1.4.1 Ưu điểm của công nghệ MPLS
a. Đơn giản hoá chức năng chuyển tiếp
MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố định nên quyết định chuyển tiếp có thể xác định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục trong LFIB. Cơ chế n¯y đơn gi°n v¯ nhanh hơn nhiều so với gi°i thuật “longest prefix match” dùng trong chuyển tiếp gói datagram thông th-ờng.
b. Kỹ thuật l-u l-ợng
-u điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật l-u l-ợng (TE: Traffic Engineering), nó đảm bảo l-u l-ợng đ-ợc định tuyến đi qua một mạng theo một cách thức tin cậy và hiệu quả nhất. Kỹ thuật l-u l-ợng cho phép các ISP định tuyến l-u l-ợng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách hàng ở khía cạnh thông l-ợng và độ trễ. MPLS-TE cho phép l-u l-ợng đ-ợc phân bố hợp lý qua toàn bộ hạ tầng mạng, tối -u hóa hiệu suất sử dụng mạng. Đây cũng là đối t-ợng nghiên cứu chính của đề tài này và sẽ đ-ợc trình bày kỹ ở các ch-ơng tiếp theo.
c. Định tuyến QoS từ nguồn
Định tuyến QoS từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR đ-ợc xác định tr-ớc ở nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một số thông tin về độ khả dụng tài nguyên trong mạng cũng nh- yêu cầu QoS của luồng l-u l-ợng. Nói cách khác, nó là một giao thức định tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn đ-ờng để bao gồm các tham số nh- băng thông khả dụng, việc sử dụng link và đ-ờng dẫn end-to-end, độ chiếm dụng tài nguyên của nút, độ trễ và biến động trễ.
d. Mạng riêng ảo VPN
VPN là cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng giống nh- thuê kênh riêng nh-ng với chi phí thấp hơn bằng cách sử dụng hạ tầng mạng công cộng dùng
chung. Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết để hỗ trợ VPN bằng cách thiết lập các đ-ờng hầm LSP sử dụng định tuyến t-ờng minh. Do đó, MPLS sử dụng các đ-ờng hầm LSP cho phép nhà khai thác cung cấp dịch vụ VPN theo cách tích hợp trên cùng hạ tầng mà họ cung cấp dịch vụ Internet. Hơn nữa, cơ chế xếp chồng nhãn cho phép cấu hình nhiều VPN lồng nhau trên hạ tầng mạng.
e. Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical Forwarding)
Thay đổi đáng kể nhất đ-ợc MPLS đ-a ra không phải ở kiến trúc định tuyến mà là kiến trúc chuyển tiếp. Sự cải tiến trong kiến trúc chuyển tiếp có tác động đáng kể đến khả năng cung cấp chuyển tiếp phân cấp. Chuyển tiếp phân cấp cho phép lồng một LSP vào trong một LSP khác (xếp chồng nhãn hay còn gọi là điều khiển gói đa cấp). Thực ra chuyển tiếp phân cấp không phải là kỹ thuật mới; ATM đã cung cấp cơ chế chuyển tiếp 2 mức với khái niệm đ-ờng ảo (VP) và kênh ảo (VC). Tuy nhiên MPLS cho phép các LSP đ-ợc lồng vào nhau một cách tùy ý, cung cấp điều khiển gói đa cấp cho việc chuyển tiếp.
f. Khả năng mở rộng (Scalability)
Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt toàn diện hơn giữa định tuyến liên miền (inter-domain) và định tuyến nội miền (intra-domain), điều này cải thiện đáng kể khả năng mở rộng của các tiến trình định tuyến. Hơn nữa, khả năng mở rộng của MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng), và xếp chồng nhãn để hợp nhất (merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP. Ngoài ra, nhiều LSP liên kết với các FEC khác nhau có thể đ-ợc trộn vào cùng một LSP. Sử dụng các LSP lồng nhau cũng cải thiện khả năng mở rộng của MPLS.
1.4.2 Nh-ợc điểm của công nghệ MPLS
Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt do không có mặt phẳng điều khiển chung cho các môi tr-ờng chuyển tải khác nhau.
Với môi tr-ờng chỉ gồm các phần tử PSC, MPLS là sự lựa chọn tuyệt vời. Nh-ng trên thực tế, hạ tầng viễn thông tại các khu vực cụ thể bao giờ cũng gồm nhiều node chuyển tải khác nhau (TDM, LSC, FSC .v.v.). Yêu cầu của các nhà cung cấp dịch vụ là một công nghệ có thể điều khiển xuyên suốt End to End, dễ
dàng triển khai các dịch vụ mới và tận dụng tối đa các hạ tầng sẵn có đồng thời có thể nâng cấp, cải thiện mạng một cách dễ dàng. GMPLS là một công nghệ nh- thế.
Ch-ơng II: Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS
2.1 Giới thiệu về công nghệ GMPLS
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS là sự kế thừa và hội tụ những -u điểm của những công nghệ tr-ớc đó. Đ-ợc xây dựng và hoàn thiện trên nền của công nghệ MPLS, công nghệ GMPLS cho phép thiết lập một mặt phẳng điều khiển chung cho tất cả các môi tr-ờng chuyển mạch (TDMC, PSC, LSC, FSC) có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối xuyên qua các môi tr-ờng mạng không đồng nhất. Thông qua việc mở rộng các giao thức cho chức năng báo hiệu, định tuyến và quản lý đ-ờng, công nghệ GMPLS cho phép nâng cao chất l-ợng mạng đồng thời mở ra khả năng đáp ứng các dịch vụ mới một cách nhanh chóng, thuận tiện.
2.1.1 Từ MPLS đến GMPLS
Sự chuyển đổi từ MPLS sang GMPLS thể hiện qua việc mở rộng các giao thức cho chức năng báo hiệu (RSVP-TE, CR-LDP) và chức năng định tuyến (OSPE-TE, IS-IS-TE). Việc mở rộng các giao thức này là nhằm bổ sung thêm các chức năng cho các phần tử mạng TDM/SDH, WDM, FSC.
Một giao thức mới đó là giao thức quản lý đ-ờng LMP (Link- Management Protocol) đ-ợc xây dựng để thực hiện quản lý và duy trì tình trạng điều khiển cũng nh- tình trạng truyền tải l-u l-ợng giữa hai nút kế cận trong mạng GMPLS. LMP là một giao thức thực hiện trên IP, nó bao gồm các chức năng thực hiện RSVP-TE và CR-LDP.
Bảng sau tổng kết các giao thức và sự mở rộng cho GMPLS.
Giao thức Mô tả
Định tuyến OSPF-TE, IS-IS-TE
Là các giao thức tự động tìm đ-ờng ngắn nhất đáp ứng yêu cầu về băng thông và loại hình bảo vệ mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP.
Giao thức Mô tả
Báo hiệu RSVP-TE, CR-LDP
Là các giao thức để thực hiện kỹ thuật l-u l-ợng giữa các LSP. Chuyển giao l-u l-ợng bao gồm cả loại hình l-u l-ợng không phải là dạng gói, thực hiện báo hiệu hai chiều giữa các LSP để xác định tuyến dự phòng cho tr-ờng hợp bảo vệ. Thực hiện gán nhãn cho ph-ơng thức chuyển mạch nhãn b-ớc sóng, các b-ớc sóng cận kề nhau đ-ợc chuyển mạch theo cùng một h-ớng.
Quản lý đ-ờng LMP
Giao thức này thực hiện 2 chức năng chính: - Quản lý kênh điều khiển: Đảm bảo việc thực hiện theo cơ chế đàm phán thông qua các tham số đ-ờng thông để đảm bảo tình trạng của đ-ờng thông luôn đ-ợc theo dõi.
- Kiểm tra các kết nối trên nút mạng: nhằm duy trì hoạt động của các kết nối giữa các nút mạng kề cận nhau thông qua các gói tin kiểm tra.
2.1.2 Thiết lập LSP trong mạng GMPLS
a. Nhãn tổng quát và sự phân bổ nhãn
GMPLS đ-ợc mở rộng để hỗ trợ các phần tử mạng truyền tải thông tin từ đầu cuối tới đầu cuối thông qua nhiều mạng với các công nghệ khác nhau với tốc độ xử lý truyền tải khác nhau.
Để thực hiện đ-ợc điều này trong công nghệ GMPLS, ng-ời ta chèn thêm thông tin trong các nhãn MPLS. Định dạng mới này của nh±n được gọi l¯ “nh±n tổng qu²t”. Thông qua nh±n tổng qu²t các thiết bị thu nhận dữ liệu ở các dạng nguồn khác nhau (nh- là gói tin trong mạng chuyển mạch gói, các khung ghép kênh dữ liệu trong mạng TDM, b-ớc sóng mang dữ liệu trong mạch truyền tải quang..). Một nhãn tổng quát có thể đại diện cho một b-ớc sóng sợi quang đơn lẻ hoặc một time-slot, ngoài ra nó còn đại diện cho dữ liệu của các nguồn l-u l-ợng khác đã thực hiện với nhãn MPLS nh- là VCC trong ATM, phần gắn thêm (shim) trong gói tin IP. Các thông tin sau đây cần phải có trong nhãn tổng quát:
1. Dạng của LSP để chỉ thị loại l-u l-ợng mà LSP cần chuyển tải (ví dụ: gói tin, b-ớc sóng .v.v.)
2. Loại hình chuyển mạch để chỉ thị cho nút mạng khi nào sẽ thực hiện các loại hình chuyển mạch khác nhau: chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh, chuyển mạch b-ớc sóng, chuyển mạch sợi quang để chuyển tiếp gói tin qua nút mạng.
3. Phần xác định tải tin để chỉ thị loại hình tải tin đ-ợc truyền tải bởi LSP (ví dụ nh-: ATM, Ethernet .v.v.)
T-ơng tự nh- MPLS, sự phân bố nhãn đ-ợc khởi đầu từ việc yêu cầu phân bố nhãn từ đ-ờng lên (upstream) đối với đ-ờng xuống (downstream) của LSP. GMPLS thực hiện bằng cách cho phép đ-ờng lên của LSR đề xuất tr-ớc giá trị của nhãn cho một LSP và giá trị nhãn này có thể đ-ợc thay thế bằng giá trị nhãn gửi trả lại từ đ-ờng xuống của LSP.
b. Kiến tạo các LSP trong mạng GMPLS
Thiết lập một LSP trong mạng GMPLS cũng giống nh- trong mạng MPLS. Các thành phần SDH trong mạng TDM hoạt động theo cấu trúc Ring UPSR STM-16. Trong hình 35, hai mạng TDM kết nối với nhau thông qua hai phân tử OXC có khả năng chuyển mạch các chùm b-ớc sóng mang l-u l-ợng STM-16. Mục tiêu cần thực hiện trong cấu trúc này là thiết lập đ-ợc một LSP giữa LSR1 và LSR4
Hình 35: Thiết lập LSP qua môi tr-ờng mạng không đồng nhất
Để thiết lập LSPpc giữa LSR1 và LSR4, các LSP trung gian trong mạng cần đ-ợc xây dựng theo kiểu đ-ờng hầm.
Quá trình này đ-ợc khởi động bằng việc gửi bản tin PATH/Label tới đầu kết cuối từ đ-ờng xuống, nó chứa đựng thông tin về cấu hình LSP. DCS- ingress sẽ gửi bản tin tới OXC1 và kết thúc bản tin tại DCS- egress. Khi OXC1 nhận đ-ợc bản tin nó sẽ tạo ra một LSP giữa nó và OXC2. Chỉ khi LSP này đ-ợc tạo lập thì các LSP giữa DCS-ingress và DCS-egress mới đ-ợc tạo lập (các LSPtdi).
Bản tin PATH/Label chứa thông tin yêu cầu nhãn tổng quát trong đó mô tả dạng của LSP và loại hình tải tin. Các tham số khác nh- loại báo hiệu, bảo vệ, h-ớng của LSP và các nhãn đề xuất đ-ợc chỉ thị trong bản tin này. Trên đ-ờng xuống, mỗi nút mạng sẽ gửi các bản tin theo h-ớng ng-ợc lại RESV/ label Manpping có nhãn tổng quát chứa một vài nhãn tổng quát khác.
Khi LSR1 nhận đ-ợc nhãn tổng quát nó thực hiện việc thiết lập một LSP qua từng chặng của mạng bằng bản tin RSVP/PATH . Quá trình nói trên diễn ra nh- sau:
b1. Tạo lập LSP giữa OXC1và OXC2 (LSP) với dung l-ợng truyền tải STM-64 làm đ-ờng hầm cho các LSP khác (tdi, tdm, pi, pc).
b2. Tạo lập LSP giữa DS-1 và DS-2 (LSP bên trong hai mạng TDM đ-ợc tạo lập tr-ớc khi tạo lập LSP này).
b3. Tạo lập LSP giữa LSR2 và LSR3 (LSPpi). b4. Tạo lập LSP giữa LSR1 và LSR4.
c. Cấu hình LSP (LSP Configuration).
Để tạo lập một LSP từ phạm vi mạng truy nhập, cần phải thiết lập vài LSP khác dọc theo tuyến từ nút đầu tới nút cuối. Các LSP trung gian có thể đ-ợc tạo lập thông qua các thiết bị TDM hoặc LSC. Các thiết bị này có thể có những đặc điểm riêng khác nhau do vậy chức năng GMPLS cần phải thống nhất đ-ợc các đặc tính khác nhau đó để tạo lập các LSP từ đầu cuối tới đầu cuối.
Để giải quyết đ-ợc bài toán trên có 2 khái niệm quan trọng đ-ợc xây dựng trong GMPLS đó là nhãn đề xuất (Suggested Label) và LSP hai h-ớng (Bidirectional LSP).
(1) Nhãn đề xuất:
Một đ-ờng lên tại một node có thể lựa chọn một nhãn đề xuất với đ-ờng xuống có quyền từ chối các tham số thiết lập LSP do nhãn đề xuất đ-a ra và đề xuất các tham số của mình.
Nhãn đề xuất cho phép các DCS tự định cấu hình của mình bằng nhãn đề nghị (Proposed Lable) thay vì chờ nhãn phản hồi từ h-ớng ng-ợc lại trên đ-ờng xuống, nhãn đề xuất đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập các đ-ờng dự phòng LSP trong tr-ờng hợp có sự h- hỏng tuyến. Tuy nhiên, nếu trong tr-ờng hợp thiết bị đ-ờng truyền xuống từ chối nhãn đề xuất và đ-a ra đề nghị riêng của node về tham số kiến tạo LSP thì thiết bị đ-ờng xuống sẽ phải định lại cấu hình với nhãn mới.
(2) LSP hai h-ớng:
LSP hai h-ớng có nhiệm vụ bảo vệ chống lại những h- hỏng của mạng, giống nh- cấu hình RING trong mạng truyền dẫn cáp quang. Bài toán này đ-ợc giải quyết bằng cách thực hiện các LSP hai chiều đơn h-ớng, mỗi LSP một h-ớng sẽ là dự phòng cho LSP h-ớng kia. LSP hai h-ớng sẽ thực hiện kỹ thuật
l-u l-ợng và cơ chế phục hồi giống nhau trên mỗi h-ớng. GMPLS thực hiện chức năng kiến tạo các LSP hai h-ớng thông qua một tập các bản tin giao thức báo hiệu (ví dụ các bản tin RSVP/PATH và RESV).
d. Chuyển tiếp LSP cận kề (Forwarding Adjacency LSP)
Chức năng FA_LSP này đ-ợc thực hiện trên cơ sở các LSP của mạng GMPLS để truyền tải các LSP khác. Khi một FA- LSP đ-ợc thiết lập giữa hai nút mạng GMPLS, nó đ-ợc xem nh- là một đ-ờng kết nối ảo có những đặc tính kỹ thuật l-u l-ợng riêng biệt và đ-ợc thông báo cho chức năng OSPF/IS-IS nh- một đ-ờng thông giống nh- một đ-ờng thông vật lý. Một FA-LSP đ-ợc l-u vào dữ liệu định tuyến đ-ờng và có thể đ-ợc đánh số hoặc không đánh số tuỳ thuộc vào việc nó có đ-ợc xem là một đ-ờng thông bình th-ờng hay không.
Hình 36 mô tả hoạt động của một LSPtdm. ở đây nó đ-ợc xem nh- là một đ-ờng thông kết nối giữa hai thiết bị định tuyến gói trong mạng PSC thay vì đó là một đ-ờng thông kết nối vật lý nh- trong mạng TDM.
Hình 36: Cơ chế chuyển tiếp cận kề
e. Phân cấp LSP
Hình 37 đ-a ra một cấu trúc mạng (bao gồm các lớp truy nhập, lớp lõi và lớp mạng trục). Khi nhu cầu kết nối trên mạng tăng lên, nếu nh- các node mạng không có cơ chế sử dụng băng thông một cách mềm dẻo, thì vấn đề là rất khó giải quyết vì mỗi băng thông kết nối vật lý STM-64 giữa hai chuyển mạch OXC của mạng đ-ờng trục cũng không thể truyền tải một dòng l-u l-ợng yêu cầu với
tốc độ 100Mbps từ lớp truy nhập. Bài toán này có thể dễ dàng giải quyết bằng cơ chế LSP nh- mô tả ở trên.
Hình 37: Cấu trúc phân cấp mạng
Trong hình 37, các PSC-LSP sẽ đ-ợc nhóm vào trong các TDM-LSP, các TDM-LSP này lại tiếp tục đ-ợc nhóm vào trong các FSC-LSP tại các thiết bị LSC, các LSC-LSP này lại tiếp tục đ-ợc nhóm vào trong các FSC-LSP tại các thiết bị FSC.
Nh- vậy băng thông của các dòng l-u l-ợng sẽ đ-ợc thực hiện theo cơ chế ghép nhóm và chuyển tiếp theo cấu hình phân cấp. Trong GMPLS đã chỉ rõ cấu hình phân cấp này để tạo ra các cấp LSP khác nhau từ cao đến thấp. Hình 38 thể hiện cấu trúc phân cấp này.
g. Bó đ-ờng
Trong t-ơng lai một mạng cáp quang cần phải quản lý có thể lên tới hàng