp hàng khỏc nhau cho mọi gúi tin, dựa trờn dấu mà gúi tin mang (xử lý theo từng chặng – PHB Per Hop Behavior).
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu - Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.3.1 MPLS kết hợp DiffServ
Trong kiến trỳc MPLS và DiffServ, cỏc gúi tin được đỏnh dấu với DSCP sẽ đi vào mạng MPLS và phương thức PHB là ỏp đặt bởi mọi LSR dọc theo đường dẫn gúi tin. Khi cỏc LSR khụng biết chỳt nào về header IP, phương thức PHB đạt được bằng cỏch xem xột cỏc thụng tin khỏc. Cú hai cỏch tiếp cận thường được sử dụng để đỏnh dấu lưu lượng qua mạng MPLS trong vấn đề xử lý QoS. Trong phương thức thứ nhất, thụng tin màu DiffServ được ỏnh xạ vào trường EXP của header chốn MPLS. Trường này cho phộp đỏnh dấu lờn đến 8 loại chất lượng dịch vụ so với 64 đối với trường DSCP trong gúi tin IP. Việc quản lý cỏc gúi tin (PHB) tại mỗi chặng trong mạng MPLS được làm dựa trờn trường EXP. Cỏc đường dẫn chuyển mạch nhón LSP mà sử dụng cỏch tiếp cận này được gọi là E-LSP, ở đú thụng tin QoS được lấy ra từ cỏc bit EXP. Một cỏch khỏc, mỗi nhón liờn quan với một gúi tin MPLS Mang một phần của dấu DiffServ mà xỏc định gúi tin sẽ được xếp hàng như thế nào. Phần ưu tiờn bỏ bớt của dấu DiffServ được Mang cỏc bit EXP (nếu header chốn MPLS được dựng) hoặc trờn trường nào đú dựng cho mục đớch này của cụng nghệ lớp dưới (bit CLP mạng ATM hay bit DE trờn mạng Frame Relay). Bộ định tuyến LSR đầu vào sẽ xem xột cỏc bit DSCP trong header IP (tương tự như cỏc bit CLP/DE trong mạng ATM/Frame Relay) và lựa chọn một đường dẫn LSP mà đó được cung cấp cho mức chất lượng dịch vụ QoS đú. Tại bộ định tuyến đầu ra, nhón là được bỏ đi gúi tin với cỏc bit DSCP như ban đầu được gửi đến chặng IP tiếp theo. Cỏc đường dẫn chuyển mạch nhón LSP sử dụng cỏc tiếp cận này gọi là cỏc đường dẫn L-LSP, ở đú thụng tin về chất lượng dịch vụ được suy ra một phần từ nhón MPLS.
TE khụng phõn biệt cỏc loại lưu lượng. Để mang lưu lượng dữ liệu và thoại trờn cựng một mạng, cú thể cần phải tớnh riờng mức độ lưu lượng thoại được truyền trờn mạng để dung cấp những đảm bảo khắt khe hơn về chất lượng dịch vụ.
3.2.3.2 Thiết kế lƣu lƣợng TE nhận biết về DiffServ (DS-TE)
DS-TE khụng chỉ cho phộp việc cấu hỡnh trờn vựng global cho việc tớnh đến băng