Cú hai chế độ hoạt động: chế độ khung (Frame- mode) và chế độ tế bào (Cell- mode). Cỏc chế độ hoạt động này sẽ được phõn tớch chi tiết trong phần sau đõy.
3.4.1 Chế độ hoạt động khung
Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong mụi trường cỏc thiết bị định tuyến thuần nhất định tuyến cỏc gúi tin IP điểm- điểm. Cỏc gúi tin gỏn nhón được chuyển tiếp trờn cơ sở khung lớp 2.
Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ hoạt động này được mụ tả trong hỡnh dưới đõy.
57
Hỡnh 3.2 - Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung.
LSR biên 1 POP LSR biên 2 POP LSR lõi 2 LSR lõi 1 LSR lõi 3 B-ớc 1: nhận gói IP tại biên LSR IP đích: 192.1.1.3 Gói IP 30 B-ớc 2: kiểm tra lớp 3, gắn nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 1 Gói IP 28 B-ớc 3: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 3 Gói IP 37 B-ớc 4: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR biên 4 LSR biên 3 POP LSR biên 4 POP LSR biên 5 POP B-ớc 5: kiểm tra nhãn, xoá nhãn, chuyển gói IP đến router ngoài tiếp theo IP: 192.1.1.3
58
Cấu trỳc của LSR biờn trong chế độ hoạt động khung được thể hiện trong hỡnh dưới đõy.
Hỡnh 3.3 - Cấu trỳc của LSR biờn
Cỏc hoạt động trong mảng số liệu:
Quỏ trỡnh chuyển tiếp một gúi IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số bước cơ bản sau đõy:
LSR biờn lối vào nhận gúi IP, phõn loại gúi vào nhúm chuyển tiếp tương đương FEC và gỏn nhón cho gúi với ngăn xếp nhón tương ứng FEC đó xỏc định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đớch, FEC sẽ tương ứng với mạng con đớch và việc phõn loại gúi sẽ đơn giản là việc so sỏnh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
LSR lừi nhận gúi cú nhón và sử dụng bảng chuyển tiếp nhón để thay đổi nhón nội vựng trong gúi đến với nhón ngoài vựng tương ứng cựng với vựng FEC (trong trường hợp này là mạng con IP).
Khi LSR biờn lối ra của vựng FEC này nhận được gúi cú nhón, nú loại bỏ nhón và thực hiện việc chuyển tiếp gúi IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống. Mảng điều khiển tại nỳt
Trao đổi thụng tin định tuyến với Router khỏc Trao đổi gỏn nhón với Router khỏc Giao thức định tuyến IP Bảng định tuyến IP Điều khiển định tuyến IP Cơ sở dữ liệu
nhón LIB
Mảng số liệu tại nỳt
Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp (FIB) Cơ sở dữ liệu nhón chuyển tiếp (LFIB)
59
Mào đầu nhón MPLS:
Trong chế độ hoạt động khung, nhón MPLS được chốn vào giữa mào đầu lớp 2 và nội dung thụng tin lớp 3 của khung lớp 2 như thể hiện trong hỡnh dưới đõy:
Hỡnh 3.4 - Nhón MPLS trong khung lớp 2
Do nhón MPLS được chốn vào vị trớ như vậy nờn router gửi thụng tin phải cú phương thức thụng bỏo cho router nhận rằng gúi đang được gửi đi khụng phải là gúi IP thuần mà là gúi cú nhón (gúi MPLS). Để thực hiện điều này, một số dạng giao thức mới được định nghĩa trờn lớp 2 như sau:
Trong mụi trường LAN, cỏc gúi cú nhón truyền tải gúi lớp 3 unicast hay multicast sử dụng giỏ trị 8847H và 8848H cho dạng ethernet. Cỏc giỏ trị này được sử dụng trực tiếp trờn phương tiện ethernet (bao gồm cả fast ethernet và Gigabit ethernet).
Trờn kờnh điểm-điểm kiểu PPP, sử dụng giao thức điều khiển mạng mới được gọi là MPLSCP (giao thức điều khiển MPLS). Cỏc gúi MPLS được đỏnh dấu bởi giỏ trị 8281H trong trường giao thức PPP.
Cỏc gúi MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI giữa một cặp router được đỏnh dấu bởi nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP của chuyển dịch khung (NLPID), tiếp theo mào đầu SNAP với giỏ trị 8847H cho dạng ethernet.
Cỏc gúi MPLS truyền giữa một cặp router qua kờnh ảo ATM Forum được bọc với mào đầu SNAP sử dụng giỏ trị cho dạng ethernet như trong mụi trường LAN.
Chuyển mạch nhón trong chế độ khung
Chỳng ta xem xột quỏ trỡnh chuyển đổi nhón trong mạng MPLS sau khi nhận được một gúi IP (hỡnh 3.2).
Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ router biờn LSR biờn số 1, LSR lừi 1 lập tức nhận dạng gúi nhận được là gúi cú nhón dựa trờn giỏ trị trường giao thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhón trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhón (LFIB). Kết quả cho thấy nhón vào là 30 được thay bằng nhón ra 28 tương ứng với việc
gúi tin sẽ được chuyển tiếp đến LSR lừi 3.
Khung lớp 2
Số liệu lớp 3 (gúi IP) Mào đầu lớp 2 Gúi IP khụng
nhón trong khung lớp 2
Khung lớp 2
Số liệu lớp 3 (gúi IP) Mào đầu lớp 2 Gúi IP cú nhón
trong khung lớp 2 Nhón
60
Tại đõy, nhón được kiểm tra, nhón số 28 được thay bằng nhón số 37 và cổng ra được xỏc định. Gúi tin được chuyển tiếp đến LSR biờn số 4.
Tại LSR biờn số 4, nhón 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 được thực hiện, gúi tin được chuyển tiếp đến nỳt router tiếp theo ngoài mạng MPLS. Như vậy quỏ trỡnh chuyển đổi nhón được thực hiện trong cỏc LSR lừi dựa trờn bảng định tuyến nhón. Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mỗi LSR (hay router) trong mạng MPLS cú đầy đủ thụng tin về tất cả cỏc hướng chuyển tiếp. Quỏ trỡnh này xảy ra trước khi thụng tin được truyền trong mạng và thụng thường được gọi là quỏ trỡnh liờn kết nhón (label binding).
Cỏc bước chuyển mạch trờn được ỏp dụng đối với cỏc gúi tin cú một nhón hay gúi tin cú nhiều nhón (trong trường hợp sử dụng VPN thụng thường một nhón được gỏn cố định cho VPN server).
Quỏ trỡnh liờn kết và lan truyền nhón
Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, cỏc thành viờn LSR trong mạng MPLS phải cú liờn lạc với nhau trong quỏ trỡnh khai bỏo thụng qua bản tin Hello. Sau khi bản tin này được gửi một phiờn giao dịch giữa 2 LSR được thực hiện. Thủ tục trao đổi là giao thức LDP.
Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhón) được tạo ra trong LSR, nhón được gỏn cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với trường hợp chỳng ta đang xem xột (định tuyến dựa trờn đớch unicast) FEC tương đương với prefix trong bảng định tuyến IP. Như vậy, nhón được gỏn cho mỗi prefix trong bảng định tuyến IP và bảng chuyển đổi chứa trong LIB. Bảng chuyển đổi định tuyến này được cập nhật liờn tục khi xuất hiện những tuyến nội vựng mới, nhón mới sẽ được gỏn cho tuyến mới.
Do LSR gỏn nhón cho mỗi IP prefix trong bảng định tuyến của chỳng ngay sau khi prefix xuất hiện trong bảng định tuyến và nhón là phương tiện được LSR khỏc sử dụng khi gửi gúi tin cú nhón đến chớnh LSR đú nờn phương phỏp gỏn và phõn phối nhón này được gọi là gỏn nhón điều khiển độc lập với quỏ trỡnh phõn phối ngược khụng yờu cầu.
Việc liờn kết cỏc nhón được quảng bỏ ngay đến tất cả cỏc router thụng qua phiờn LDP. Chi tiết hoạt động của LDP được mụ tả trong phần sau.
3.4.2 Chế độ hoạt động tế bào
Khi thực hiện triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số vấn đề sau đõy: Khụng thực hiện được trao đổi trực tiếp cỏc gúi IP giữa 2 nỳt MPLS cận kề qua
giao diện ATM. Tất cả cỏc số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải thực hiện qua kờnh ảo ATM.
61
Cỏc tổng đài ATM khụng thể thực hiện việc kiểm tra nhón hay địa chỉ lớp 3. Khả năng duy nhất của tổng đài ATM đú là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra.
Do đú, MPLS đó xõy dựng một số cơ chế để đảm bảo thực thi chuyển mạch nhón đa giao thức qua ATM như sau:
Cỏc gúi IP trong mảng điều khiển khụng thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM. Một kờnh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nỳt MPLS cận kề để trao đổi gúi thụng tin điều khiển.
Nhón trờn cựng trong ngăn xếp nhón phải được sử dụng cho cỏc giỏ trị VPI/VCI.
Cỏc thủ tục gỏn và phõn phối nhón phải được sửa đổi để đảm bảo cỏc tổng đài ATM khụng phải kiểm tra địa chỉ lớp 3.
62 Hỡnh 3.5 - Phõn bổ nhón trong mạng ATM-MPLS LSR biên 1 POP LSR biên 2 POP ATM-LSR lõi 2 ATM-LSR lõi 1 ATM-LSR lõi 3 B-ớc 1: gửi yêu
cầu cho giá trị nhãn X đến nút cận kề
B-ớc 6 : Giá trị VPI/VCI nội vùng đ-ợc gán bởi ATM-LSR lõi 1 gửi đến LSR biên 1 trả lời cho yêu cầu
B-ớc 2: ATM-LSR lõi 1 gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến ATM- LSR lõi 3
B-ớc 3:ATM-LSR lõi 3 gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến LSR biên 4 LSR biên 3 POP LSR biên 4 POP LSR biên 5 POP
Yêu cầu giá trị X
X=1/85 Yêu cầu giá
trị X
X=1/24 1
Yêu cầu giá trị X X=1/63 B-ớc 4: LSR biên 4 gán giá trị VPI/VCI và gửi trả lời ATM-LSR lõi 3 B-ớc 5: LSR lõi 3 gán giá trị VPI/VCI nội vùng, chuyển đổi VPI/VCI vào sang VPI/VCI ra và gửi giá trị VPI/VCI mới đến ATM-LSR lõi 1
63
Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM
Cấu trỳc MPLS đũi hỏi liờn kết thuần IP giữa cỏc mảng điều khiển của cỏc LSR cận kề để trao đổi liờn kết nhón cũng như cỏc gúi điều khiển khỏc. Cơ chế trao đổi thụng tin được thể hiện trong hỡnh sau:
Hỡnh 3.6 - Trao đổi thụng tin giữa cỏc LSR cận kề
Trong chế độ hoạt động MPLS khung yờu cầu này được đỏp ứng một cỏch đơn giản bởi cỏc router cú thể gửi, nhận cỏc gúi IP và cỏc gúi cú nhón qua bất cứ giao diện chế độ khung nào dự là LAN hay WAN. Tuy nhiờn tổng đài ATM khụng cú khả năng đú. Để cung cấp kết nối thuần IP giữa cỏc ATM-LSR cú 2 cỏch sau đõy:
Thụng qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa cỏc tổng đài.
Thụng qua kờnh ảo quản lý trong băng tương tự như cỏch mà giao thức của ATM Forum thực hiện. Phương ỏn này cú cấu trỳc như hỡnh 3.6.
Kờnh ảo điều khiển MPLS VC thụng thường sử dụng giỏ trị VPI/VCI là 0/32. Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM (ATM-LSR) phần điều khiển trung tõm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thờm bỏo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kờnh VC. Hai loại giao thức này hoạt động song song (chế độ này được gọi là chế độ hoạt động con thuyền trong đờm Ships-in-the-night). Một số loại tổng đài cú khả năng hỗ trợ ngay cho những chức năng mới này (như cỏc sản phẩm mới của Cisco), một số loại khỏc cú thể nõng cấp mới hỗ trợ được. Trong trường hợp này, bộ điều khiển MPLS bờn ngoài cú thể được bổ sung vào tổng đài để đảm đương chức năng mới. Liờn lạc giữa tổng đài và bộ điều khiển ngoài này chỉ hỗ trợ cỏc hoạt động đơn giản như thiết lập kờnh VC cũn toàn bộ bỏo hiệu MPLS giữa cỏc nỳt được thực hiện bởi bộ điều khiển bờn ngoài.
LSR Mảng số liệu Mảng điều khiển Giao thức định tuyến IP Bảng định tuyến IP Giao thức báo hiệu MPLS Gói có nhãn đến Bảng chuyển tiếp nhãn LSR Mảng số liệu Mảng điều khiển Giao thức định tuyến IP Bảng định tuyến IP Giao thức báo hiệu MPLS Bảng chuyển tiếp nhãn Trao đổi thông tin định tuyến
Trao đổi liờn kết nhón
Cỏc gúi nhón
Gói có nhãn đi
64
Hỡnh 3.7 - Cơ chế thiết lập kờnh ảo điều khiển MPLS
Chuyển tiếp cỏc gúi cú nhón qua miền ATM-LSR
Việc chuyển tiếp cỏc gúi nhón qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua cỏc bước sau:
ATM-LSR biờn lối vào nhận gúi cú nhón hoặc khụng nhón, thực hiện việc kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhón LFIB và tỡm ra giỏ trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhón lối ra. Cỏc gúi cú nhón được phõn chia thành cỏc tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo. Giỏ trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu của từng tế bào.
Cỏc nỳt ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giỏ trị VPI/VCI trong mào đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Cơ chế phõn bổ và phõn phối nhón phải bảo đảm việc chuyển đổi giỏ trị VPI/VCI nội vựng và ngoại vựng là chớnh xỏc.
ATM-LSR biờn lối ra (khỏi miền ATM-LSR) tỏi tạo lại cỏc gúi cú nhón từ cỏc tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhón và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo. Việc kiểm tra nhón dựa trờn giỏ trị VPI/VCI của tế bào đến mà khụng dựa vào nhón trờn đỉnh của ngăn xếp trong mào đầu nhón MPLS, bởi vỡ ATM-LSR giữa cỏc biờn của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giỏ trị VPI/VCI mà khụng thay đổi nhón bờn trong cỏc tế bào ATM. Lưu ý rằng nhón đỉnh của ngăn xếp được lập giỏ trị bằng 0 bởi ATM-LSR biờn lối vào trước khi gúi cú nhón được phõn chia thành cỏc tế bào.
Phõn bổ và phõn phối nhón trong miền ATM-LSR
Việc phõn bổ và phõn phối nhón trong chế độ hoạt động này cú thể sử dụng cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung. Tuy nhiờn nếu triển khai như vậy sẽ dẫn đến một loạt cỏc hạn chế bởi mỗi nhón được gỏn qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC. Vỡ số lượng kờnh VC qua giao diện ATM là hạn chế nờn cần giới hạn số lượng VC phõn bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất. Để đảm bảo được điều đú, cỏc LSR phớa sau sẽ đảm nhận trỏch nhiệm yờu cầu phõn bổ và phõn phối nhón qua giao diện LC-ATM. LSR phớa sau cần nhón để gửi gúi đến nỳt tiếp theo phải yờu cầu
ATM-LSR Mảng điều khiển MPLS trong tổng đài Mảng số liệu ATM ATM switching matrix ATM-LSR Mảng điều khiển MPLS trong tổng đài Mảng số liệu ATM ATM switching matrix ATM-LSR biên Mảng điều khiển MPLS ATM-LSR biên Mảng điều khiển MPLS Kênh ảo điều
khiển MPLS (0/32)
65
nhón từ LSR phớa trước nú. Thụng thường cỏc nhón được yờu cầu dựa trờn nội dung bảng định tuyến mà khụng dựa vào luồng dữ liệu, điều đú đũi hỏi nhón cho mỗi đớch trong phạm vi của nỳt kế tiếp qua giao diện LC-ATM.
LSR phớa trước cú thể đơn giản phõn bổ nhón và trả lời yờu cầu cho LSR phớa sau với bản tin trả lời tương ứng. Trong một số trường hợp, LSR phớa trước cú thể phải cú khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 (nếu nú khụng cũn nhón phớa trước yờu cầu cho đớch). Đối với tổng đài ATM, yờu cầu như vậy sẽ khụng được trả lời bởi chỉ khi nào nú cú nhón được phõn bổ cho đớch phớa trước thỡ nú mới trả lời yờu cầu. Nếu ATM-LSR khụng cú nhón phớa trước đỏp ứng yờu cầu của LSR phớa sau thỡ nú sẽ yờu cầu nhón từ LSR phớa trước nú và chỉ trả lời khi đó nhận được nhón từ LSR phớa trước nú. Hỡnh 3.5 mụ tả chi tiết quỏ trỡnh phõn bổ và phõn phối nhón trong miền ATM-LSR.
Hợp nhất VC
Vấn đề hợp nhất VC (gỏn cựng VC cho cỏc gúi đến cựng đớch) là một vấn đề quan trọng cần giải quyết đối với cỏc tổng đài ATM trong mạng MPLS. Để tối ưu hoỏ quỏ trỡnh gỏn nhón ATM-LSR cú thể sử dụng lại nhón cho cỏc gúi đến cựng đớch. Tuy nhiờn một vần đề cần giải quyết là khi cỏc gúi đú xuất phỏt từ cỏc nguồn khỏc nhau (cỏc LSR khỏc nhau) nếu sử dụng chung một giỏ trị VC cho đớch thỡ sẽ khụng cú khả năng phõn biệt gúi nào thuộc luồng nào và LSR phớa trước khụng cú khả năng tỏi tạo đỳng cỏc gúi từ cỏc tế bào. Vấn đề này được gọi là xen kẽ tế bào. Để trỏnh trường hợp