CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU MPLS I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MPLS: MPLS là chuẩn công nghệ làm gia tăng hiệu quả mạng (xử lý gói tin, định tuyến và hội tụ), tăng tốc lưu lượng mạng, quản lý dòng lưu lượng dễ dàng hơn và cung cấp giải pháp cho các lớp dịch vụ (CoS – Class of Service). MPLS là kỹ thuật mạng lõi cho mạng thế hệ kế tiếp (NGN – Next Generation Network). MPLS cung cấp các giải pháp cho phép nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP – Internet Service Provider) đưa ra nhiều dịch vụ mới, quản lý được chi phí và thực hiện các dịch vụ ở mức cao hơn mà không thể triển khai trên nền công nghệ định tuyến IP.
Hình 1 – Mô hình OSI-MPLS. MPLS nói chung là kỹ thuật ở lớp 2.5 trong mạng đường trục IP do MPLS hoạt động giữa lớp 2 và lớp 3 (hình 1). MPLS kết hợp các ưu thế chuyển tiếp gói tại lớp 2 với ưu điểm định tuyến tại lớp 3. Kỹ thuật MPLS được áp dụng cho các giao thức lớp mạng (Network Layer).
Kỹ thuật MPLS là tập hợp các giao thức tạo đường dẫn ảo (virtual path) xuyên qua mạng IP gọi là đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switch Path). Các đường dẫn LSP được tạo bởi tập hợp các nhãn (label) xác định cục bộ (nhãn được xác định bởi các bộ định tuyến). MPLS thực thi trên các bộ định tuyến IP gọi là bộ định tuyến biên nhãn (LER – Label Edge Router) và bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switched Router). MPLS có thể được thực thi trên các bộ định tuyến được hỗ trợ bởi phần mềm hệ thống và phần cứng thiết bị.
Khi bộ định tuyến được kích hoạt, bộ định tuyến này được gọi là LSR hay LER tùy thuộc vào mục đích sử dụng của bộ định tuyến. Khi nhà cung cấp dịch vụ mạng sử dụng công nghệ MPLS, khách hàng không cần phải trang bị phần mềm hay thiết bị đặc biệt nào khác. Khách hàng có thể kết nối với một mạng MPLS giống như cách họ kết nối với các mạng khác mà không cần phải cấu hình một cách đặc biệt. Mạng MPLS xử lý tải (payload), bổ sung thêm dịch vụ như mạng riêng ảo (VPN – Virtual Private Network) và các kỹ thuật về lưu lượng (traffic engineering).
ƯU ĐIỂM CỦA MPLS MPLS cung cấp cho người kỹ sư công cụ và họ đảm bảo chất lượng của mạng IP mà không cần phải sắp xếp lại mạng ATM, không thừa hưởng tính phức tạp của mạng ATM, duy trì khả năng mở rộng sẵn có. MPLS cho phép mạng cung cấp tính năng lớp 2 trên mạng lớp 3 (ví dụ như mạng đường trục IP) vì thế giảm độ phức tạp hoạt động của chúng. Nói ngắn gọn, nhà cung cấp dịch vụ không phải vận hành và duy trì hai lớp khác nhau trong mạng khi cung cấp đầy đủ các dịch vụ của chúng. Trong MPLS cách xử lý tải đã cung cấp khả năng cách ly giống như trong mạng riêng ảo IP (IP VPN).
Mạng MPLS phân biệt lưu lượng của khách hàng và thừa hưởng tính năng bảo vệ chúng. Tính năng bảo mật trong mạng riêng ảo MPLS (MPLS VPN) là tương đương với mạch ảo Frame Relay và ATM. Lưu lượng mạng MPLS VPN được cách ly bởi nhãn hay thẻ (tag) (phụ thuộc vào công nghệ mà bộ định tuyến sử dụng: TDP – Tag Distribute Protocol, LPD – Label Distribute Protocol) tương tự như cách mà ATM dùng VPI/VCI hay Frame Relay dùng DLCI để phân biệt đường dẫn mạch ảo (PVC – Path Virtual Circuit) ở mạng ATM hay FR công cộng. Đối với mỗi khách hàng, công nghệ này xây dựng bảng chuyển tiếp và định tuyến ảo (VRF – Virtual Routing and Forwarding) phân biệt.
Bảng này cách ly bảng Internet toàn cầu và chỉ truy nhập đến khách hàng. Khả năng cách ly này cung cấp tính năng bảo mật cho khách hàng mạng riêng ảo VPN. Giảm độ phức tạp định tuyến và xây dựng đường dự phòng MPLS tăng tốc độ hội tụ cho phép tự động định tuyến lại lưu lượng để tránh trường hợp bị nghẽn mạng làm cho quá trình phục hồi nhanh chóng. Khi gói tin đầu tiên của dòng dữ liệu đến bộ định tuyến mạng đầu tiên, bộ định tuyến dùng MPLS để xác định đường dẫn chuyển mạch ảo nào mà dòng dữ liệu sẽ theo đó.
Trong vùng MPLS, chỉ có các bộ định tuyến biên (ER – Edge Router) thực hiện truy vấn IP. Tất cả các bộ định tuyến hoạt động dựa vào nhãn và không cần thiết phải truy vấn IP vì thế chuyển tiếp gói tin rất đơn giản và nhanh chóng. Cách ly lưu lượng MPLS phân biệt lưu lượng, đảm bảo tính riêng tư. MPLS cách ly lưu lượng của khách hàng do giữ các tuyến khách hàng VPN trong bảng định tuyến VPN phân biệt (VRF) và chuyển mạch lưu lượng giữa các vùng (site) dựa vào nhãn VPN.
Nhãn này cho phép mạng chuyển mạch lưu lượng và phát tán gói tin đến mạng VPN tương ứng. Khả năng phân lớp dịch vụ MPLS cung cấp khả năng đáp ứng và quản lý dịch vị theo lớp (CoS – Class of Service). CoS cung cấp mức độ ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi tính thời gian thực và chúng sẽ được chuyển tiếp đầu tiên trong mạng lõi MPLS. Mạng đường trục IP cung cấp dịch vụ tin cậy, đòi hỏi mạng có chất lượng cao và đáp ứng được các dịch vụ thời gian thực: tiếng nói, và video.
Khách hàng IP VPN có thể chọn lựa các hình thức lớp dịch vụ (CoS) cho mỗi ứng dụng, giao thức hay địa chỉ nguồn và đích. Có 3 lớp dịch vụ: ưu tiên 1, 2 và 3. 13 Khách hàng có thể xác định lớp lưu lượng cho các gói tin đặc biệt bằng cách cấu hình bit IP trong trường loại dịch vụ (ToS – Type of Service) của mạo đầu gói tin IP. Các bit này được “dịch” (interpret) tại LER, sao chép vào mạo đầu của MPLS và mang xuyên qua mạng đường trục MPLS.
Gia tăng lợi ích cho khách hàng MPLS VPN làm lợi cho khách hàng bằng nhiều cách khác nhau. Công nghệ này làm giảm độ phức tạp của mạng và chi phí vì nó có thể hoạt động trên nhiều cấu trúc mạng và đồ hình mạng (topology) – full-mesh, hub-and-spoke – mà không cần cho các PVC (PVC làm gia tăng chi phí, phức tạp và mở rộng vùng). Khách hàng có thể tiếp tục dùng không gian địa chỉ mạng IP hiện tại mà không cần phải thay đổi kế hoạch địa chỉ IP của họ. 14 CHƯƠNG II:CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS MPLS kích hoạt mạng riêng ảo VPN và lớp dịch vụ (CoS) trên nền mạng đường trục IP bằng cách chèn một hay nhiều nhãn giữa mạo đầu lớp 2 và lớp 3 của một gói tin.
Chèn nhãn vào gói tin Hình 3. Bao bọc gói tin LER chèn nhãn để cung cấp thông tin với nhiều tham số, ví dụ như: ưu tiên lưu lượng của khách hàng, lưu lượng thuộc mạng VPN nào … Mạng MPLS bao gồm một “lưới” (mesh) các bộ định tuyến LER và LSR. LER tại vị trí “biên” của mạng MPLS và kết nối trực tiếp đến thiết bị khách hàng (CPE – Customer Premises Equipment). LER cung cấp các dịch vụ như MPLS VPN.
Mạng khách hàng kết thúc tại LER, nơi thực hiện truy vấn IP. LSR nằm trong mạng lõi của mạng và chuyển mạch nhanh các gói tin từ “biên” đến “biên” và kích hoạt lớp dịch vụ (CoS) ngang qua mạng lõi MPLS Khi gói tin đầu tiên của dòng dữ liệu đến LER đầu vào (ingress LER), bộ định tuyến gán cho gói một nhãn hay nhiều nhãn dựa vào các giá trị mà khách hàng muốn điều khiển mức độ ưu tiên lưu lượng (ví dụ như địa chỉ đích đến, thành viên VPN, mức ưu tiên CoS, v.v…) trường EXP (EXP- ) trong mạo đầu của MPLS 15 được dùng để mang thông tin về lớp dịch vụ. Tiến trình chèn nhãn vào gói tin gọi là chức năng “đẩy” (push) nhãn, cung cấp cho khách hàng khả năng điều khiển lưu lượng IP VPN. Ví dụ như khách hàng muốn tất cả các lưu lượng video từ công ty sẽ được đánh dấu là lưu lượng ưu tiên 1, khách hàng có thể xác định tất cả các lưu lượng xuất phát từ văn phòng CEO là mức độ 1 hay khách hàng có thể đánh dấu mức độ ưu tiên 2 cho tất cả các lưu lượng gửi từ nguồn cung cấp xác định là kết nối ngoài mạng.
Sau khi tiến trình “đẩy” hoàn tất, các LSR chỉ đọc nhãn MPLS với chỉ số trên bảng chuyển tiếp và thực hiện chức năng gọi là hoán chuyển (swapping) nhãn, sau đó chuyển mạch gói tin đến LSR kế tiếp trong đường dẫn. Khi lưu lượng đến LSR kết cuối (Egress LSR), nhãn cuối cùng sẽ được gỡ ra gọi là tiến trình “tháo” (pop) LSR kế cuối, thực hiện truy vấn IP để xác định điểm kế (next hop) cho gói tin trong mạng IP. CHUYỂN TIẾP GÓI TIN TRONG MPLS Sơ đồ chỉ rõ cách chuyển tiếp gói tin trong mạng đường trục MPLS Bước 1: LER đầu vào truy vấn tuyến trong bảng VRF của nó, gán nhãn tương thích với tuyến VPN đích và gán cho gói tin. LER tương tự xác định địa chỉ logic (loopback) của LER đích và gán nhãn thứ hai vào gói tin gọi là nhãn giao thức định tuyến bên trong (IGP label).
LER sau đó chuyển tiếp gói tin đến LSR. Bước 2: tại LSR, nhãn IGP bị loại bỏ và thay thế bằng nhãn IGP mới cho đường dẫn LSP. LSR sau đó chuyển tiếp gói tin node kế tiếp trong đường dẫn đã được xác định trong nhãn IGP. Bước 3: bước này lặp lại bước 2 cho đến khi gói tin đến tại LSR kế cuối, điểm kế cuối (penultimate hop) của LSP.
Bước 4: tại LSR cuối cùng, nhãn IGP đỉnh được hoán đổi bằng nhãn NULL, tiến trình này gọi là tháo tại điểm kế cuối (PHP – penultimate hop popping). Bước 5: LER điểm thoát tự động loại bỏ nhãn NULL. LER điểm thoát xem xét nhãn VPN và gán gói tin IP vào đúng bảng VRF. Trong bảng VRF, truy vấn địa chỉ IP và chuyển tiếp gói tin đến đúng module giao tiếp của người nhận.
NGĂN XẾP NHÃN. MPLS sử dụng kỹ thuật gọi là ngăn xếp nhãn để thực thi các dịch vụ khác nhau đối với một kế hoạch chuyển tiếp dữ liệu. ví dụ như phải chuyển tiếp nhiều thư vào một hộp thư, sau khi vận chuyển hộp đến chi nhánh văn phòng. Tại chi nhánh văn phòng, hộp thư được mở ra và các mẩu email được phân phát phụ thuộc vào nhãn được gán vào mỗi thư.
Chúng ta đóng vai trò như bưu điện, hộp thư là ngăn xếp nhãn và chúng ta dùng mạng của mình (máy bay, xe lửa … để chuyển thư) để phân phát tải đến điểm phân phát đầu cuối.
