KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TIấN TIẾN
LAN Router
Router Router Router Router- server Thiết bị gờ Nhóm A Nhóm B Nhóm C Nhóm X LGN LGN LGN Hỡnh 4.14: PNNI tớch hợp
Từ gúc độ nhỡn của IP, I-PNNI chỉ là một giao thức liờn kết trạng thỏi được sử dụng để
phõn bổ cỏc tiền tố địa chỉ IP trong mạng và tớnh toỏn tuyến đường theo phương phỏp từng chặng. Mặt khỏc, từ gúc độ ATM I-PNNI chỉ là một giao thức PNNI với vài chức năng mở
rộng sử dụng để chuẩn bị cho cỏc dữ liệu khụng phải là ATM mà cỏc chuyển mạch sẽ rất dễ
dàng bỏ qua được chuyển mạch. Cỏc bộđịnh tuyến và chuyển mạch chạy I-PNNI duy trỡ một cơ sở dữ liệu duy nhất cho toàn bộ mạng. ưu điểm đầu tiờn của giải phỏp này khi chạy một bộ
giao thức đơn sẽ giảm bớt sự chồng cỏc giao thức định tuyến và giảm rất nhiều cỏc định tuyến lõn cận, cuối cựng giải phỏp này là kết quả thực tế cho bất kỳ một nỳt nào trong mạng, kể cả bộ
định tuyến và chuyển mạch, định dạng định tuyến lõn cận để trao đổi cập nhật thụng tin định tuyến. Một ưu điểm quan trọng nữa là định tuyến IP cú thể nõng cấp vỡ cỏc bộ định tuyến cú một cỏi nhỡn tổng thể về toàn bộ kiến trỳc mạng gồm cỏc bộ định tuyến, cỏc chuyển mạch ATM, và cỏc liờn kết đấu nối. Mạng phõn cấp hai mức gồm cỏc bộđịnh tuyến và chuyển mạch chạy giao thức I-PNNI được chỉ ra trờn hỡnh 4.14.
Điều hành trong nhúm C gồm cú cỏc mỏy chủđịnh tuyến và cỏc thiết bị gờ mạng. Mỏy chủ định tuyến (vớ dụ, mỏy chủ cho MPOA) thường giao thức IP thỡ nay thay thế bằng I-PNNI. Cỏc thiết bị gờ mạng khụng chạy I-PNNI mà chạy giao thức client IP/ATM tiờu chuẩn như LANE hoặc MPOA.
Cỏc chức năng cơ bản của I-PNNI gồm cú:
Tất cả cỏc bộđịnh tuyến, chuyển mạch và mỏy chủ phục vụđều chạy giao thức định tuyến đơn nhất I-PNNI.
Cỏc bộđịnh tuyến và chuyển mạch tham gia trong nhúm một cỏch ngang hàng. Một nhúm gồm cú cỏc chuyển mạch, cỏc bộ định tuyến hoặc tớch hợp. Trong mụi trường tớch hợp người quản trị nhúm phải hỗ trợ khả năng phỏt hành địa chỉ IP ra cỏc nhúm khỏc.
Phỏt hành cấu hỡnh PNNI được trao đổi giữa cỏc bộđịnh tuyến, giữa cỏc chuyển mạch, và giữa cỏc chuyển mạch và bộđịnh tuyến.
Cỏc địa chỉ IP và ATM được phỏt hành tỏch biệt trong giao thức phỏt hành PNNI PTSE. Vỡ vậy I-PNNI là một giải phỏp tớch hợp định tuyến IP và ATM, cần cú hai khụng gian địa chỉđược hỗ trợ và duy trỡ.
Quỏ trỡnh tỡm kiếm địa chỉ IP được phỏt hành theo một trong ba cỏch sau:
Trực tiếp:địa chỉ IP được tỡm kiếm trực tiếp qua cỏc bộđịnh tuyến phỏt hành.
Truy vấn: Một phương phỏp truy vấn địa chỉ như trong giao thức giải bước kế tiếp NHRP để tỡm địa chỉ.
Giỏn tiếp: Địa chỉ IP phụ thuộc vào thành phần thứ 3. Nú được sử dụng để một bộđịnh tuyến phỏt hành địa chỉ IP và địa chỉ ATM liờn quan của một mạng con hoặc trạm chủ
thụng dụng. Điều này làm giảm bớt cỏc truy vấn NHRP.
Một mạng cú một cơ sở dữ liệu chung được xõy dựng và duy trỡ bởi cỏc thành viờn trong nhúm ngang nhau. Cỏc bộđịnh tuyến thụng bỏo hạn chế truyền khi nú khụng cú khả năng đỏp
ứng được cỏc SCV yờu cầu, tuy nhiờn cỏc bộ định tuyến cú thể khởi tạo và ngắt cỏc đấu nối SVC qua sử dụng kỹ thuật định tuyến PNNI chuẩn để giải quyết vấn đềđú.
Cỏc bộđịnh tuyến chạy I-PNNI cú khả năng quảng bỏ trong LAN thụng qua cỏc nỳt giả từ
OSPF để thể hiện cơ sở dữ liệu cấu hỡnh LAN. Cú thể tạo ra phõn cấp định tuyến nhiều mức. NHRP cần thiết cho cỏc nỳt I-PNNI để sắp xếp địa chỉ IP/ATM khi cỏc thụng tin đến khụng
đầy đủ, Vớ dụ, một phõn cấp định tuyến chỉ cung cấp cỏc thụng tin địa chỉ ATM tổng quỏt giữa cỏc nhúm, hoặc một mỏy chủđịnh tuyến chạy I-PNNI khụng phỏt hành cỏc bộđịnh tuyến chủ
riờng của tất cả cỏc mỏy chủ ATM mà nú hỗ trợ.
Trờn đõy đó mụ tả một cỏch ngắn gọn về cỏc thành phần cơ bản cấu tạo nờn mụ hỡnh phõn cấp của định tuyến PNNI như cỏc nỳt, cỏc liờn kết và quan hệ giữa chỳng. Gắn liền với mụ hỡnh này là cơ cấu trao đổi bản tin HELLO, cỏc phần tử thụng tin PTSE, gúi thụng tin PTSP phục vụ cho việc tràn lụt thụng tin trong mụ hỡnh mạng PNNI. Ngoài ra, cỏc phương phỏp định
tuyến mở rộng của PNNI cũng là những nội dung quan trọng mang tớnh ứng dụng cao trong cỏc mụ hỡnh chuyển mạch ATM riờng cũng như giữa cỏc nhúm chuyển mạch ATM.
Định tuyến PNNI mở rộng cho thấy khả năng hoạt động tốt của cơ chế định tuyến nguồn với yờu cầu về chất lượng dịch vụ cũng như băng thụng trờn cỏc mụ hỡnh mạng lớn và dễ dàng thớch ứng được với cỏc thay đổi về vậy lý của cơ sở hạ tầng mạng IP/ATM.
4.3.3. Kỹ thuật định tuyến đảm bảo QoS trong MPLS
Chất lượng dịch vụ (QoS) chớnh là một trong những yếu tố quan trọng nhất để thỳc đẩy MPLS và nú luụn là một vấn đề lớn đối với kỹ thuật định tuyến khụng chỉ trong mạng MPLS. MPLS giải quyết bài toỏn QoS tương tự như mụ hỡnh phõn biệt dịch vụ (Differs) trong IP, bằng cỏch hỗ trợ chất lượng dịch vụ trờn cơ sở phõn loại cỏc luồng lưu lượng tại biờn mạng. Cỏc tham số ràng buộc về QoS của kết nối thường được đỏnh giỏ qua mức độđảm bảo băng thụng tối thiểu, độ trễ/trượt và tỉ lệ mất thụng tin. Mục tiờu cơ bản của kỹ thuật định tuyến QoS là tỡm ra một đường cú khả năng đảm bảo cỏc điều kiện ràng buộc của đấu nối và thậm chỉđể loại bỏ
một sốđấu nối khỏc.
Một mụ hỡnh trạng thỏi mạng QoS thường được biểu diễn dưới dạng một đồ thị G(V,E). Trong đú V thể hiện cho cỏc nỳt và E là cỏc liờn kết. Lưu lượng vào mạng qua nỳt Si và ra qua nỳt Ti. Mỗi liờn kết (i,j) cú 2 đặc tớnh : Ci,j là dung lượng liờn kết và fi,j là lưu lượng thực tế. Gọi Ri,j = (Ci,j – fi,j) là băng thụng dư. Một kết nối cú yờu cầu băng thụng là dk thỡ một liờn kết
được gọi là khả dụng khi Ri,j>= dk. Một kết nối mới cú thểđược chấp thuận nếu ớt nhất tồn tại một đường dẫn khả dụng giữa Si và Ti .
Một trong cỏc khớa cạnh then chốt của kỹ thuật định tuyến trong MPLS là hỗ trợ cỏc đường dẫn hiện (nổi) dựa trờn kỹ thuật chuyển tiếp nhón, vỡ vậy thuật toỏn định tuyến trong MPLS cho phộp lựa chọn cỏc đường dẫn và cỏc tham số chất lượng dịch vụ QoS để cú được cỏc kết quả tốt nhất. Yờu cầu chất lượng dịch vụ QoS của kết nối cú thểđược đưa ra như một tập cỏc
điều kiện ràng buộc, cỏc điều kiện này cú thể thể hiện rừ ràng như cỏc yờu cầu về băng thụng tối thiểu từ phớa khỏch hàng, hoặc khụng tường minh như cỏc yờu cầu vềđộđàn hồi của mạng. Một tuyến hiện cú thểđược định tuyến hiện hoàn tuyệt đối hay tương đối. Trong trường hợp
định tuyến hiện tuyệt đối, đường dẫn cho cỏc LSR lối vào được định nghĩa một cỏch chớnh xỏc. Khi đú tất cả cỏc LSR mà đường dẫn sẽđi qua được chỉ rừ ràng. Trong trường hợp định tuyến hiện tương đối, khụng phải tất cả cỏc LSR đường dẫn sẽđi qua được chỉ rừ. Vớ dụ, nếu một
đường dẫn phải đi qua một vài miền, đường dẫn hiện hành qua một miền cú thể khụng được
định nghĩa chớnh xỏc. Trong trường hợp này, LSR biờn của MPLS sẽ tớnh toỏn một đường dẫn qua miền của nú.
Trong cụng nghệ chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS, việc lựa chọn đường dẫn chuyển mạch nhón LSP dựa trờn phương phỏp tỡm đường ngắn nhất với điều kiện ràng buộc CSPF là giải phỏp định tuyến động cơ bản trong mạng MPLS.
Định tuyến ràng buộc đảm bảo chất lượng dịch vụ CSPF (Constraint Sortest Path First) trong MPLS sử dụng một tập thuộc tớnh của trung kế lưu lượng, tập thuộc tớnh này liờn quan tới tài nguyờn và cỏc thụng tin trạng thỏi khỏc của mạng. Một trung kế lưu lượng là sự tập hợp cỏc luồng lưu lượng của cựng một phõn lớp được đặt trong một LSP. Một trung kế lưu lượng cú thể cú liờn kết riờng với nú (cỏc địa chỉ, chỉ số cổng). Một trung kế lưu lượng cú thểđược
định tuyến bởi nú là một bộ phận của LSP. Do đú, tuyến đường mà cỏc luồng trung kế lưu lượng cú thể bị thay đổi. Dựa trờn cỏc thụng tin này, một tiến trỡnh định tuyến ràng buộc trờn mỗi nỳt tự động tớnh toỏn tuyến hiện cho mỗi trung kế lưu lượng từ nỳt đú đi. Trong trường
hợp chung, giải phỏp để tỡm đường dẫn khả dụng nếu nú tồn tại thường được tiến hành theo hai bước: Đầu tiờn là loại bỏ toàn bộ cỏc tài nguyờn mà khụng thoả món cỏc yờu cầu của trung kế
lưu lượng (kết nối), sau đú chạy thuật toỏn tỡm đường ngắn nhất trờn đồ thị cũn lại hoặc ngược lại. Mụ hỡnh mụ tả nguyờn lý của định tuyến ràng buộc được chỉ ra trờn hỡnh 4.15 dưới đõy:
Hỡnh 4.15: Nguyờn lý định tuyến dựa trờn cỏc điều kiện ràng buộc
Như trờn hỡnh 4.15 chỉ rừ, cỏc điều kiện ràng buộc được tớnh toỏn gồm cỏc ràng buộc từ phớa mạng và phớa người sử dụng, đú chớnh là cỏc tham số trong quỏ trỡnh chạy thuật toỏn tỡm
đường ngắn nhất. Sau khi tỡm đường ngắn nhất ta cú cỏc tuyến hiện và dựa vào cỏc giao thức bỏo hiệu để dành trước cỏc tài nguyờn mạng thụng qua cỏc đường dẫn chuyển mạch nhón LSP.
Để thiết lập cỏc đường dẫn LSP trong MPLS sử dụng hai phương phỏp bỏo hiệu để thiết lập tuyến hiện là RSVP mở rộng và CR-LDP.
a, Giao thức RSVP mở rộng
Giao thức RSVP ban đầu được xõy dựng để hỗ trợ kiến trỳc IntServ trong cỏc mạng IP truyền thồng. RSVP được mở rộng để hỗ trợ việc phõn bổ nhón cho cỏc CR-LSP trong mạng MPLS. Trước khi trỡnh bầy về giao thức RSVP mở rộng, ta tỡm hiểu về sơ lược hoạt động của giao thức RSVP ban đầu được xõy dựng hỗ trợ quỏ trỡnh chiếm giữ tài nguyờn trong mụ hỡnh IntServ.
RSVP thiết lập đường đi sử dụng cỏc bản tin PATH và RESV, nú là một giao thức “mềm” - tức là trạng thỏi của cỏc nỳt trung gian phải được duy trỡ bằng việc gửi cỏc bản tin “làm tươi” theo chu kỳ. Trong RSVP, một đường đi là một tuyến mà luồng gúi IP, hay cũn gọi là phiờn RSVP đi qua. Phiờn RSVP được nhận diện bằng địa chỉ IP đớch, và giỏ trị cổng tầng giao vận của dữ liệu được dành trước tài nguyờn. Để thiết lập một đường đi từ một host nguồn đến host
đớch, host gửi sử dụng bản tin PATH để thiết lập trạng thỏi đường đi qua cỏc nỳt trung gian dựa vào định tuyến hop-by-hop tại cỏc nỳt này. Sau đú phớa nhận sẽ sử dụng bản tin RESV, với cỏc tham số về lưu lượng và QoS, đi theo chiều ngược lại với chiều gửi để chiếm dữ tài nguyờn tại mỗi nỳt trờn đường đi đú. Mỗi nỳt trờn đường đi nhận được bản tin RESV sẽ kiểm tra tài nguyờn hiện cú và so sỏnh với tài nguyờn yờu cầu. Nếu tài nguyờn hiện cú khụng đủ để đỏp
ứng yờu cầu thỡ nỳt này sẽ gửi bản tin bỏo lỗi đến cả hai phớa gửi và nhận để giải phúng trạng thỏi đường đi đi và tài nguyờn đó chiếm dữ. Nếu tất cả cỏc nỳt trung gian trờn đường đi cú đủ
tài nguyờn hỗ trợ thỡ đường đi sẽ được thiết lập. Vỡ giao thức RSVP dựa trờn giao thức IP khụng tin cậy để gửi bản tin bỏo hiện nờn khụng đảm bảo quỏ trỡnh chiếm giữ tài nguyờn diễn ra từđầu đến cuối. Do vậy khi host gửi nhận được bản tin RESV, nú sẽ gửi thờm một bản tin RESVCONF để khẳng định kết quảđối với phớa nhận.
LSR biên LSR lõi LSR lõi
PATH
RESV
Máy gửi Máy nhận
Nhãn = 9 Nhãn = 5 RESV CONF
Hỡnh 4.16: Thiết lập CR-LSP dựng RSVP mở rộng
RSVP được mở rộng để hỗ trợ thiết lập và duy trỡ đường CR-LSP và phõn phối nhón trong MPLS. Cỏc đặc tớnh của RSVP-TE [RFC 3209] TE (Traffic Engineering) là sự mở rộng phần lừi của RSVP để thiết lập cỏc tuyến đường hiện dựa trờn định tuyến ràng buộc LSP trong mạng MPLS sử dụng RSVP làm giao thức bỏo hiệu. Dự trữ tài nguyờn là một thành phần rất quan trọng của xử lý lưu lượng. Đõy là một trong số cỏc lý do để nhúm làm việc MPLS chọn RSVP hơn là việc xõy dựng mới hoàn toàn một giao thức bỏo hiệu khỏc để hỗ trợ cỏc yờu cầu xử lý lưu lượng. RSVP mở rộng thành giao thức bỏo hiệu để hỗ trợ việc tạo LSP cú thểđược định tuyến tựđộng trỏnh khỏi lỗi mạng và tắc nghẽn. RSVP đơn giản hoỏ việc vận hành mạng bằng quỏ trỡnh xử lý lưu lượng một cỏch tựđộng. RSVP-TE sử dụng cỏc bộđịnh tuyến chuyển mạch
để thiết lập, duy trỡ cỏc đường ống LSP và để phục vụ tài nguyờn cho cỏc LSP đú.
Bỏo hiệu RSVP-TE thay thế thiết bị gửi và thiết bị nhận là cỏc bộđịnh tuyến thay vỡ là cỏc mỏy chủ. Hoạt động của nú giống như cỏc điểm lối vào và lối ra của trung kế lưu lượng. RSVP-TE cài đặt cỏc trạng thỏi ứng dụng với tập hợp luồng cú chung một đường và chia sẻ
chung tài nguyờn mạng thay cho một luồng riờng lẻ từ mỏy chủ tới mỏy chủ. Bằng cỏch tập hợp rất nhiều luồng lưu lượng vào mỗi đường hầm LSP, RSVP-TE giảm khối lượng lớn cỏc trạng thỏi RSVP cần thiết phải duy trỡ trong lừi của mạng nhà cung cấp dịch vụ. Bỏo hiệu RSVP cài đặt trạng thỏi phõn phối liờn quan tới chuyển tiếp gúi, bao gồm cả quỏ trỡnh phõn phối cỏc nhón MPLS.
RSVP-TE yờu cầu thiết bị cú khả năng mang một đối tượng “mờ” (opaque object), nghĩa là cỏc đối tượng này khụng bị xử lý bởi cỏc thiết bị khỏc khi truyền trong mạng. RSVP mang cỏc
đối tượng trong cỏc bản tin của nú như là cỏc đoạn mờ của thụng tin. Những đoạn mờ này
được mang tới cỏc module điều khiển thớch hợp trong bộđịnh tuyến. Phương thức thiết lập bỏo hiệu dựa trờn cơ sở này khuyến khớch sự phỏt triển của cỏc đối tượng RSVP mới. Cỏc đối tượng này cú thểđược dựng để tạo ra và duy trỡ cỏc trạng thỏi được phõn phối cho cỏc thụng tin khỏc ngoài vấn đề dự trữ tài nguyờn đơn thuần.Tập hợp cỏc mở rộng cú thể nhanh chúng và dễ dàng được phỏt triển qua việc cải thiện RSVP nhằm hỗ trợ cỏc yờu cầu xử lý lưu lượng mang tớnh tức thời trong vấn đềđịnh tuyến chớnh xỏc và giảm độ phức tạp trong quỏ trỡnh phõn phối nhón.
b, Giao thức phõn phối nhón LDP và CR-LDP
Giao thức phõn phối nhón được nhúm nghiờn cứu MPLS của IETF xõy dựng và ban hành [RFC 3036]. Giao thức phõn phối nhón được sử dụng trong quỏ trỡnh gỏn nhón cho cỏc gúi thụng tin, LDP là giao thức điều khiển tỏch biệt được cỏc LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quỏ trỡnh gỏn nhón/FEC. Giao thức này là một tập hợp cỏc thủ tục trao đổi cỏc bản tin cho phộp cỏc LSR sử dụng giỏ trị nhón thuộc FEC nhất định để truyền cỏc gúi thụng tin. Vị trớ của giao thức LDP trong chồng giao thức được thể hiện trong hỡnh sau:
Hỡnh 4.17: Vị trớ của LDP trong chồng giao thức của MPLS
Một kết nối TCP được thiết lập giữa cỏc LSR đồng cấp để đảm bảo cỏc bản tin LDP được truyền một cỏch trung thực theo đỳng thứ tự. Cỏc bản tin LDP cú thể xuất phỏt từ bất cứ một LSR phớa trước đến LSR phớa sau cận kề. Việc trao đổi cỏc bản tin LDP cú thể xuất phỏt từ bất