chương 1 đã Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS). Trong chương này trình bày về khái niệm về MPLS, sự ra đời của MPLS dựa trên kết hợp hoàn hảo các ưu điểm của công nghệ IP, công nghệ ATM. Do đó các nguyên lý cơ bản của các công nghệ IP, ATM, MPLS cũng được tìm hiểu. Ngoài ra, tình hình triển khai công nghệ và quá trình chuẩn hoá về MPLS, cũng như các ưu điểm và ứng dụng chính của MPLS cũng được đề cập đến.
L−¬ng ThÞ Th¶o – Tr−êng §¹i häc C«ng nghÖ 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ThiÕt kÕ m« h×nh m¹ng ATM MPLS Ch−¬ng 2: c¸c thµnh phÇn vµ ho¹t ®éng cña m¹ng mpls 2.1 Các khái niệm cơ bản của mạng MPLS Một vài khái niệm cơ bản cần phải hiểu rõ trước khi mô tả hoạt động của mạng MPLS. a) Lớp chuyển tiếp tương dương (Forward Equivalence Class - FEC) Lớp chuyển tiếp tương đương-FEC là một khái niệm được dùng để chỉ một lớp các gói tin được ưu tiên như nhau trong quá trình vận chuyển. Tất cả các gói trong một nhóm được đối xử như nhau trên đường tới đích. Khác với IP thông thường, trong MPLS, các gói tin riêng biệt được gán vào các FEC riêng ngay sau khi chúng vào mạng.
Các FEC dựa trên yêu cầu dịch vụ cho việc thiết lập các gói tin hay đơn giản cho một tiền địa chỉ. b) Nhãn và gán nhãn Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói có thể truyền qua. Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin. Bộ định tuyến kiểm tra các gói qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển tiếp kế tiếp.
Khi gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạng đường trục dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị của nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR. Nhãn được gán vào gói tin khi gói tin đó được sắp xếp bởi các FEC mới hay FEC đang tồn tại. Giá trị nhãn phụ thuộc vào phương tiện mà gói tin được đóng gói.
Đối với mạng Frame Relay sử dụng giá trị nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu - DLCI ( Data Link Connection Identifier), ATM sử dụng trường nhận dạng đường ảo trong tế bào/ trường nhận dạng kênh ảo trong tế bào (Virtual Path Identifier/ Virtual Circuit Identifier - VPI/VCI). Sau đó gói được chuyển tiếp dựa trên giá trị của chúng. Việc gán nhãn dựa trên những tiêu chí sau: − Định tuyến unicast đích − Kỹ thuật lưu lượng − Multicast − Mạng riêng ảo (Virtual Private Networks - VPN) − Chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS) L−¬ng ThÞ Th¶o – Tr−êng §¹i häc C«ng nghÖ 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ThiÕt kÕ m« h×nh m¹ng ATM MPLS Định dạng chung của nhãn được giải thích trong hình 1. Nhãn được thể hiện rõ trong tiêu đề của các lớp liên kết (VPI/VCI của ATM trong hình 2 và DLCI của Frame Relay trong hình 3) hoặc trong lớp dữ liệu shim (giữa tiêu đề lớp liên kết dữ liệu lớp 2 và tiêu đề lớp mạng lớp 3 như trong hình 4) Hình 1: Định dạng chung cảu nhãn MPLS Trong hình 1, phần SHIM MPLS: − Label (20 bit): chứa gía trị nhãn − Exp.bits: CoS (3 bit)- chất lượng dịch vụ − BS (1 bit) – bie-stack: xác định nhãn cuối cùng trong ngăn xếp − TTL (8bit)- time to live: trường định thời Hình 2: Lớp liên kết dữ liệu là ATM L−¬ng ThÞ Th¶o – Tr−êng §¹i häc C«ng nghÖ 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ThiÕt kÕ m« h×nh m¹ng ATM MPLS Hình 3: Lớp liên kết dữ liệu là Frame Relay Hình 4: Nhãn trong shim - giữa lớp 2 và lớp 3 c) Tạo nhãn Tạo nhãn dựa trên các phương pháp sau: − Topo: nhờ giao thức định tuyến thông thường (OSPF và BGP) − Yêu cầu: điều khiển lưu lượng dựa trên yêu cầu − Lưu lượng: nhận gói tin để phân phối và gán nhãn d) Ngăn xếp nhãn Đó là một tập hợp có thứ tự các nhãn gán theo gói để truyền tải thông tin về FEC mà gói nằm trong và về các LSP tương ứng gói sẽ đi qua.
Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp. Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền với mức phân cấp nào đó. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm trong MPLS. e) Bảng chuyển tiếp chuyển tiếp chuyển mạch nhãn Là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn vào, nhãn ra, giao diện vào, giao diện ra.
f) Cơ sở dữ liệu nhãn (Label Information Base - LIB) Cơ sở dữ liệu nhãn (Label Information Base - LIB) là bảng chứa các giá trị nhãn/ FEC được gán vào cũng như thông tin về đóng gói dữ liệu truyền tại mỗi LSR để xác định cách thức một gói tin được chuyển tiếp. g) Đường chuyển mạch nhãn (Label Switched path - LSP) Trong MPLS, việc truyền dữ liệu thực hiện theo các đường chuyển mạch nhãn (Label Switched path - LSP). Các đường chuyển mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác định luồng dữ liệu nào đó.
Các nhãn được phân phối bằng việc sử dụng giao thức phân phối nhãn (Label Distribution Protocol - LDP) hoặc giao thức giành trước tài nguyên (Resource Reservation Protocol - RSVP) trên các giao L−¬ng ThÞ Th¶o – Tr−êng §¹i häc C«ng nghÖ 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ThiÕt kÕ m« h×nh m¹ng ATM MPLS thức định tuyến giống như giao thức cổng biên (Border Gateway Protocol - BGP) và giao thức định tuyến mở rộng theo phương thức ưu tiên tuyến đường ngắn nhất (Open Shortest Path First - OSPF). Mỗi gói dữ liệu được đóng gói lại và mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ nguồn tới đích. Chuyển mạch dữ liệu tốc độ cao hoàn toàn có thể thực hiện dựa theo phương pháp này, vì các nhãn có độ dài cố định được chèn vào phần đầu của gói tin hoặc tế bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng để chuyển mạch nhanh các gói giữa các liên kết. h) Cơ cấu báo hiệu − Yêu cầu nhãn - Sử dụng cơ cấu này, một LSR yêu cầu một nhãn từ dòng xuống lân cận nên nó có thể liên kết đến FEC xác định.
Cơ cấu này có thể được dùng để truyền đến các LSR tiếp theo cho đến LER lốira. − Đáp ứng nhãn - Để đáp ứng một yêu cầu nhãn, LSR luồng xuống sẽ gửi một nhãn đến các bộ khởi động ở luồng lên sử dụng cơ cấu ánh xạ nhãn. Hình 5: Cơ cấu báo hiệu 2.2 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS a) Bộ định tuyến biên nhãn (Label Edge Router - LER) Là thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS. LER hỗ trợ nhiều cổng kết nối từ những mạng khác (như Frame Relay, ATM và Ethernet) và chuyển tiếp các gói lưu lượng này tới mạng MPLS sau khi thiết lập đường chuyển mạch nhãn – LSP sử dụng giao thức báo hiệu nhãn tại lối vào và phân bổ lưu lượng quay trở lại mạng truy cập tại lối ra.
LER có vai trò rất quan trọng trong việc gán và tách nhãn khi lưu lượng đi vào hoặc đi ra trong mạng MPLS. b) Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (Label Switching Router - LSR) LSR là bộ định tuyến tốc độ cao trong mạng lõi MPLS tham gia vào việc thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn thích hợp và L−¬ng ThÞ Th¶o – Tr−êng §¹i häc C«ng nghÖ 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ThiÕt kÕ m« h×nh m¹ng ATM MPLS chuyển mạch lưu lượng dữ liệu tốc độ cao dựa trên các đường đã thiết lập. LSR có thể kết nối với LER hay các LSR khác c) ATM LSR: Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM, chuyển tiếp tế bào đến nút ATM LSR tiếp theo. d) ATM LSR biên: Nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM LSR tiếp theo.
Nhận các tế bào ATM từ ATM LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không có nhãn 2.3 Các giao thức cơ bản của MPLS Kiến trúc MPLS không bắt buộc một phương thức báo hiệu đơn nào cho phân phối nhãn. Các giao thức định tuyến đang tồn tại, như giao thức cổng biên (BGP) được cải tiến để mang thêm thông tin nhãn trong nội dung của giao thức. Giao thức giành sẵn tài nguyên – RPVP cũng được mở rộng để hỗ trợ trao đổi nhãn. Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet – IETF cũng xác định một giao thức mới được biết đến như giao thức thức phân phối nhãn – LDP để làm rõ hơn về báo hiệu và quản lý không gian nhãn.
Sự mở rộng của giao thức LDP cơ sở cũng đựơc xác định để hỗ trợ định tuyến liên vùng (explicit router) dựa trên các yêu cầu về QoS và CoS. Những mở rộng này cũng được áp dụng trong việc xác định giao thức (CR)-LDP định tuyến dựa trên ràng buộc. Các giao thức hỗ trợ trao đổi nhãn như sau: − LDP - chỉ ra các đích IP vào trong các bảng. − RSVP, CR-LDP - sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng và giành trước tài nguyên.
− Protocol-independent multicast (PIM) - sử dụng để chỉ ra nhãn ở trạng thái đa hướng- multicast. − BGP - các nhãn bên ngoài 2.1 Giao thức phân phối nhãn – LDP LDP là một giao thức mới cho phân phối thông tin liên kết nhãn đến các LSR trong mạng MPLS. Nó được sử dụng để ánh xạ các FEC đến các nhãn tạo nên các LSP. LDP session được thiết lập giữa các LDP tương đương trong mạng MPLS (không cần thiết phải liền kề).
các LDP ngang hàng trao đổi các dạng bản tin LDP sau: − Bản tin discovery - thông báo và duy trì sự có mặt của một LSR trong mạng L−¬ng ThÞ Th¶o – Tr−êng §¹i häc C«ng nghÖ 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ThiÕt kÕ m« h×nh m¹ng ATM MPLS − Bản tin session - thiết lập, duy trì và xác định các session giữa các LDP ngang hàng. − Bản tin advertisement - tạo ra, thay đổi và xoá nhãn ánh xạ đến các FEC − Bản tin notification - cung cấp thông tin tư vấn (advisory) và thông tin lỗi báo hiệu 2.2 Giao thức CR-LDP Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc CR-LDP (Constraint- Based Routing-LDP) được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP.