Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng MPLS 1.1 Khái niệm MPLS: Ngày nay mạng máy tính đã phát triển rộng khắp, đặc biệt là mạng Internet nó đã trở thành phổ biến trên toàn thế giới. Và nó đang phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng, bên cạnh việc tăng vọt số user trong mạng thì việc gia tăng dịch vụ cũng là vấn đề rất lớn, trước đây nếu như ta chỉ có nhu cầu truyền data thì bây giờ ta cần truyền cả tín hiệu thoại tín hiệu video và một số dịch vụ mở rộng khác, Với mạng Internet truyền thống thì nguồn tài nguyên về băng thông và tốc độ là hạn chế, vì vậy để thực hiện truyền tín hiệu thoại và video có chất lượng là không thể. Nhiều mạng thế hệ mới hơn đã ra đời như: Frame-Relay, ISDN, ATM, chúng đã giải quyết phần nào những yêu cầu trên nhưng vẫn còn nhiều hạn chế, theo đà phát triển của công nghệ mạng MPLS đã ra đời với ý tưởng dùng nhãn để chuyển mạch nó đã giải quyết và khắc phục những hạn chế mà các mạng trước đây vẫn còn tồn tại như: Tốc độ, băng thông không hữu ích, delay…. Mạng MPLS là sự kế thừa và kết hợp của routing thông minh trong mạng IP và chuyển mạch tốc độ cao trong mạng ATM, có cả routing ở layer 3 (IP) và switching ở layer 2 (VPI/VCI của ATM).
MPLS (Multi-Protocol Label Switching) là công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói tin rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn. MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn vào mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp 2. Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có.
Dương Ngọc Hiếu_1951040052_DV19 pg. 11 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: TS.Nguyễn Thanh Tùng MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được sự cạnh tranh cao.2 Cấu trúc của nút MPLS Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng điều khiển MPLS.
Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba hoặc chuyển mạch hai. Hình sau mô tả cấu trúc cơ bản của một nút MPLS Hình 1.1: Cấu trúc một nút MPLS 1.1 Mặt phẳng điều khiển (Control Plane) Mặt phẳng điều khiển được dùng để điều khiển các hoạt động thiết yếu trong mạng và cung cấp các dịch vụ cho mặt phẳng dữ liệu. Chức năng chính của mặt phẳng điều khiển trong kiến trúc LSR là thực hiện cơ chế trao đổi thông tin định tuyến và trao đổi nhãn giữa các thiết bị lân cận. Mặt phẳng điều khiển chứa 2 thành phần như sau: Dương Ngọc Hiếu_1951040052_DV19 pg.
12 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: TS.Nguyễn Thanh Tùng − Tập các giao thức: mặt phẳng điều khiển chứa một tập các giao thức định tuyến như OSPF, BGP, RIPv2… và các giao thức thực hiện trao đổi nhãn như LDP, BGP (được sử dụng trong miền MPLS-VPN). − Bảng định tuyến IP (IP Routing Table), bảng cơ sở thông tin nhãn (LIB)… 1.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane) Có chức năng chuyển tiếp gói tin đi dựa vào nhãn ở mỗi gói tin, mặt phẳng chuyển tiếp thực hiện chức năng một cách độc lập với tập giao thức được sử dụng ở mặt phẳng điều khiển. Mặt phẳng dữ liệu chứa hai thành phần như sau: − Bảng chuyển tiếp IP (IP Forwading Table). − Bảng chuyển tiếp nhãn (Lable Forwarding Table).3 Thành phần thiết bị trong MPLS Miền MPLS có thể được phân chia thành hai phần: phần lõi (MPLS Core) và phần biên (MPLS Edge) như hình 1.2: Các miền trong MPLS Một thành phần thiết bị không thể thiếu trong hoạt động của miền MPLS là các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (Label Switching Dương Ngọc Hiếu_1951040052_DV19 pg.
13 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: TS.Nguyễn Thanh Tùng Router). Nó thực hiện chức năng chuyển tiếp gói tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn. Đó là khả năng cần thiết để hiểu được nhãn MPLS, nhận và truyền gói được gán nhãn trên đường liên kết dữ liệu. Khi gọi tên một LSR, ta thường gặp những tên gọi như hình 1.2 như sau: − LSR lối vào (Ingress LSR): xử lý lưu lượng đi vào miền MPLS, gói dữ liệu đến LSR lối vào là gói dữ liệu IP truyền thống, LSR sẽ gán nhãn cho gói tin đó và chuyển nó vào trong miền MPLS.
− LSR chuyển tiếp (Transit LSR): thực hiện chuyển mạch nhãn cho các gói tin đi trong miền MPLS. − LSR lối ra (Egress LSR): xử lý lưu lượng đi ra miền MPLS, các LSR ngõ ra sẽ tháo bỏ nhãn cuối cùng và định tuyến gói dữ liệu như gói IP thông thường. − LSR biên (Edge LSR) hay LER (Label Edge Router): thường được sử dụng như là tên chung của LSR lối vào và LSR lối ra.4 Các thành phần cơ bản trong MPLS 1.1 Nhãn Nhãn là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định và không có cấu trúc bên trong. Nhãn được gán vào một gói tin sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó thuộc về.3: Định dạng nhãn Một khung nhãn trong MPLS có chiều dài 32 bit, chứa các trường thông tin sau: − LABEL: 20 bits, đây là giá trị của nhãn được gán cho gói tin.
Dương Ngọc Hiếu_1951040052_DV19 pg. 14 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: TS.Nguyễn Thanh Tùng − EXP (Experimental field): 3 bits, xác định thông tin về chất lượng dịch vụ (QoS) được gán cho gói tin. Nếu bit S bật lên 1, đây là nhãn cuối cùng trong ngăn xếp chứa nhãn. − TTL (Time to live field): 8 bits, có chức năng giống như trường TTL trong tiêu đề gói IP nhằm giải quyết sự lặp vòng không mong muốn của gói tin khi được chuyển tiếp trên mạng mà không đến được đích.
Khi gói tin có gán nhãn đi qua một LSR, giá trị trường TTL sẽ được giảm xuống 1, khi trường này có giá trị 0 gói tin sẽ bị hủy bỏ. Trong một miền MPLS, cơ chế chuyển tiếp nhãn được thực hiện dựa trên việc phân tích các thông tin trong tiêu đề của khung (frame header) và sau đó thực hiện các thao tác như thêm nhãn (push), tháo nhãn (pop), hoặc đổi nhãn (swap)…phụ thuộc vào vị trí của LSR trong miền MPLS. Trong chế độ hoạt động này, nhãn được chèn ở giữa tiêu đề lớp 2 (Layer 2 header) và tiêu đề lớp 3 (Layer 3 header).4: Vị trí chèn nhãn trong chế độ chuyển tiếp khung (Frame- mode) Khi các LSR ở bìa của miền MPLS nhận được một gói tin IP chưa có nhãn, nó sẽ thực hiện các thao tác cơ bản như sau: − Xác định giao diện ngõ ra của gói tin. Dương Ngọc Hiếu_1951040052_DV19 pg.
15 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: TS.Nguyễn Thanh Tùng − Nếu giao diện ngõ ra hỗ trợ các chức năng MPLS và nhãn ứng với chặng kế tiếp của gói tin tồn tại hợp lệ thì LSR sẽ chèn nhãn vào giữa phần tiêu đề lớp 2 của khung và tiêu đề lớp 3 như hình 1. − Chuyển tiếp gói tin đã được gán nhãn hoàn tất. − Các LSR trong vùng lõi của miền MPLS chỉ đơn giản là chuyển tiếp gói tin đi dựa vào nhãn đã được gán.2 Chồng nhãn Chồng nhãn (label stack) là một tập hợp nhãn, mỗi nhãn có một chức năng cụ thể nào đó. Nếu LSR gán nhiều hơn một nhãn lên gói tin IP thì sẽ tạo thành một tập hợp nhãn được gọi là chồng nhãn.5 Label Stack Các vấn đề quan trọng liên quan tới label stack: − Dựa vào các giá trị của trường Ethertype (hay giá trị định dạng giao thức Protocol ID) trong tiêu đề Ethernet, ta có thể xác định gói tin đã được gán nhãn hay chưa: + Protocol ID (PID) = 0x0800 cho biết payload là một gói IP chưa được gán nhãn.
+ PID = 0x8847 cho biết payload là một gói tin IP kiểu unicast, và có ít nhất một nhãn đứng trước trường chứa tiêu đề IP. + PID = 0x8848 cho biết payload là một gói tin IP theo kiểu multicast và có ít nhất một nhãn đứng trước trường chứa tiêu đề IP. Dương Ngọc Hiếu_1951040052_DV19 pg. 16 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 GVHD: TS.Nguyễn Thanh Tùng − Trường thông tin S trong định dạng nhãn đã được nêu ở mục trên dùng để xác định nhãn nào là nhãn cuối cùng trong stack, nếu là nhãn cuối cùng trong chồng nhãn thì S được bật lên 1.
− LSR ở phần lõi của miền MPLS chỉ đổi nhãn đầu tiên trong chồng nhãn. Một LSR biên ngõ ra của miền MPLS sẽ loại bỏ lần lượt từng nhãn trong chồng nhãn cho đến khi nó tìm thấy nhãn cuối cùng (dựa vào giá trị của trường S). Sau khi đã bỏ đi nhãn cuối cùng, quá trình chuyển tiếp giống như quá trình chuyển tiếp IP bình thường.3 Lớp tương đương chuyển tiếp Lớp tương đương chuyển tiếp (Forwarding Equivalence Class) là một tập các gói tin IP có các đặc tính tương tự và đồng nhất nhau. Mỗi FEC được định danh bằng cách gán cho nó một nhãn.
Các gói tin IP thuộc cùng một FEC sẽ được chuyển tiếp bởi cùng một cách thức, trên cùng một đường dẫn chuyển tiếp ngay cả khi chúng có sự khác biệt về các thông tin còn lại trong tiêu đề của gói tin (header). Các đặc tính dùng để xác định một FEC thường là địa chỉ đích đến của các gói tin IP hoặc một địa chỉ đích đến và một loại lưu lượng liên quan đến một chỉ số cổng đích nào đó. Với Internet các giá trị sau được sử dụng để thành lập một FEC: địa chỉ IP nguồn và đích, chỉ số cổng nguồn và đích, định danh giao thức (PID), điểm mã (codepoint) của các dịch vụ khác biệt IPv4, dòng nhãn IPv6… Chức năng của một FEC thể hiện ở việc cho phép nhóm các gói vào các lớp. Từ nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý các gói, FEC cũng có thể được dùng để hỗ trợ chất lượng dịch vụ một cách hiệu quả.
Ví dụ, FEC có thể liên kết với độ ưu tiêu cao, lưu lượng thoại thời gian thực… 1.
