1.5.1. Các bước hoạt động của MPLS
Các bƣớc sau đây phải đƣợc đƣa cho một gói dữ liệu di chuyển thông qua một miền MPLS.
- Tạo và phân phối nhãn.
- Tạo bảng cho mỗi bảng định tuyến. - Tạo đƣờng chuyển mạch nhãn. - Gán nhãn dựa trên tra cứu bảng. - Truyền gói tin.
Nguồn gửi dữ liệu của nó đến đích. Trong một miền MPLS, không phải tất cả các nguồn lƣu lƣợng truy cập nhất thiết phải đƣợc vận chuyển thông qua cùng một đƣờng dẫn. Tùy thuộc vào đặc điểm lƣu thông, những LSP khác nhau có thể đƣợc tạo ra cho các gói tin với các yêu cầu COS khác nhau.
Trong hình 1-16 LER1 là xâm nhập và LER4 là các bộ định tuyến đi ra.
Hình 1-16 LSP sáng tạo và chuyển tiếp gói dữ liệu thông qua một miền MPLS
Bảng 1-2 Minh họa các bƣớc hoạt động MPLS xảy ra trên các gói dữ liệu trong một miền MPLS
Hoạt động
MPLS Mô tả
Tạo nhãn và phân phối nhãn
- Trƣớc khi bắt đầu lƣu lƣợng truy cập các bộ định tuyến thực hiện các quyết định để ràng buộc một nhãn cho một FEC cụ thể và xây dựng các bảng của họ.
• Trong LDP, bộ định tuyến nguồn bắt đầu phân phối của các nhãn và ràng buộc các nhãn / FEC.
• Ngoài ra, lƣu lƣợng liên quan đến đặc điểm và khả năng MPLS đƣợc đàm phán bằng cách sử dụng LDP. • Một giao thức vận chuyển đáng tin cậy và ra lệnh nên đƣợc sử dụng cho các giao thức báo hiệu. LDP sử dụng giao thức TCP.
Tạo bảng
•Nhận các ràng buộc nhãn mỗi LSR tạo ra các mục trong cơ sở thông tin nhãn (LIB).
• Nội dung của bảng sẽ xác định bản đồ giữa một nhãn và một FEC.
• Lập bản đồ giữa các cổng đầu vào và bảng nhãn đầu vào cho các cổng đầu ra và đầu ra bảng nhãn. • Các mục đƣợc cập nhật bất cứ khi nào đàm phán lại các cam kết ràng buộc nhãn xảy ra.
Chuyển mạch nhãn
tạo đƣờng dẫn
Nhƣ đã chỉ ra bởi các đƣờng đứt nét màu xanh trong hình 1-16, LSPs đƣợc tạo ra theo hƣớng ngƣợc lại để tạo ra các mục trong các libs.
Chèn nhãn/ bảng tra
cứu
• Các bộ định tuyến đầu tiên (LER1 trong hình 1-16) sử dụng các bảng LIB để tìm bƣớc kế tiếp và yêu cầu một nhãn cho FEC cụ thể.
• Bộ định tuyến tiếp theo chỉ cần sử dụng các nhãn để tìm bƣớc kế tiếp.
• Một khi gói tin đến đích LSR (LER4), nhãn hiệu đƣợc lấy ra và gói tin đƣợc cung cấp đến đích.
Chuyển tiếp gói tin
Với tài liệu tham khảo Hình 1-16 cho phép kiểm tra đƣờng dẫn của một gói tin đến đích của nó từ LER1, LSR xâm nhập, để LER4, LSR đi ra.
1. LER1 có thể không có bất kỳ nhãn cho gói tin này vì nó là sự xuất hiện đầu tiên của yêu cầu này. Trong một mạng IP, nó sẽ tìm thấy địa chỉ dài nhất phù hợp với tìm bƣớc kế tiếp. LSR1 là bƣớc kế tiếp cho LER1.
2. LER1 sẽ bắt đầu một yêu cầu nhãn đối với LSR1. 3. Yêu cầu này sẽ lan truyền qua mạng nhƣ đƣợc chỉ ra bởi các đƣờng đứt nét màu xanh lá cây.
4. Mỗi bộ định tuyến trung gian sẽ nhận đƣợc một nhãn từ router nguồn của nó bắt đầu từ LER2 và đi ngƣợc dòng cho khi đến LER1. Thiết lập LSP đƣợc chỉ định bởi các đƣờng đứt nét màu xanh bằng cách sử dụng LDP hoặc bất kỳ tín hiệu giao thức khác. Nếu kỹ thuật lƣu lƣợng là cần thiết, CR-LDP sẽ đƣợc sử dụng trong việc xác định các thiết lập đƣờng dẫn thực tế để đảm bảo các yêu cầu QoS / CoS đƣợc tuân thủ.
5. LER1 sẽ chèn nhãn và chuyển tiếp các gói tin LSR1.
6. Mỗi LSR tiếp theo, tức là, LSR2 và LSR3, sẽ kiểm tra các nhãn trong các gói tin nhận đƣợc, thay thế nó với các nhãn đi và chuyển tiếp nó.
7. Khi gói tin đến LER4, nó sẽ loại bỏ các nhãn hiệu bởi vì các gói tin xuất phát từ một miền MPLS và cung cấp nó đến đích.
8. Các dữ liệu thực tế dẫn đƣờng tiếp theo là gói tin đƣợc chỉ định bởi các đƣờng đứt nét màu đỏ.
Bảng 1-3 Cho thấy một ví dụ đơn giản của các bảng LIB.
Bảng 1-3 Ví dụ về Bảng LIB
Cổng vào Nhãn cổng vào Cổng ra Nhãn cổng ra
1 3 3 6
2 9 1 7
Nó là ví dụ để xem xét hai dòng gói dữ liệu vào một miền MPLS:
• Một gói dòng là một trao đổi dữ liệu thƣờng xuyên giữa các máy chủ (ví dụ, Giao thức truyền tệp FTP).
• Các dòng gói tin khác là một dòng video chuyên sâu, đòi hỏi các thông số kỹ thuật lƣu lƣợng của QoS (ví dụ nhƣ cầu truyền hình).
• Những dòng gói tin đƣợc phân loại thành 2 FECs riêng biệt tại LSR xâm nhập.
• Nhãn ánh xạ kết hợp với các dòng 3 và 9, tƣơng ứng. • Các cổng đầu vào tại LSR là 1 và 2, tƣơng ứng.
• Các giao diện đầu ra tƣơng ứng là 3 và 1, tƣơng ứng.
• Nhãn trao đổi cũng phải đƣợc thực hiện, và các nhãn trƣớc đó phải đƣợc trao đổi cho 6 và 7, tƣơng ứng.
1.5.2 Đƣờng hầm trong MPLS
Một tính năng độc đáo của MPLS là nó có thể kiểm soát toàn bộ đƣờng dẫn của một gói tin mà không có chỉ định rõ các thiết bị định tuyến trung gian. Nó làm điều này bằng cách tạo ra các đƣờng hầm thông qua các thiết bị định tuyến trung gian có thể mở rộng nhiều đoạn. Khái niệm này đƣợc sử dụng trong mạng dự phòng riêng ảo dựa trên MPLS.
Xem xét các kịch bản trong hình 1-17. LERs (LER1, LER2, LER3, và LER4) tất cả các sử dụng BGP và tạo ra một LSP giữa chúng (LSP 1). LER1 là nhận thức đƣợc rằng điểm đến tiếp theo của nó là LER2, khi nó đƣợc vận chuyển dữ liệu nguồn, phải đi qua hai phân đoạn của mạng. Đổi lại, LER2 biết rằng LER3 là điểm đến tiếp theo của nó. Những LERs này sẽ sử dụng LDP để nhận và lƣu trữ nhãn từ Ler đi ra (LER4 trong kịch bản này) tất cả các cách để xâm nhập Ler (LER1).
Hình 1-17 Đường hầm trong MPLS
Tuy nhiên, cho LER1 để gửi dữ liệu của nó tới LER2, nó phải đi qua một số LSRs. Do đó, một LSP riêng biệt (LSP 2) đƣợc tạo ra giữa hai LERs (LER1 và LER2) kéo dài LSR1, LSR2, và LSR3. Điều này, có hiệu lực, đại diện cho một đƣờng hầm giữa hai LERs. Các nhãn trong đƣờng dẫn này là khác nhau từ
các nhãn các LERs tạo ra cho LSP1. Điều này chứa sự thật cho LER3 và LER4, cũng nhƣ cho LSRs ở giữa chúng. LSP 3 đƣợc tạo ra cho đoạn này.
Để đạt đƣợc điều này, các khái niệm về một chồng nhãn đƣợc sử dụng khi vận chuyển các gói dữ liệu thông qua hai phân đoạn mạng. Khi một gói tin phải đi qua LSP1, LSP 2, và LSP 3, nó sẽ mang theo hai nhãn đầy đủ tại một thời điểm. Cặp đôi này đƣợc sử dụng cho từng phân đoạn: (1) thứ nhất phân khúc nhãn cho LSP 1 và LSP 2 và (2) thứ hai phân khúc nhãn cho LSP 1 và LSP 3.
Khi gói tin ra khỏi mạng đầu tiên và nhận đƣợc LER3, nó sẽ loại bỏ các nhãn cho LSP 2 và thay thế nó với nhãn LSP 3, trong khi trao đổi LSP 1 nhãn trong gói tin với nhãn tiếp theo. LER4 sẽ loại bỏ cả hai nhãn trƣớc khi gửi gói tin đến đích.
Tóm tắt chƣơng 1
Chƣơng này giới thiệu tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, những thành phần chính của MPLS. Chức năng cơ bản nhất của MPLS là phục vụ cho việc chuyển gói dữ liệu bằng thuật toán chuyển mạch nhãn trên đƣờng dẫn bằng kỹ thuật định tuyến dựa vào địa chỉ đích. Giao thức LDP, CR-LDP, RSVP-TE, BGPv4 sẽ xây dựng đƣờng chuyển mạch nhãn gọi là LSP.
Chuyển tiếp các gói tin có gắn nhãn có ƣu điểm so với chuyển tiếp các gói tin IP bởi vì nó kết hợp những lợi ích của chuyển mạch nhãn cũng đƣợc thành lập trong công nghệ Frame Relay và ATM với sự dễ dàng của việc triển khai của các mạng IP. Phƣơng pháp chuyển tiếp các gói tin mới này thúc đẩy các phát minh những ứng dụng thành công mới bằng cách sử dụng chuyển tiếp dựa trên nhãn: MPLS VPN, kỹ thuật lƣu lƣợng AToM, và VPLS.
CHƢƠNG 2. KHÔI PHỤC LỖI ĐẢM BẢO QoS TRONG MPLS 2.1. Chất lƣợng dịch vụ trong MPLS
Có hai loại kiến trúc để bổ sung cho khả năng chất lƣợng dịch vụ QoS đó là các dịch vụ tích hợp (IntServ) và các dịch vụ phân biệt (DiffServ). Các dịch vụ IntServ duy trì chất lƣợng dịch vụ QoS đầu cuối – đầu cuối cho mỗi một hoặc một nhóm luồng (flow) với sự trợ giúp của giao thức RSVP. Trong mô hình DiffServ, mỗi gói tin khi vào mạng hỗ trợ DiffServ sẽ đƣợc nhóm lại thành một số các lớp nhỏ. Mỗi lớp có màu hoặc đƣợc đánh dấu liên quan (sử dụng các bit DSCP). Đây chính là việc phân loại gói tin có khả năng mở rộng và đảm bảo băng thông cũng nhƣ độ trễ xác định mạng lõi. Mỗi nút mạng trong mạng lõi sẽ đƣợc áp đặt các chính sách bỏ bớt hoặc xếp hàng khác nhau cho mọi gói tin, dựa trên dấu mà gói tin mang (xử lý theo từng chặng – PHB Per Hop Behavior) [2].
Hình 2- 1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP
2.1.1 MPLS kết hợp DiffServ [1]
Trong kiến trúc MPLS và DiffServ, các gói tin đƣợc đánh dấu với DSCP sẽ đi vào mạng MPLS và phƣơng thức PHB là áp đặt bởi mọi LSR dọc theo đƣờng dẫn gói tin. Khi các LSR không biết về header IP, phƣơng thức PHB đạt đƣợc bằng cách xem xét các thông tin khác. Có hai cách tiếp cận thƣờng đƣợc sử dụng để đánh dấu lƣu lƣợng qua mạng MPLS trong vấn đề xử lý QoS. Trong phƣơng thức thứ nhất, thông tin màu DiffServ đƣợc ánh xạ vào trƣờng EXP của header chèn MPLS. Trƣờng này cho phép đánh dấu lên đến 8 loại chất lƣợng
dịch vụ so với 64 đối với trƣờng DSCP trong gói tin IP. Việc quản lý các gói tin (PHB) tại mỗi chặng trong mạng MPLS đƣợc làm dựa trên trƣờng EXP. Các đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn LSP mà sử dụng cách tiếp cận này đƣợc gọi là E- LSP, ở đó thông tin QoS đƣợc lấy ra từ các bit EXP.
Một cách khác, mỗi nhãn liên quan với một gói tin MPLS mang một phần của dấu DiffServ mà xác định gói tin sẽ đƣợc xếp hàng nhƣ thế nào. Phần ƣu tiên bỏ bớt của dấu DiffServ đƣợc mang các bit EXP (nếu header chèn MPLS đƣợc dùng) hoặc trên trƣờng nào đó dùng cho mục đích này của công nghệ lớp dƣới (bit CLP mạng ATM hay bit DE trên mạng Frame Relay). Bộ định tuyến LSR đầu vào sẽ xem xét các bit DSCP trong header IP (tƣơng tự nhƣ các bit CLP/DE trong mạng ATM/ Frame Relay) và lựa chọn một đƣờng dẫn LSP mà đã đƣợc cung cấp cho mức chất lƣợng dịch vụ QoS đó. Tại bộ định tuyến đầu ra, nhãn là đƣợc bỏ đi gói tin với các bit DSCP nhƣ ban đầu đƣợc gửi đến chặng IP tiếp theo. Các đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn LSP sử dụng các tiếp cận này gọi là các đƣờng dẫn L-LSP, ở đó thông tin về chất lƣợng dịch vụ đƣợc suy ra một phần từ nhãn MPLS.
TE không phân biệt các loại lƣu lƣợng. Để mang lƣu lƣợng dữ liệu và thoại trên cùng một mạng, có thể cần phải tính riêng mức độ lƣu lƣợng thoại đƣợc truyền trên mạng để cung cấp đảm bảo khắt khe hơn về chất lƣợng dịch vụ.
2.1.2 Thiết kế lưu lượng TE nhận biết về DiffServ (DS-TE)
DS-TE không chỉ cho phép việc cấu hình trên vùng toàn cầu (global) cho việc tính đến băng thông mà còn cho phép cấu hình trên vùng phụ (sub-pool) hạn chế mà có thể sử dụng cho lƣu lƣợng mạng có mức độ phân cấp cao hơn nhƣ thoại hoặc các ứng dụng khác. Băng thông còn dƣ cả trên vùng global và vùng phụ hạn chế là đƣợc quảng cáo bởi IGP LSA hoặc TLV, đảm bảo rằng bộ định tuyến LSR có đƣợc thông tin về băng thông còn dƣ khi chấp nhận các đƣờng dẫn LSP mới cho thoại hoặc các lƣu lƣợng phân cấp cao. Với cách thức này, các nhà cung cấp dịch vụ, phụ thuộc và mức độ SLA có thể lựa chọn để đặt trƣớc lớn hơn các lớp phân cấp thấp hoặc thậm chí đặt trƣớc thấp hơn lƣu lƣợng có độ ƣu tiên cao hơn để tƣơng thích với các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ.
DiffServ-TE tăng cƣờng cho MPLS thực hiện định tuyến có ràng buộc (tính toán đƣờng dẫn) trên một tập xác định (hạn chế) các vùng phụ mà ở đó băng thông đƣợc dành riêng cho lƣu lƣợng có độ phân cấp cao. Khả năng này thỏa mãn nhiều hơn ràng buộc về băng thông hạn chế sẽ chuyển thành khả năng
đạt đƣợc chất lƣợng dịch vụ cao hơn (về khía cạnh đỗ trễ, mất gói tin) cho lƣu lƣợng sử dụng vùng phụ.
DS-TE liên quan đến việc mở rộng OSPF và IS-IS để băng thông còn dƣ trên vùng phụ tại mỗi mức độ ƣu tiên là đƣợc quảng cáo kèm thêm với vùng băng thông toàn cầu tại mỗi mức độ ƣu tiên. Hơn nữa, DS-TE thay đổi việc định tuyến có ràng buộc để tính đến các thông tin cần quảng cáo phức tạp hơn, trong quá trình tính toán đƣờng dẫn. Việc sử dụng đặc trƣng với DS-TE là cho các dịch vụ mô phỏng đƣờng kênh thuê riêng hoặc đƣờng trục cho thoại, khi mà kết nối điểm – điểm đảm bảo thỏa mãn các điều kiện biên của jitter và trễ/ băng thông [1].
2.2 Phát hiện lỗi
Kỹ thuật MPLS là một công nghệ hứa hẹn mang đến nhiều tiện ích nhờ vào khả năng truyền tích hợp nhiều loại gói dịch vụ vào trong cùng một kênh truyền. Cùng với khả năng hỗ trợ sử dụng các kỹ thuật lƣu lƣợng và DiffServ đã giúp MPLS trở thành mô hình cung ứng QoS tốt nhất.
Hơn nữa, MPLS còn là mô hình chịu lỗi và khắc phục lỗi tốt nhất, nhờ vào các giao thức định tuyến có ràng buộc CBR cùng với các cơ chế bảo vệ và phục hồi với tính năng mềm dẻo cao giúp lƣu lƣợng vẫn đảm bảo đƣợc độ ổn định khi xảy ra sự cố.
Trong thực tế các lỗi có thể xuất hiện ở bất cứ đâu trong mạng. Từ lớp vật lý nhƣ các thiết bị truyền dẫn cho đến các lớp cao hơn nhƣ lớp mạng hay lớp ứng dụng . Tƣơng ứng với những loại lỗi này là các phƣơng pháp bảo vệ và phục hồi tƣơng ứng.
Quản lý phần cứng: Trong mạng thƣờng có các thiết bị phần cứng hoặc phần mềm đặc trƣng dùng để theo dõi sự cố. Khi chúng bị hƣ, ta có thể phát hiện đƣợc và thay thế bằng thiết bị khác.
Mất tín hiệu tại các liên kết: Nếu tín hiệu là điện thì lỗi có thể đƣợc phát hiện ở cả hai phía. Nếu tín hiệu là ánh sáng (cáp quang) thì nút nguồn sẽ đƣợc nhận thông báo có sự cố tại nút đích (phát hiện lỗi) thông qua các giao thức quản lý liên kết (LMP) thích hợp cho từng thiết bị.
Sử dụng các loại giao thức báo hiệu nhƣ RSVP sử dụng gói tin Hello để duy trì liên kết. Hay các giao thức định tuyến nhƣ OSPF gửi các gói tin Hello khoảng 30 phút một lần, và khi có sự thay đổi trong mô hình mạng thì sẽ gửi thông báo cho mọi nút mạng thuộc cùng một miền.
2.3 Bảo vệ và phục hồi MPLS
Nhƣ đã nói ở trên có nhiều phƣơng pháp bảo vệ tƣơng ứng với loại sự cố xảy ra trong mạng và mô hình mạng đang sử dụng. Ví dụ nhƣ trong mạng SDH/SONET có mô hình mạng vòng, ta có thể sử dụng các phƣơng pháp bảo vệ nhƣ SONET/UPSR, SONET/BLSR,v.v...
Với MPLS cũng tƣơng tự nhƣ vậy, có nhiều cách để bảo vệ và khôi phục đƣờng truyền dữ liệu khi có sự cố. Nhƣng do MPLS là mô hình mạng hybrid đƣợc thiết kế để hoạt động trên nền IP. Hoạt động của MPLS gắn chặt với các giao thức định tuyến nên trong đề tài này chỉ đề cập tới vấn đề khôi phục trong MPLS dựa trên lớp mạng.
Các thuật ngữ đƣợc sử dụng để khôi phục đƣờng trong MPLS đƣợc định