Đề tài Nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng với chuyển mạch nhãn đa giao thức

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI 1 11 Hình 1-2: Miền MPLS 15 Hình 1-3: Upstream và downstream LSR 16 Hình 1-4: Định dạng cấu trúc nhãn 16 Hình 1-5: Ngăn xếp nhãn 17 Hình 1-6: Các kiểu node MPLS 17 Hình 1-7: Lớp chuyển tiếp tương đương 18 Hình 1-8: Đường chuyển mạnh nhãn (LSP) 19 Hình 1-9 : Điều khiển độc lập 21 Hình 1-10: Điều khiển theo yêu cầu 21 Hình 1-11: Các ánh xạ hỗ trợ vận chuyển 22 Hình 2-1 : Entry trong bảng chuyển tiếp 25 Hình 2-2 : Nhãn trong ATM; SONET/SDH; Ethernet 26 Hình 2-3 : Mang nhãn trong tiêu đề “Shim” 26 Hình 2-4 : Các chức năng định tuyến trong bộ định tuyến 28 Hình 2-5 : Kiến trúc chuyển mạch nhãn 28 Hình 2-6 : Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn 30 Hình 2-7 : Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn. 30 Hình 2-8 : Liên kết nhãn downstream và upstream 31 Hình 2-9: Vùng hoạt động của LDP 32 Hình 2-10 : Giao thức LDP với các giao thức khác 33 Hình 2-11: Ví dụ về CSPF 38 Hình 2-12: Thiết lập LSP với RSVP-TE 42 Hình 2-13: Nội dung bản tin BGP Update 44 Hình 2-14: BGP phân phối nhãn qua nhiều hệ tự trị 45 Hình 3-1: Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng 50 Hình 3-2: Hàng đợi CQ 51 Hình 3-3: Hàng đợi PQ (Priority Queuing) 52 Hình 3-4: Mô hình chồng lớp (Overlay Model) 52 Hình 3-5: Các trung kế lưu lượng 55 Hình 3-6: Minh hoạ cách dùng bit Affinity và Resource-Class 60 Hình 3-7: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên 61 Hình 3-8: Xem xét các ràng buộc khống chế 63 Hình 3-9: Xem xét tài nguyên khả dụng 63 Hình 3-10: Chọn đường tốt nhất 64 Hình 3-11: Mô hình đường Makam 67 Hình 3-12: Mô hình đường Haskin 67 Hình 3-13: Mô hình Shortest-Dynamic 68 Hình 3-14: Mô hình Simple-Dynamic 69 Hình 3-15: Ví dụ về cơ chế phát hiện dựa trên trường TTL trong mạng IP 70 Hình 3-16: Nhu cầu trên luồng hướng về và chế độ điều khiển trình tự 72 Hình 3-17: Cơ chế xử lý bộ đếm nút mạng TLV 73 Hình 3-18: Cơ chế ngăn ngừa chuyển tiếp vòng sử dụng vector đường TLV 75 Hình 3-19: Trao đổi giá trị bộ đếm nút mạng giữa các ATM-LSR 75 Hình 3-20: Xử lý trường TTL của gói tin IP trước khi phân đoạn gói tin 76 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Các loại LSR trong mạng MPLS 18 Bảng 3-1: Các lớp dịch vụ kỹ thuật lưu lượng 49 THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Chú giải tiếng Anh Chú giải tiếng Việt AS Autonomous System Vùng tự trị ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CoS Class of Service Lớp dịch vụ CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào CR-LDP Constraint Routing Label Distribution Protocol Định tuyến ràng buộc với giao thức phân bổ nhãn CSPF Constraint Shortest Path First Định tuyến cưỡng bức đường đi ngắn nhất Diffserv Differentiated Services Dịch vụ phân biệt DLCI Data Link Connection Identifier Trường nhận diện kết nối liên kết dữ liệu. EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên FEC Forwarding Information Class Lớp chuyển tiếp tương đương IETF Internet Engineering Task Force Ủy ban tư vấn kỹ thuật Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong phạm vi miền ILM Incoming Label Map Ánh xạ nhãn đầu vào Intserv Integrated Service Dịch vụ tích hợp LDP Label Distribution Protolcol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên chuyển mạch nhãn LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn LIS Logic IP Subnet Mạng con Logic IP LSP Label Switch Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Mục chuyển tiếp nhãn tiếp theo PHB Per Hop Behavior Ứng xử theo từng chặng PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ. RFC Request For Comments Tài liệu chuẩn cho Internet RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TTL Time to Live Thời gian sống VC Virtual Circuit Kênh ảo VCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Trường nhận dạng đường ảo MAM Maximum allocation multiplier Bộ phân bổ cực đại ER Explicit route Định tuyến tường minh ERB Explicit Route Information Base Bảng cơ sở thông tin tuyến tường minh ERO Explicit route Object Đối tượng tuyến tường minh NLRI Network Layer Reachability Information IS-IS Intermediate system to Intermediate system LỜI NÓI ĐẦU Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễn thông. Mềm dẻo, linh hoạt, và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu cần hướng tới. Vài năm qua, Internet đang ngày càng phát triển với các ứng dụng mới trong thương mại và thị trường người tiêu dùng. Cùng với các dịch vụ truyền thống hiện nay được cung cấp qua Internet thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện đang được phát triển và sử dụng. Tuy nhiên, tốc độ và dải thông của các dịch vụ và ứng dụng này đã vượt quá tài nguyên hạ tầng Internet hiện nay. Chính những điều đã gây một áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền tải thông tin tốc độ cao với giá thành hạ. Ở góc độ khác sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải có công nghệ thực thi tiên tiến. Ưu điểm nổi bật của giao thức định tuyến TCP/IP là khả năng định tuyến và truyền gói tin một cách hết sức mềm dẻo linh hoạt và rộng khắp toàn cầu. Nhưng IP không đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó công nghệ ATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước. Sự kết hợp IP với ATM có thể là giải pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai - mạng thế hệ sau NGN. Gần đây, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được đề xuất để tải các gói tin trên các kênh ảo và khắc phục được các vấn đề mà mạng ngày nay đang phải đối mặt, đó là tốc độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng, quản lý băng thông cho mạng IP thế hệ sau - dựa trên mạng đường trục và có thể hoạt động với các mạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ (ATM) hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng. Ngày nay, những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai. Thị trường viễn thông trên thế giới đang đứng trong xu thế cạnh tranh và phát triển hướng tới mạng viễn thông hội tụ toàn cầu tạo ra khả năng kết nối đa dịch vụ trên phạm vi toàn thế giới. Do vậy, để đáp ứng được các nhu cầu đó, sự ra đời của MPLS là tất yếu. Mạng MPLS với những tính năng vượt trội, đáp ứng được sự gia tăng của nhu cầu tốc độ mạng, quản lý QoS, điều phối lưu lượng dễ dàng, là công nghệ nền tảng cho mạng thế hệ sau NGN. Việc điều khiển kỹ thuật lưu lượng MPLS trong hệ thống mạng hiện tại sẽ giúp nhanh chóng đẩy nhanh quá trình chuyển đổi hệ thống sang mạng thế hệ kế tiếp NGN. Hơn thế nữa, ở góc độ người sử dụng, yêu cầu được đáp ứng các dịch vụ với chất lượng tốt hơn sẽ được thỏa mãn trong khi ở góc độ nhà cung cấp dịch vụ, mạng sẽ được sử dụng với hiệu suất cao hơn và đem lại nhiều lợi nhuận hơn. Qua tìm hiểu trên lý thuyết và được sự góp ý hướng dẫn của thầy giáo, em đã chọn nghiên cứu về đề tài: “Kỹ thuật lưu lượng với chuyển mạch nhãn đa giao thức”. Đề tài đi sâu vào tìm hiểu các nguyên lý hoạt động của mạng MPLS, đặc biệt là ứng dụng kỹ thuật lưu lượng trên mạng MPLS. Bố cục chuyên đề được chia ra làm 4 chương : Chương 1: Cơ sở công nghệ MPLS Chương 2: Hoạt động cơ bản của MPLS. Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. CHƯƠNG 1 CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MPLS Tổng quan về mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức Định nghĩa Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS-Multi Protocol Label Switching) là một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở các mạng biên bằng cách dựa vào nhãn. Chuyển mạch nhãn đa giao thức là biện pháp linh hoạt để giải quyết những vấn đề gặp nhiều khó khăn trong mạng hiện nay như tốc độ, quy mô, chất lượng dịch vụ (QoS), quản trị và kỹ thuật lưu lượng. MPLS thể hiện một giải pháp thông minh để đáp ứng những đòi hỏi dịch vụ và quản lý dải thông cho mạng IP thế hệ sau - dựa trên mạng đường trục. MPLS giải quyết những vấn đề liên quan đến tính quy mô và định tuyến (dựa trên QoS và dạng chất lượng dịch vụ) và có thể tồn tại trên mạng ATM (phương thức truyền không đồng bộ - Asynchronous Tranfer Mode) và mạng Frame-relay đang tồn tại. Application Application Application Presentation Session Transport Transport Transport Network Internet/Networking Label Switching Internet/Networking Data link Nework Access Nework Access Physical OSI Model TCP/IP model IP/MPLS Model Hình 1-1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI 1 Lợi ích của MPLS Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu. Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet. Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol). Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước. Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM). Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp. Có tính tương thích cao. Các ưu điểm của MPLS Mục tiêu đầu tiên của chuyển mạch nhãn đưa ra là nhằm cải thiện hiệu năng chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phân phối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau. Thêm vào đó là các lược đồ phân phối nhãn hoàn toàn độc lập với quá trình chuyển mạch. Trước hết, chúng ta hãy xem xét một số lý do cơ bản hiện nay đang được quan tâm đối với công nghệ mạng nói chung và chuyển mạch nhãn: Tốc độ và độ trễ, khả năng hệ thống, tính đơn giản, tài nguyên mạng, điều khiển định tuyến. Tốc độ và độ trễ Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm trong quá trình xử lý tải lưu lượng lớn trong internet và intranet, trễ chủ yếu trong quá trình này là quá trình xử lý định tuyến để tìm ra thích hợp cho các gói tin đầu vào. Mặc dù đã có nhiều cải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến như các kỹ thuật tìm kiếm nhanh bảng định tuyến, nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lý, và kết quả là có thể mất lưu lượng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toàn mạng(mạng IP). Chuyển mạch nhãn đưa ra một cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp gói tin IP thông thường, sẽ cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề trên. Chuyển mạch nhãn thực hiện quá trình gán nhãn cho gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vaò bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến như một chỉ số của bảng. Quá trình truy nhập này chỉ yêu cầu duy nhất cho một truy nhập tới bảng thay vì hàng ngàn quá trình tìm kiếm được thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống. Kết quả là các hoạt động này hiệu quả hơn và vì vậy lưu lượng người sử dụng trong gói tin được gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các người sử dụng. Mạng máy tính luôn tồn tại các hiệu ứng trễ, khi các gói tin chuyển qua rất nhiều nút và nhiều chặng khác nhau để tới đích nó tạo ra các hiệu ứng trễ và biến động trễ. Sự tích trữ trên các cung đoạn sẽ tạo ra trễ tổng thể giữa các đầu cuối. Tại mỗi nút mạng, địa chỉ đích trong gói tin được xác minh và so sánh với các địa chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìm đường ra. Các gói tin chuyển qua các nút mạng tạo ra độ trễ và các biến động trễ khác nhau, tuỳ thuộc vào khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng như lưu lượng của luồng tin sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới trễ của người dùng đầu cuối. Một lần nữa, cơ chế hoạt động của chuyển mạch nhãn với khả năng chuyển tiếp gói tin nhanh là giải pháp để giải quyết vấn đề này. Khả năng hệ thống Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lý lưu lượng người dùng trên mạng internet là vấn đề rất quan trọng. Nhưng các dịch vụ tốc độ cao không phải là tất cả những gì mà chuyển mạch nhãn cung cấp. Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầucủa người dùng internet, thay vì hàng loạt các địa chỉ IP (tăng lên rất nhanh từng ngày) mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, tiếp cận này làm giảm kích thước bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn. Tính đơn giản Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn chính là sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản:chuyển tiếp gói tin dựa trên “nhãn” của nó. Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho qua trình liên kết nhãn và đảm bảo tính tương quan giữa các nhãn với luồng lưu lượng người sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức tạp nhưng chúng không gây ảnh hưởng tới hiệu suất của dòng lưu lượng người dùng. Sau khi đã gán nhãn vào dòng lưu lượng người dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể nhúng trong phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt(ASIC) hoặc trong bộ xử lý đặc biệt. Tài nguyên sử dụng Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không chiếm dùng nhiều tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đường chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhãn. Trong các phần sau của cuốn sách này chúng ta sẽ xem xét cụ thể hơn. Điều khiển định tuyến Định tuyến trong mạng internet được thực hiện với các địa chỉ IP (trong mạng LAN là các địa chỉ MAC). Tất nhiên, có rất nhiều các thông tin được lấy ra từ tiêu đề gói tin IP để thực hiện quá trình định tuyến này, ví dụ như: Trường kiểu dịch vụ IP (TOS),chỉ số cổng,v..v là một phần của quyết định chuyển tiếp gói tin. Nhưng định tuyến theo đích là phương pháp chuyển tiếp gói tin thông thường nhất hiện đang sử dụng. Định tuyến theo địa chỉ đích không phải là phương pháp luôn đem lại hiệu quả. Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng như sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là các trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với phương pháp này. Một vấn đề nữa được đặt ra là các nhà cung cấp thiết bị (bộ định tuyến, cầu), triển khai phương pháp định tuyến dựa theo địa chỉ đích theo cách riêng của họ: một số thiết bị cho phép người quản trị mạng chia sẻ lưu lượng, trong khi một số khác sử dụng các trường chức năng TOS, chỉ số cổng,v..v. Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tường minh theo nhãn, như vậy cơ chế này cho cung cấp một cách thức truyền tải lưu lượng qua các nút và liên kết phù hợp với lưu lượng truyền tải, cũng như là đặt ra các lớp lưu lượng gồm các lớp dịch vụ khác nhau(dựa trên yêu cầu QoS) trên đó. Chuyển mạch nhãn là giải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích. Định tuyến dựa trên IP (PBR) thường gắn với các giao thức chuyển mạch nhãn, như FR, ATM hoặc MPLS. Phương pháp này sử dụng các trường chức năng trong tiêu đề gói tin IP như:trường TOS, chỉ số cổng,nhận dạng giao thức IP hoặc kích thước của gói tin. Các trường chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ thành các kiểu lưu lượng và thường thực hiện tại các nút đầu vào mạng (thiết bị gờ mạng). Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bit đã xử lý tại thiết bị gờ để quyết định xử lý luồng lưu lượng đến, quá trình xử lý này có thể sử dụng các kiểu hàng đợi khác nhau và các kiểu phương pháp xếp hàng khác nhau. Định tuyến dựa trên IP cũng cho phép người quản lý mạng thực hiện phương pháp định tuyến ràng buộc. Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến: Đặt các giá trị ưu tiên vão trong tiêu đề gói tin IP Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin Thiết lập giao diện ra cho gói tin Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại hướng trong bảng định tuyến Chuyển mạch nhãn khác với các phương pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác, sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ được xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đường dẫn chuyển mạch hươngs tới đích. Nó cũng khái quát hoá cư cấu chuyển tiếp và trao đổi nhãn,phương pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn như ATM, chuyển mạch khung, PPP, mà nó có thể thích hợp với bất kỳ một phương pháp đóng gói nào. Chúng ta lưu ý rằng có nhiều tài liệu chỉ ra rằng IP không có khả năng định tuyến dựa theo chính sách và điều kiện ràng buộc, điều đó dựa trên lý do thực tế là trên mạng internet có rất nhiều mạng và nhà cung cấp dịch vụ khác nhau, và không có một thoả thuận cụ thể nào về việc sử dụng các bit ưu tiên. Đối với chuyển mạch nhãn cũng vậy, chuyển mạch nhãn thực sự phát huy hiệu quả chỉ khi có được thoả thuận giữa các nhà điều hành mạng về cách thức sử dụng nhãn như thế nào? Các khái niệm cơ bản trong MPSL Miền MPLS (MPLS Domain): là tập hợp của các node mạng MPLS được quản lý và điều khiển bởi cùng một nhà quản trị mạng, hay nói một cách đơn giản hơn là một MPLS domain có thể coi như hệ thống mạng của một tổ chức nào đó. (Chẳng hạn nhà cung cấp dịch vụ). Hình 1-2: Miền MPLS Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên (edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay core-LSR (thường gọi tắt là LSR). Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER (Label Edge Router). Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER). Lưu ý là thuật ngữ này được áp dụng tuỳ theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LER vừa là egress-LER tuỳ theo luồng lưu lượng đang xét. Hình 1-3: Upstream và downstream LSR Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ thuộc vào chiều của lưu lượng.các tài liệu thường dùng ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để biểu thị cho downstream-LSR Nhãn (Label): Nhãn là một thực thể độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như đại chỉ lớp mạng. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho FEC mà gói tin đó được ấn định. Thường thì một gói tin được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ đó. Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin đựoc bọc vỏ. Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCI làm nhãn. Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn. Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như trong hình sau: Hình 1-4: Định dạng cấu trúc nhãn Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-Id (hoặc Ethertype) được chèm thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast. Ngăn xếp nhãn (Label Stack): Ngăn xếp nhãn là kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP. Nó cho phép một gói có thể mang nhiều hơn một nhãn. Nó được cung cấp bởi việc đưa vào một nhãn mới (mức 2) bên trên nhãn đã tồn tại (mức 1), gói được chuyển tiếp qua mạng dựa trên cơ sở các nhãn ở mức 2, sau khi qua mạng này thì nhãn mức 2 bị loại ra và việc chuyển tiếp này hoạt động dựa trên các nhãn mức 1. Hình 1-5: Ngăn xếp nhãn Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR-Label Switch Router) LSR là thiết bị bộ định tuyến hoặc chuyển mạch sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số loại LSR cơ bản sau: LSR biên, ATM-LSR, ATM-LSR biên. Hình 1-6: Các kiểu node MPLS Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sau đây: LSR biên: nằm ở biên của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói thông tin từ hay đến mạng khác (IP, Frame Relay,…). LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Các LSR này có thể là các bộ định tuyến lối vào, hoặc các bộ định tuyến lối ra. ATM-LSR: là các tổng đài ATM có thể thực hiện các chức năng như LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ sở chuyển mạch tế bào ATM trong mạng số liệu. Như vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR. Loại LSR Chức năng thực hiện LSR biên Chuyển tiếp gói có nhãn ATM-LSR Nhận gói tin IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gử gói vào mạng LSR. Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến nút tiếp theo. ATM-LSR biên Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ các ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không có nhãn. Bảng 1-1: Các loại LSR trong mạng MPLS 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. Hình 1-7: Lớp chuyển tiếp tương đương Đường chuyển mạch nhãn (Label Switched path - LSP): Là đường dẫn qua một hoặc nhiều LSR cho phép gói tin chuyển qua mạng trên lớp chuyển tiếp tương đương FEC. Hình 1-8: Đường chuyển mạnh nhãn (LSP) Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP). Tuy nhiên ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều entry nhãn trong stack nhãn. Về lý thuyết, giới hạn số lượng nhãn trong stack phụ thuộc vào giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết đượng dùng dọc theo một LSP. Cơ sở dữ liệu nhãn (Label Information Base - LIB). Cơ sở dữ liệu nhãn là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền. Gói tin dán nhãn. Một gói tin dãn nhãn là là một gói tin mà nhãn được mã hoá tron đó. Trong một vài trường hợp, nhãn nằm trong tiêu đề của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn. Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung trong tiêu đề lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miền là ở đây csó trường có thể dùng được cho mục đích dãn nhãn. Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với với cả thực tế mã hoá nhãn và thực tế giải mã nhãn. Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn (LSFT-Label Switching Forwarding Table).Chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ nut tiếp theo. Hoán đổi nhãn (Label Swapping): Là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn. Rồi nó mã hoá stack nhãn mới vào gói và chuyển gói đi. Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER, LER phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to-NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE. Ấn định và phân phối nhãn. Trong mạng MPLs, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F cụ thể là do LSR phía trước thực hiện. LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR phía sau về kết hợp đó. Do vậy các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau. Các thao tác nhãn Liên kết nhãn (Lable binding): là thủ tục liên kết một nhãn với một FEC. Quá trình liên kết nhãn được thực hiện bởi downstream LSR. Giá trị của nhãn có thể là duy nhất trong một giao diện (per - interface) hoặc duy nhất trong tất cả các giao diện của LSR (per - platform). Sau đó, downstream LSR thông báo cho upstream LSR về liên kết mới được tạo ra. Điều khiển gán nhãn (Lable Control): để thực hiện chuyển tiếp gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức, nhãn được gán và phân phối trong các node mạng MPLS, MPLS hỗ trợ hai kiểu điều khiển gán nhãn vào lớp chuyển tiếp tương đương FEC: điều khiển gán nhãn độc lập và theo yêu cầu. Hai ví dụ dưới đây mô tả kiểu điều khiển này. Hình 1-9. và hình 1-10. Trên hình 1-9, LSR-1 sử dụng OSPF để phát hành tiền tố địa chỉ 192.168/19 tới ATM-LSR, sau khi nhận được phát hành này LSR-ATM độc lập gán nhãn vào trong luồng FEC và phát hành địa chỉ nhãn này tới các LSR lân cận, các nhãn là các nhãn rỗi lấy được lấy ra từ ngăn xếp nhãn. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là các nhãn được gán chỉ khi có phát hành địa chỉ, giả thiết là mạng có độ hội tụ định tuyến nhanh (các bảng định tuyến trong miền định tuyến ổn định và đồng bộ với các bộ định tuyến khác) thì bước liên kết gán nhãn được thực hiện rất nhanh. Tuy nhiên, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn phải thiết lập thoả thuận với các LSR lân cận về lớp chuyển tiếp tương đương sẽ sử dụng. Nếu quyết định khác với lớp chuyển tiếp tương đương, hoặc một số lớp chuyển tiếp tương đương không có các đường dẫn chuyển mạch nhãn liên kết với chúng, thậm chí có nhưng chúng không khả dụng thì quá trình gán nhãn không được đảm bảo. Hình 1-9 : Điều khiển độc lập Hình 1-10: Điều khiển theo yêu cầu Phương pháp điều khiển gán nhãn theo yêu cầu đảm bảo chắc chắn rằng tất cả các LSR trên đường dẫn chuyển mạch nhãn sử dụng cùng FEC được khởi tạo gán nhãn. Mặt hạn chế của phương pháp này là thời gian thiết lập LSP, một số quan điểm cho rằng phương pháp này có vẻ kém hiệu quả, một số khác lại cho rằng phương pháp điều khiển gán nhãn theo yêu cầu sẽ hỗ trợ rất tốt cho vấn đề định tuyến ràng buộc. Trên thực tế, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS thực hiện cả hai phương pháp trên. Ngăn xếp nhãn (Lable Stack): để hỗ trợ khả năng phân cấp nhằm đáp ứng sự mở rộng của mạng, MPLS cho phép một gói tin có thể mang nhiều nhãn. Các nhãn này được xếp liền nhau theo cấu trúc dữ liệu ngăn xếp tức là vào trước ra sau. Bit S sẽ chỉ ra nhãn đó có phải là nhãn cuối cùng (đáy ngăn xếp) của gói tin hay không. Do vậy, có ba thao tác liên quan đến nhãn là: push, pop, và đổi nhãn (swap). Các thao tác xử lý nhãn chỉ quan tâm đến nhãn nằm trên cùng của ngăn xếp. Ngăn xếp nhãn cho phép nhiều thành phân điều khiển tác động lên một gói tin, và các thành phần này ít hoặc không phụ thuộc vào nhau. Việc tạo ngăn xếp nhãn phải tuân theo các quy tắc sau: khi một LSR đẩy một nhãn vào một gói tin đã được gán nhãn sẵn thì nhãn mới phải tương ứng với FEC mà LSR đầu ra đã gán nhãn ban đầu. Như vậy, tại LSR đầu ra của LSP, phải thực hiện hai lần tra bảng: một lần cho nhãn cần pop và một lần cho nhãn còn lại. Để tăng hiệu quả hoạt động, MPLS đưa ra khái niệm nút ngay sát LSR đầu ra (Penultimate Hop) thực hiện thao tác pop nhãn ra khỏi ngăn xếp và gửi gói tin đến LSR đầu ra. Tại LSR đầu ra, chỉ cần thực hiện một thao tác tra bảng. Mục đích của việc pop tại nút áp chót là để mỗi LSR chỉ thực hiện một lần tra bảng. Các ánh xạ và bảng hỗ trợ: Các bảng và ánh xạ được sử dụng để hỗ trợ sự phối hợp hoạt động của nhãn đến và nhãn đi, cũng như việc quản lý ngăn xếp nhãn. Chuyển nhãn đến nút tiếp theo (NHLFE - Next Hop Lable Forwarding Entry) được sử dụng để quản lý một gói tin đã được gán nhãn. Nó bao gồm các thông tin sau: Nút tiếp theo (next hop) của gói tin và nhãn mới (outging lable) hoặc push/pop đối với ngăn xếp nhãn. Ngoài ra, còn có thể có các thông tin về đóng gói dữ liệu ở tầng datalink, thông tin vè chính sách quản lý gói tin. Có thể có nhiều NHLFE cùng tồn tại cho một FEC trong bảng chuyển tiếp. Ánh xạ ILM (Incoming Lable Map) ánh xạ mỗi nhãn đầu vào thành một tập hợp các NHLFE. Nhãn ở trên cùng của ngăn xếp được sử dụng làm chỉ mục của ánh xạ để tìm ra một tập hợp các NHLFE, dựa vào các thông tin này, LSR sẽ xử lý các nhãn của gói tin đó rồi mới chuyển tiếp gói tin đi. Ánh xạ FTN (FEC-To-NHLFE map): ánh xạ mỗi FEC ứng với một tập hợp NHLFE. Quá trình này được thực hiện đối với các gói tin chưa được gán nhãn, những gói tin này sẽ được gán nhãn trước khi chuyển đến node tiếp theo trong mạng. Các ánh xạ này được minh họa trong hình 1-11. Tại biên mạng, gói tin được phân tích phần tiêu đề và ánh xạ vào một FEC. Tiếp đó, FEC được ánh xạ để tìm ra NHLFE rồi vận chuyển gói tin vào trong mạng. Tại mỗi node trong mạng, các nhãn được ánh xạ thành NHLFE để xác định cách quản lý gói tin rồi được chuyển đến node tiếp theo. Hình 1-11: Các ánh xạ hỗ trợ vận chuyển Trộn nhãn (Lable merging): Nhiều gói đến với các nhãn khác nhau và cùng đi ra một giao diện để đến node tiếp theo có thể được LSP gán chung một nhãn. Sau khi các gói được gán chung một nhãn, thông tin về các gói đến từ các giao diện khác nhau với các nhãn khác nhau bị mất đi. Do vậy, vấn đề cần phải phối hợp hoạt động giữa các LSR có khả năng trộn và LSR không có khả năng này. Quy tắc của hoạt động trộn nhãn là khá đơn giản: nếu LSR hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì chỉ cần gửi một nhãn cho FEC; nếu LSR không hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì phải gửi một nhãn cho mỗi FEC, nếu một upstream LSR không hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì nó phải yêu cầu một nhãn cho một FEC. Chế độ sử dụng nhãn (Lable retention mode): sẽ quyết định duy trì thông tin về nhãn hay bỏ nhãn đi khi nó nhận được thông tin về liên kết nhãn hay FEC. Nếu LSR duy trì thông tin về liên kết giữa nhãn và FEC nhận được từ các LSR không phải là node tiếp theo của nó ứng với FEC được gán nhãn, thì LSR hoạt động ở chế độ sử dụng nhãn tự do (liberal lable retention mode). Ngược lại, LSR hoạt động ở chế độ tiết kiệm (conservative lable retention mode), nó sẽ bỏ thông tin nhận được. Kết luận chương. Trong các giao thức lớp mạng truyền thống, khi một gói đi từ một router đến hop kế tiếp thì quyết định chuyển tiếp phải được đưa ra độc lập ở mỗi hop. Việc chọn hop kế dựa trên việc phân tích header của gói và kết quả chạy giải thuật định tuyến. Một router xem hai gói là thuộc cùng một luồng nếu chúng có cùng tiền tố địa chỉ mạng bằng cách áp dụng luật “longest prefix match” cho địa chỉ đích từng gói. Khi gói di chuyển qua mạng, ở mỗi hop đến lượt mình sẽ lại kiểm tra gói và gán lại vào một luồng. Công nghệ chuyển mạch nhãn cho phép thay thế chuyển tiếp gói truyền thống theo kiểu hop-by-hop dựa trên dịa chỉ đích bằng kỹ thuật chuyển tiếp hoán đổi nhãn. kỹ thuật này dựa vào các nhãn có độ dài cố định, cải thiện được năng lực định tuyến lớp 3, đơn giản hoá việc chuyển gói cho phép dễ dàng mở rộng và đặc biệt là hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng. CHƯƠNG 2 HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MPLS Các thành phần của mạng chuyển mạch nhãn Một đặc điểm kiến trúc quan trọng của chuyển mạch nhãn là các chức năng điều khiển lớp mạng được tách biệt với hoạt động chuyển tiếp chuyển mạch nhãn. Sự tách biệt của chức năng này đã được tính toán khi quyết định thiết kế. Nó cho phép các nhà cung cấp mạng kết hợp một số dịch vụ mạng hiện tại và tương lai với một cơ chế chuyển tiếp đơn giản. Nó hỗ trợ tốt các dịch vụ đặc biệt như định tuyến dựa vào đích hay định tuyến đa hướng, hoặc tường minh định tuyến bằng cách kết hợp chức năng định tuyến với việc thiết lập các nhãn khi phân phối chúng qua mạng, tạo ra các đường dẫn chuyển mạch với các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối. Mặc dù các dịch vụ có thể thay đổi nhưng các cơ chế chuyển tiếp cơ bản là không thay đổi. Vì vậy nếu các chức năng điều khiển lớp mạng mới được đưa vào thì cũng không cần thiết phải đánh giá lại hoặc nâng cấp các thành phần và thiết bị trên đường dẫn chuyển tiếp. Một ví dụ điển hình là phiên bản IPv6 đã mở rộng không gian địa chỉ thành 128 bít nhưng vẫn không có bất kì sự thay đổi nào trên đường dẫn chuyển tiếp đã tồn tại. Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét các thành phần này trong mạng chuyển mạch nhãn. Thành phần điều khiển Thành phần điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra và quản lý một bộ phận các nhãn tại các thiết bị LSR. Việc tạo ra một nhãn liên quan đến việc cấp phát và gán cho một đích cụ thể. Đích này có thể là một địa chỉ máy chủ mạng, địa chỉ mạng, địa chỉ nhóm đa hướng hoặc chỉ là các thông tin lớp mạng. Việc phân phối các nhãn được thực hiện bởi TDP hoặc sử dụng trên các giao thức đã tồn tại trước. Thành phần chuyển tiếp Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ bảng thông tin nhãn (LIB) của từng thiết bị LSR để chuyển tiếp gói tin. Đặc biệt khi một gói chứa nhãn thu được từ LSR, nhãn này được dùng làm khoá để xác định một thực thể thích hợp trong bảng LIB. Một thực thể trong LIB bao gồm một nhãn đầu vào, một nhãn đầu ra và các thông tin về liên kết hoặc đóng gói dữ liệu. Khi có yêu cầu chuyển mạch ứng với một thực thể trong bảng LIB thì nhãn đầu vào cùng với các thông tin liên kết khác trao đổi với nhãn đầu ra. Thành phần chuyển tiếp gói tin Thuật toán sử dụng trong thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn để tạo ra quyết định chuyển tiếp dựa trên hai nguồn thông tin chính: bảng chuyển tiếp trong bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và nhãn trong gói tin chuyển tiếp. Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn nằm trong bộ định tuyến chuyển mạch nhãn gồm một dãy các khoản mục (entry). Mỗi một entry gồm một nhãn đầu vào và nhiều mục từ phụ, trong mục từ phụ chứa một nhãn đầu ra, giao diện ra và địa chỉ bước kế tiếp. Các mục từ phụ trong cùng một mục từ có thể có cùng hoặc khác nhãn đầu ra, nhất là đối với các đầu nối multicast- với cùng một đầu vào và cần phải chuyển ra nhiều giao diện khác nhau. Hình 2-1 : Entry trong bảng chuyển tiếp Bảng chuyển tiếp được đánh chỉ số bởi giá trị trong nhãn đầu vào, vì vậy nhãn vào có thứ tự N sẽ nằm trong mục từ N của bảng chuyển tiếp. Để có các thông tin điều khiển các gói tin chuyển tiếp tới nút kế tiếp, trong mục từ phụ chứa một số thông tin liên quan tới nguồn tài nguyên mà gói sử dụng, ví dụ như giao diện ra mà gói tin sẽ được chuyển tới. LSR có thể duy trì hai kiểu bảng chuyển tiếp: bảng chuyển tiếp đơn cho toàn bộ bộ định tuyến và các bảng chuyển tiếp gắn liền với các giao diện; trong kiểu thứ hai quá trình xử lý không chỉ thực hiện trên các gói mà còn trên các giao diện gói tin tới. Một bộ định tuyến chuyển mạch nhãn có thể sử dụng một trong hai kiểu bảng định tuyến hoặc tổ hợp cả hai. Nhãn được đặt trong gói tin cần chuyển qua chuyển mạch nhãn có thể thực hiện theo nhiều cách tuỳ thuộc vào công nghệ lớp liên kết. ATM và chuyển mạch khung FR có thể mang các nhãn như một phần tiêu đề của lớp liên kết. Đặc biệt, với ATM, nhãn có thể mang cả trong trường VPI và VCI của tiêu đề ATM, còn đối với FR, nhãn có thể mang trong trường DLCI của tiêu đề khung FR. Hình 2-2 : Nhãn trong ATM; SONET/SDH; Ethernet Hình 2-3 : Mang nhãn trong tiêu đề “Shim” Phương pháp mang nhãn như một phần của tiêu đề lớp liên kết, cho phép chuyển mạch nhãn chỉ thực hiện trên một số công nghệ lớp hai chứ không phải toàn bộ công nghệ lớp mạng. Vì vậy, một phương pháp hỗ trợ chuyển mạch nhãn trên các công nghệ lớp liên kết khi tiêu đề lớp liên kết không mang trực tiếp nhãn, được thông qua một nhãn nhỏ “shim”. Shim được chèn vào giữa tiêu đề lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu, vì vậy nó có thể sử dụng với bất kỳ công nghệ mạng lớp liên kết nào. Sử dụng “shim” cho phép chyển mạch nhãn hoạt động trên các công nghệ mạng khác nhau như: Ethernet, FDDI, token ring, các liên kết PPP, v. .v. Thuật toán chuyển tiếp chuyển mạch nhãn Thuật toán chuyển tiếp nhãn được thực hiện trong thành phần chuyển tiếp của chuyển mạch nhãn dựa trên quá trình tráo đổi nhãn “swapping“. Thuật toán như sau: Khi một LSR nhận được một gói, bộ định tuyến tách nhãn từ gói tin và sử dụng nó như một chỉ số để truy nhập tới bảng chuyển tiếp. Một khi mục từ đánh số bởi nhãn được tìm thấy (mục từ này có nhãn vào tương tự như nhãn tách ra khỏi gói). Mỗi một mục từ phụ của một mục từ tìm được sẽ thay thế nhãn vào bằng nhãn ra và gửi gói tin tới giao diện ra theo hướng của bước kế tiếp được đặt trong mục từ phụ này. Nếu mục từ chỉ tới hàng đợi đầu ra thì bộ định tuyến sẽ chuyển gói tin vào trong hàng đợi đó. Trường hợp chúng ta vừa xét trên đây được thực hiện trên đơn bảng chuyển tiếp. Trong trường hợp đa bảng chuyển tiếp gắn kết với các giao diện của bộ định tuyến, thì các thủ tục vẫn tương tự, chỉ thay đổi nhỏ tại bước đầu tiên, ngay khi bộ định tuyến nhận được gói tin, LSR sử dụng chính giao diện đó để lựa chọn bảng chuyển tiếp sẽ được sử dụng để xử lí gói. Nếu chúng ta đã từng quen thuộc với công nghệ ATM thì rất dễ dàng nhận ra rằng thuật toán chuyển tiếp các tế bào trong trường chuyển mạch ATM cũng tương tự như vậy. Đây cũng chính là một hướng tiếp cận của chuyển mạch nhãn, tuy rằng đó không phải là tất cả. Một nhãn luôn luôn mang ý nghĩa chuyển tiếp và cũng có thể mang ý nghĩa dành trước tài nguyên. Nhãn mang ý nghĩa chuyển tiếp là vì trong một gói tin xác định đơn nhất một entry trong bảng chuyển tiếp được duy trì bởi bộ định tuyến, và vì entry chứa thông tin về nơi mà gói tin sẽ được chuyển tới. Một nhãn có thể tuỳ chọn cho xử lý dành trước tài nguyên, bởi vì entry được xác định bởi nhãn có thể tuỳ chọn thông tin liên quan tới tài nguyên mà gói tin cần sử dụng, như là hàng đợi mà gói tin sẽ được đặt vào đó. Khi nhãn mang trong tiêu đề của ATM hoặc FR, nhãn mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp và dành trước tài nguyên. Khi nhãn mang trong tiêu đề shim, các thông tin liên quan tới tài nguyên sử dụng có thể mã hoá như một phần của tiêu đề, vì thực chất của tiêu đề shim chỉ mang ý nghĩa chuyển tiếp. Một lựa chọn khác được đưa ra nhằm sử dụng cả thành phần nhãn và không phải là nhãn của shim cho việc mã hoá thông tin, như vậy, nhãn sẽ mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp và dành trước tài nguyên. Tính đơn giản của thuật toán chuyển tiếp trong chuyển mạch nhãn sử dụng thành phần chuyển tiếp nhãn nhằm mục đích thực hiện các thuật toán này trên phần cứng, vì vậy nó cho phép hiệu năng chuyển tiếp tăng lên mà không yêu cầu các phần cứng phức tạp và đắt. Một đặc tính quan trọng của thuật toán chuyển tiếp sử dụng chuyển mạch nhãn là LSR có thể thu được tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin cũng như là quyết định tài nguyên nào mà gói tin có thể sử dụng trong một lần truy nhập bộ nhớ. Điều này được thực hiện bởi (a) một entry trong bảng chuyển tiếp chứa tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin và tài nguyên gói tin cần sử dụng. (b) nhãn trong gói tin cung cấp chỉ số tới entry trong bảng chuyển tiếp sẽ được sử dụng để chuyển tiếp gói tin. Khả năng thu nhận cả hai thông tin trong một lần truy nhập bộ nhớ sẽ làm cho chuyển mạch nhãn thực sự là một công nghệ có hiệu năng chuyển tiếp cao. Một vấn đề nữa mà chúng ta cần hiểu rõ, là khi sử dụng chuyển tiếp trao đổi nhãn tổ hợp với khả năng mang nhãn trên một miền rộng của các công nghệ lớp liên kết có ý nghĩa quan trọng - rất nhiều thiết bị khác nhau có thể sử dụng như bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Ví dụ, việc mang nhãn trong tiêu đề của ATM cho phép trường chuyển mạch ATM hoạt động như là một LSR mà không phải thay đổi các chức năng chuyển mạch phần cứng cơ bản, các vấn đề còn lại sẽ được xử lí tại phần mềm điều khiển. Tương tự như vậy, trong tiêu đề shim được mô tả trên đây, shim đặt tại vị trí mà hầu hết các bộ định tuyến đều xử lí được bằng phần mềm, và như vậy bộ định tuyến cũng trở thành bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Thuật toán chuyển tiếp đơn Trong kiến trúc của các bộ định tuyến thông thường, các chức năng khác nhau được cung cấp bởi thành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến multicast, unicast với kiểu dịch vụ) yêu cầu nhiều thuật toán trong thành phần chuyển tiếp. Chức năng định tuyến Định tuyến Unicast Định tuyến unicast với kiểu dịch vụ Định tuyến multicast Thuật toán chuyển tiếp Tìm kiếm địa chỉ đích Tìm kiếm địa chỉ đích theo kiểu dịch vụ Tìm kiếm trên cơ sở địa chỉ nguồn, đích, giao diện đến Hình 2-4 : Các chức năng định tuyến trong bộ định tuyến Đối với các bộ định tuyến thông thường, khi bộ định tuyến thực hiện chuyển tiếp các gói tin unicast, nó yêu cầu một quá trình tìm kiếm địa chỉ đích có tiền tố dài dựa trên địa chỉ đích lớp mạng, nếu đó là chuyển tiếp multicast thì các địa chỉ nguồn và giao diện ra sẽ được thêm vào làm cơ sở cho quá trình xử lý chuyển tiếp gói tin. Như vậy, thời gian sử dụng cho quá trình tìm kiếm địa chỉ IP sẽ tăng lên rất nhanh khi số lượng địa chỉ tăng lên kéo theo kích thước của bảng định tuyến. Một hướng tiếp cận để giải quyết vấn đề này là sử dụng các thuật toán hợp lý trong việc tìm kiếm địa chỉ có tiền tố dài nhất để làm giảm số lần tính toán, tối ưu hoá tìm kiếm trên cây nhị phân thông qua các hàm trọng số. Chức năng định tuyến Định tuyến Unicast Định tuyến unicast với kiểu dịch vụ Định tuyến multicast Thuật toán chuyển tiếp Trao đổi nhãn Hình 2-5 : Kiến trúc chuyển mạch nhãn Ngược lại, thành phần chuyển tiếp trong chuyển mạch nhãn có một số lượng nhỏ các thuật toán chuyển tiếp phức tạp, thành phần chuyển mạch nhãn thường gồm chỉ một thuật toán dựa trên hoạt động trao đổi nhãn. Đây là một điều rất quan trọng để chúng ta phân biệt chuyển mạch nhãn và các kiến trúc định tuyến thông thường. Khả năng hỗ trợ một miền rộng lớn các chức năng định tuyến trên cùng một thuật toán chuyển tiếp gói đơn nhất là một yếu tố quan trọng của chuyển mạch nhãn và hiệu quả hơn hẳn đối với kiến trúc định tuyến thông thường (thuật toán sử dụng nhiều bảng chuyển tiếp). Chúng ta sẽ xem xét cụ thể vào chương sau. Thành phần chuyển tiếp hỗ trợ đa giao thức Như phần trên đã đề cập, chúng ta dễ dàng nhận thấy trong thành phần chuyển tiếp nhãn có hai vấn đề quan trọng. Một là, thành phần chuyển tiếp nhãn không gắn chặt với lớp mạng cụ thể nào, trên cùng một thành phần chuyển tiếp nhãn có thể gắn với IP, IPX, Apple talk. Hai là, thành phần chuyển tiếp nhãn có thể kết hợp với bất kỳ giao thức lớp liên kết nào. Vì vậy, chuyển mạch nhãn là giải pháp đa giao thức. Các đặc tính của thành phần chuyển tiếp nhãn có thể tổng kết như sau: Thành phần chuyển tiếp nhãn sử dụng thuật toán chuyển tiếp đơn dựa trên hoạt động trao đổi nhãn. Nhãn mang trong gói tin là một thực thể có độ dài cố định, không có cấu trúc và mang ý nghĩa chuyển tiếp và dành trước tài nguyên. Thành phần chuyển tiếp nhãn không đặt ràng buộc trực tiếp tới các lớp chuyển tiếp tương đương mà thông qua nhãn. Thành phần chuyển tiếp nhãn có thể hỗ trợ các giao thức lớp mạng cũng như các giao thức lớp liên kết dữ liệu. Thành phần điều khiển Như chúng ta đã đề cập trên đây, các thành phần chuyển tiếp gói và điều khiển không chỉ áp dụng đối với kiến trúc định tuyến thông thường mà còn áp dụng đối với chuyển mạch nhãn. Trong phần này chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số khái niệm cơ bản liên quan tới thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn. Thành phần điều khiển của chuyển mạch nhãn có nhiệm vụ: (a) Phân bổ thông tin định tuyến giữa các LSR (b) Thực hiện các thủ tục chuyển đổi các thông tin định tuyến vào bảng chuyển tiếp nằm tại thành phần chuyển tiếp. Giống như thành phần điều khiển của bất kỳ một hệ thống định tuyến nào, thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn phải cung cáp thông tin định tuyến tường minh giữa các LSR, trên cơ sở thông tin định tuyến , bộ định tuyến thiết lập các thủ tục để tạo ra các bảng chuyển tiếp dựa trên các thông tin này.Trong thực tế, thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng tất cả các giao thức định tuyến trong các bộ định tuyến thông thường (OSPF, BGP, PIM, v..v.). Có thể coi như cấu trúc định tuyến chuyển mạch nhãn có một tập nhỏ thuộc về bộ định tuyến thông thường. Tuy nhiên, thành phần điều khiển của bộ định tuyến thông thường không hỗ trợ một cách hoàn toàn hiệu quả đối với chuyển mạch nhãn, bởi vì kiến trúc định tuyến thông thường không thích hợp để tạo ra các bảng chuyển tiếp trên cơ sở của thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn, lý do là trong thành phần bảng chuyển tiếp chứa hoạt động tráo đổi nhãn và các bước kế tiếp. Để hỗ trợ đầy đủ, chúng ta xem xét các thủ tục mà LSR phải thực hiện: (a) Tạo ra liên kết ràng buộc giữa nhãn và lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) (b) Thông tin tới các LSR khác về liên kết ràng buộc này (c) Sử dụng cả (a) và (b) để xây dựng và duy trì bảng chuyển tiếp Cấu trúc chung của thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn chỉ ra trên hình 2-6 dưới đây. Thủ tục phân bổ thông tin về nhãn đã tạo Thủ tục tạo liên kết giữa nhãn và FEC Các giao thức định tuyến lớp mạng Duy trì bảng chuyển tiếp Hình 2-6 : Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn Các giao thức lớp mạng cung cấp cho các LSR thông tin về sự sắp xếp các FEC và các địa chỉ bước kế tiếp. Các thủ tục tạo liên kết nhãn và phân bổ thông tin tới các LSR về thông tin liên kết nhãn và FEC. Hình 2-7 dưới đây mô tả hai kiểu liên kết nhãn để tạo ra bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn. Thủ tục phân bổ thông tin về nhãn liên kết nhãn đã tạo ra Thủ tục tạo liên kết giữa nhãn và FEC Các giao thức định tuyến lớp mạng Duy trì bảng chuyển tiếp Sắp xếp FEC vào nhãn Sắp xếp FEC vào bước kế tiếp Hình 2-7 : Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn. Chúng ta nhớ rằng mỗi mục từ trong bảng chuyển tiếp chứa một nhãn đầu vào và một hoặc nhiều nhãn đầu ra. Tương ứng với hai loại nhãn trong bảng chuyển tiếp, thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn cung cấp hai kiểu kiên kết ghép nhãn. Kiểu thứ nhất được thực hiện trực tiếp trên LSR, và kiểu thứ hai (từ xa) được thực hiện trên các LSR khác. Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng liên kết nhãn trực tiếp đối với các nhãn đầu vào, và gián tiếp (từ xa) đối với các nhãn đầu ra, hoặc ngược lại, gọi là liên kết nhãn downstream và upstream. Liên kết nhãn downstream thực hiện liên kết nhãn với luồng FEC thực tế mà gói tin nằm trên đó, được tạo ra bởi LSR đặt nhãn vào gói tin. Các thông tin liên kết nhãn ngược hướng với chiều của các gói tin. Liên kết nhãn upstream thực hiện liên kết nhãn với luồng FEC thực tế mà gói tin nằm trên đó, được tạo ra cùng LSR đặt nhãn vào gói tin. Các thông tin liên kết nhãn cùng chiều với chiều của các gói tin. Gói tin có nhãn X Thông tin liên kết nhãn Y Gói tin có nhãn Y Thông tin liên kết nhãn X DOWNSTREAM UPSTREAM Hình 2-8 : Liên kết nhãn downstream và upstream Trên hình 2-8 minh hoạ liên kết nhãn downstream và upstream, chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng; trong trường hợp downstream, liên kết được tạo ra tại phía cuối của kết nối downstream;trong trường hợp upstream liên kết được tạo ra tại cuối của kết nối upstream . Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR thường duy trì một số nhãn “tự do” (nhãn không liên kết) trong ngăn xếp nhãn. Khi LSR khởi tạo lần đầu tiên các nhãn này được sử dụng cho liên kết nhãn trực tiếp, số lượng nhãn này chỉ ra khả năng liên kết nhãn đồng thời của LSR. Khi bộ định tuyến tạo ra liên kết nhãn mới, các nhãn sẽ được lấy ra từ ngăn xếp nhãn và khi huỷ bỏ liên kết các nhãn sẽ được trả lại cho lần sử dụng tiếp theo. Chú ý rằng, bộ định tuyến chuyển mạch nhãn có hai dạng bảng chuyển tiếp, chuyển tiếp đơn và đa bảng chuyển tiếp. Tương ứng với hai kiểu này, bộ định tuyến chuyển mạch nhãn sẽ có một hoặc nhiều ngăn xếp chứa nhãn. Tạo và huỷ bỏ liên kết nhãn Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR tạo và huỷ bỏ liên kết nhãn với lớp chuyển tiếp tương đương FEC dựa trên tác động từ gói tin chuyển tiếp và thông tin điều khiển (ví dụ, cập nhật thông tin định tuyến OSPF, bản tin RSPV,v..v.).Quá trình tạo và huỷ bỏ liên kết nhãn và khi có tác động từ phía gói tin chuyển tiếp được gọi là quá trình liên kết nhãn hướng dữ liệu “data-driven”. Quá trình tạo và huỷ bỏ liên kết nhãn dưới tác động của thông tin điều khiển được gọi là hướng điều khiển “control-driven”. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) hỗ trợ một miền rộng các tiếp cận để lựa chọn điều khiển. Ví dụ, tiếp cận theo hướng dữ liệu sẽ tạo ra liên kết nhãn với luồng tin qua gói tin đầu tiên tới LSR, hoặc có thể chờ một vài gói tin đến rồi mới thực hiện liên kết nhãn nếu các gói tin đến theo luồng.Việc lựa chọn phương pháp thiết lập liên kết có thể ảnh hưởng tới hiệu năng và độ mềm dẻo của LSR, vì vậy, chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số điều kiện và yêu cầu của mạng để rõ hơn các sở cứ lựa chọn phương pháp. Các giao thức sử dụng trong MPLS Tham gia vào quá trình chuyển thong tin trong mạng MPLS có một số giao thức như LDP, RSVP. Các giao thức như RIP, OPSF, BGP sử dụng trong mạng router định tuyến các gói IP sẽ không được đề cập đến trong phần này. Giao thức phân phối nhãn LDP Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành dưới tên RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP. Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin yêu cầu. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC. Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin. Hình 2-9: Vùng hoạt động của LDP Giao thức phân phối nhãn LDP có các đặc trưng cơ bản sau đây. LDP cung cấp các kỹ thuật phát hiện LSR để cho phép LSR tìm kiếm và thiết lập truyền thông. LDP định nghĩa 4 loại bản tin Bản tin tìm kiếm Bản tin liên kết khởi tạo, giữ và đóng phiên làm việc giữa các LSR. Bản tin phát hành nhãn thực hiện phát hành thông tin gán nhãn, yêu cầu, thu hồi và giải phóng nhãn. Bản tin thông báo sử dụng để cung cấp các thông tin giám sát và báo hiệu thông tin lỗi. LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin. (trừ bản tin phát hiện). LDP được thiết kế để dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu bản tin đặc biệt để thu thập các đối tượng mã hoá TVL (kiểu, độ dài, giá trị). Mã hóa TLV nghĩa là một đối tượng bao gồm một trường kiểu biểu thị về loại đối tượng chỉ định, một trường độ dài thông báo độ dài của đối tượng và một trường giá trị phụ thuộc vào kiểu trường. Hai trường đầu tiên có độ dài cố định và được đặt tại vị trí đầu tiên của đối tượng cho phép dễ dàng thực hiện việc loại bỏ kiểu đối tượng mà nó không nhận ra. Hình 2-10 : Giao thức LDP với các giao thức khác Giao thức truyển tải tin cậy Chúng ta đã biết, bản tin LDP được truyền trên giao thức TCP, nhưng việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét. Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết: nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kết nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn. Một vấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phải bảo đảm đúng. Như vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng luôn chức năng truyền tải này trong bản thân LDP hay không?. Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP. Tuy nhiên việc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần 1 bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP. Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải. Đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng độ tin cậy của giao thức truyền tải. Tuy nhiên vấn đề hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP. Các bản tin LDP Như đã trình bày có 4 kiểu bản tin cơ bản được sử dụng trong giao thức phân phối nhãn LDP, các bản tin thông dụng là. Bản tin khởi tạo (Initialization) Bản tin giữ đường (KeepAlive) Bản tin gán nhãn (Label Mapping) Bản tin giải phóng (Release) Bản tin thu hồi nhãn (Label Withdraw) Bản tin yêu cầu (Request) Bản tin huỷ bỏ yêu cầu (Request Abort) Dạng bản tin Initialization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm: Chế độ phân bổ nhãn Các giá trị bộ định thời Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó. Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lời bằng KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc. Dạng bản tin KeepAlive: Các bản tin KeeepAlive được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng. Dạng bản tin Label Mapping: Các bản tin Label Mapping được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (tiền tố điạ chỉ) và nhãn. Bản tin Label Withdrawal thực hiện quá trình ngược lại: nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi tiền tố địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó. Dạng bản tin Label Release: Bản tin này được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa. Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó. Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin Label Request. Nếu bản tin Label Request cần phải huỷ bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu với bản tin Label Request Abort. Giao thức CR-LDP Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn. Khái niệm định tuyến cưỡng bức Về cơ bản chúng ta có thể định nghĩa định tuyến cưỡng bức như sau. Một mạng có thể được biểu diễn đưới dạng sơ đồ theo V và E G(V,E) trong đó V là tập hợp các nút mạng và E là tập hợp các kênh kết nối giữa các nút mạng. Mỗi kênh sẽ có các đặc điểm riêng. Đường kết nối giữa nút thứ nhất đến nút thứ hai trong cặp phải thoả mãn một số điều kiện cưỡng bức. Tập hợp các điều kiện cưỡng bức này được coi là các đặc điểm của các kênh và chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo đường kết nối mới biết các đặc điểm này. Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức là tính toán xác định đường kết nối từ nút này đến nút kia sao cho đường này không vi phạm các điều kiện cưỡng bức và là một phương án tối ưu theo một tiêu chí nào đó (số nút ít nhất hoặc đường ngắn nhất). Khi đã xác định được một đường kết nối thì định tuyến cưỡng bức sẽ thực hiện việc thiết lập, duy trì và truyền trạng thái kết nối dọc theo các kênh trên đường. Điểm khác nhau chính giữa định tuyến IP truyền thống và định tuyến cưỡng bức đó là: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra đường tối ưu ứng với một tiêu chí (ví dụ như số nút nhỏ nhất); trong khi đó thuật toán định tuyến cưỡng bức vừa tìm ra một đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phương án đó phải không vi phạm điều kiện cưỡng bức. Yêu cầu không vi phạm các điều kiện cưỡng bức là điểm khác nhau cơ bản để phân biệt giữa định tuyến cưỡng bức và định tuyến thông thường. Trên đây chúng ta đã đề cập đến việc tìm đường không vi phạm các điều kiện cưỡng bức, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu thế nào là các điều kiện cưỡng bức. Một điều kiện cưỡng bức phải là điều kiện giúp ta tìm ra một đường có các tham số hoạt động nhất định, độ rộng băng tần khả dụng của kênh truyền là một yếu tố quan trọng trong việc định tuyến cưỡng bức. Ngoài ra điều kiện cưỡng bức cũng có thể là việc quản trị. Ví dụ như một nhà quản trị mạng muốn ngăn không cho một lưu lượng loại nào đó không được đi qua một số kênh nhất định trong mạng, trong đó các kênh được xác định bởi các đặc điểm cụ thể. Cũng giống như điều kiện cưỡng bức là khả năng của kênh, điều kiện cưỡng bức là quản trị ứng với các đường khác nhau cũng có thể có các điều kiện cưỡng bức là quản trị khác nhau. Ví dụ như đối với một cặp nút, đường từ nút thứ nhất trong cặp tới nút thứ hai có thể bao gồm một tập hợp kênh có một số đặc điểm nhất định bị loại ra, trong khi đối với một cặp khác thì lại có một tập kênh khác bị loại ra Định tuyến cưỡng bức có thể kết hợp cả hai điều kiện cưỡng bức là quản lý và tính năng của kênh chứ không nhất thiết là chỉ một trong hai điều kiện. Ví dụ như định tuyến cưỡng bức phải tìm ra đường vừa phải có một độ rộng băng tần nhất định vừa phải loại trừ một số kênh có đặc điểm nhất định. Các phần tử định tuyến cưỡng bức. Để một hệ thống định tuyến IP có thể hỗ trợ định tuyến cưỡng bức, nó phải thoả mãn các đặc điểm sau: Khả năng tính toán và xác định đường tại phía nguồn. Khả năng phân phối thông tin về cấu trúc mạng và đặc điểm các kênh tới tất cả các nút trong mạng. Hệ thống phải hỗ trợ định tuyến hiện. Tài nguyên mạng có thể dự phòng và các thông số của kênh có thể thay đổi được khi truyền lưu lượng tương ứng trên tuyến. Điều kiện cưỡng bức "chọn đường ngắn nhất". Như đã đề cập ở trên, định tuyến cưỡng bức phải tính toán xác định được đường thoả mãn các điều kiện sau: Là tối ưu theo một tiêu chí nào đó (ví dụ như đường ngắn nhất hoặc số nút ít nhất) Không vi phạm các điều kiện cưỡng bức. Một trong cách thoả mãn tiêu chí tối ưu là sử dụng thuật toán “trước tiên là đường ngắn nhất” (SPF). Thuật toán SPF trong định tuyến IP đơn giản, việc tính toán xác định đường phải tối ưu theo một tiêu chí nào đó (ví dụ như khoảng cách). Vì vậy để tính toán xác định đường không vi phạm các điều kiện cưỡng bức chúng ta cần sửa đổi thuật toán sao cho nó tính đến các điều kiện cưỡng bức. Chúng ta hãy xem xét một thuật toán loại này đó là: điều kiện cưỡng bức “chọn đường ngắn nhất” (CSPF). Về tổng quát, thủ tục kiểm tra xem kênh có thoả mãn một điều kiện cưỡng bức cụ thể là đặc điểm của định tuyến cưỡng bức. Ví dụ như nếu điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần khả dụng của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần được chỉ ra trong điều kiện cưỡng bức; chỉ khi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh. Để kiểm tra kênh có thoả mãn một điều kiện cưỡng bức cụ thể nào đó thì chúng ta phải biết trước các thông tin của kênh tương có liên quan đến điều kiện cưỡng bức. Ví dụ như khi điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng thì thông tin cần có là độ rộng băng tần khả dụng của từng kênh. Lưu ý rằng thuật toán tính toán xác định đường sử dụng trong CSPF, yêu cầu bộ định tuyến thực hiện việc tính toán xác định đường phải có các thông tin về tất cả các kênh trong mạng. Điều đó có nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến có thể hỗ trợ định tuyến cưỡng bức đó là các giao thức định tuyến theo trạng thái kênh (ví dụ như IS-IS, OSPF). Còn các giao thức định tuyến theo vector khoảng cách (ví dụ như RIP) không hỗ trợ định tuyến cưỡng bức. Để minh hoạ cho CSPF, chúng ta hãy xem xét ví dụ trên hình 2-11. Chúng ta giả sử rằng độ dài tất cả các kênh đều bằng nhau và có giá trị là 1. Chúng ta cũng giả sử rằng tất cả các kênh đều có độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb/s, ngoại trừ kênh nối từ LSR2 đến LSR4 có độ rộng băng tần khả dụng là 45 Mb/s. Nhiệm vụ của chúng ta là tìm đường từ LSR1 đến LSR6 sao cho có độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khả dụng phải lớn hơn hoặc bằng 100 Mb/s. Ở đây điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng. Hình 2-11: Ví dụ về CSPF Khởi đầu cây đường ngắn nhất (có gốc ở LSR1) chỉ có nút LSR1. Tiếp theo chúng ta kiểm tra hai nút bên cạnh LSR1 đó là LSR2 và LSR3 với lưu ý rằng độ rộng băng tần khả dụng của kênh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giá trị cần thiết là 100 Mb/s. Kết luận không kênh nào vi phạm điều kiện cưỡng bức, vì vậy chúng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sách “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm nút có khoảng cách ngắn nhất đến LSR1 trong danh sách các nút “ứng cử”. Nút này là LSR2 (ở đây cả hai nút LSR2 và LSR3 đều có khoảng cách như nhau đến LSR1 ví vậy có thể chọn ngẫu nhiên là LSR2), chúng ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR2) và xoá nó khỏi danh sách các nút “ứng cử”. Kết thúc một vòng của thuật toán. Vòng thứ 2 chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR2 là LSR4. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này không thoả mãn điều kiện cưỡng bức và chúng ta không bổ sung LSR4 vào danh sách nút “ứng cử”. Chúng ta vẫn còn LSR3 trong danh sách nút “ứng cử”, vì vậy ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoá nó khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ hai của thuật toán. Tại vòng thứ 3 của thuật toán, chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR3 là nút LSR5. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR3-LSR5) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cưỡng bức và ta bổ sung nó vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng cử”nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR5. Vì vậy ta bổ sung LSR5 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5) và xoá LSR5 khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ 3 của thuật toán. Tại vòng thứ 4 của thuật toán, ta kểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR4. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR5-LSR4) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cưỡng bức và ta bổ sung nó vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng cử”nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR4. Vì vậy ta bổ sung LSR5 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoá LSR4 khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ 4 của thuật toán. Tại vòng thứ 5 của thuật toán, ta kểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR6 và LSR7. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên các kênh (LSR4-LSR6) và (LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cưỡng bức và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta nhận thấy rằng trong danh sách các nút “ứng cử” có nút LSR6 có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1. Vì vậy ta bổ sung LSR6 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoá LSR6 khỏi danh sách “ứng cử”. Tại đây chúng ta nhận thấy cây đường ngắn nhất đã có chứa nút LSR6 là nút đích của đường cần tìm. Vì vậy thuật toán kết thúc ở đây. Kết quả đường ngắn nhất từ LSR1 đến LSR6 là (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6). Chúng ta có thể nhận thấy đường này khác với đường được xác định theo thuật toán SPF có thể là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6). CR-LDP là giao thức mở rộng từ LDP (RFC 3212) nhằm hỗ trợ đặc biệt cho định tuyến ràng buộc, kỹ thuật lưu lượng (TE) và các hoạt động dự trữ tài nguyên. Các khả năng của CR-LDP tuỳ chọn bao gồm thương lượng các tham số lưu lượng như cấp phát băng thông, thiết lập và cầm giữ quyền ưu tiên. Giao thức RSVP-TE RSVP có một số cơ chế cần thiết để thực hiện báo hiệu phân phối nhãn nhằm ràng buộc định tuyến. IETF đã chuẩn hoá phần mở rộng kỹ thuật lưu lượng RSVP-TE, định nghĩa các ứng dụng của RSVP-TE như hỗ trợ phân phối nhãn theo yêu cầu để cấp phát tài nguyên cho các LSP định tuyến tường minh. Tổng kết cách dùng RSVP-TE để hỗ trợ tái định tuyến “Make-before-break”, theo dõi đường thực sự được chọn qua chức năng ghi tuyến cũng như hỗ trợ ưu tiên và lấn chiếm. Nguyên lý chức năng của RSVP là thiết lập các dự trữ cho luồng gói tin đơn hướng. Các bản tin RSVP thường đi theo con đường hop-by-hop của định tuyến IP nếu không hiện diện tuỳ chọn tuyến tường minh. Các router hiểu RSVP dọc theo đường có thể chặn và xử lý bất cứ bản tin nào. RFC 2205 định nghĩa 3 kiểu bản tin RSVP: Thiết lập dự trữ (reservation setup), tear down, và error. RSVP-TE cũng định nghĩa thêm bản tin Hello. Các bản tin thiết lập dự trữ. RSVP sử dụng khái niệm dự trữ ở đầu nhận. Trước tiên đầu gửi phát ra một bản tin PATH nhận diện một luồng và các đặc tính lưu lượng của nó. Bản tin PATH chứa một session-ID, sender-template, label-request, sender-Tspec và tuỳ chọn là đối tượng tuyến tường minh ERO. Session-ID chứa một địa chỉ IP đích đi kèm một nhận dạng hầm 16 bit (tunnel-ID) để nhận diện một đường hầm LSP. Như đã trình bày ở chương trước, chỉ có ingress-LSP mới cần biết về FEC được gán vào một đường hầm LSP. Do đó, không giống như LDP, FEC ánh xạ vào đường hầm LSP không bao gồm trong bất kỳ bản tin RSVP nào. Đối tượng Label Request hỗ trợ chế độ công bố nhãn theo yêu cầu. Sender-Template chứa địa chỉ IP của đầu gửi đi kèm với một LSP ID có hỗ trợ phương thức “Make-before-break” khi thay đổi đường đi của một đường hầm LSP. Đặc tính lưu lượng Tspec sử dụng tốc độ đỉnh (peak rate), thùng token (token bucket) để định nghĩa tốc độ và kích cỡ bùng phát, đơn vị khống chế tối thiểu (minimum policed unit) và kích thước gói tối đa. Khi bản tin PATH đi đến đích, bên nhận đáp ứng bằng một bản tin RESV nếu có đồng ý khởi tạo việc gán kết nhãn được yêu cầu trong bản tin PATH. Bản tin RESV được truyền về theo đường ngược chiều với bản tin PATH. RESV cũng chứa cùng Session-ID như ở bản tin PATH tương ứng, đối tượng ghi tuyến tuỳ chọn và thông tin lệ thuộc kiểu dự trữ. Kiểu FF (Fixed Filter) có một nhãn và Tspec được ấn định cho mỗi cặp sender-receiver. Kiểu SE (Share Explicit) ấn định một nhãn khác nhau cho mỗi sender, nhưng tất cả chúng phải áp dụng cùng một dự trữ luồng rõ ràng. Đối tượng Record-route ghi nhận tuyến đường thực tế được chọn bởi LSR bắt đầu từ Egress dẫn ngược về Ingress. Nó có thể được một Router dùng để ghim một tuyến tường minh thả lỏng bằng cách copy tuyến ghi được trong bản tin RESV sang đối tượng tuyến tường minh ERO trong một bản tin PATH được gửi theo chiều ngược lại. Các bản tin Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE RSVP-TE định nghĩa 2 bản tin dành cho việc giải toả LSP là PATH TEAR và RESV TEAR. Hai bản tin này được gửi theo chiều ngược với bản tin PATH và RESV tương ứng. Bản tin TEAR xoá bỏ bất kỳ trạng thái đã cài đặt liên quan đến bản tin PATH hay RESV. Các bản tin TEAR cũng có thể dùng để xoá các trạng thái đáp ứng cho một lỗi ở bước đầu tiên trong hoạt động tái định tuyến. Có các bản tin thông báo lỗi cho bản tin PATH và RESV cũng như bản tin RESV CONFIRMATION tuỳ chọn. Các bản tin lỗi có thể cho biết có sự vi phạm chính sách, mã hoá bản tin hoặc một số sự cố khác. Ví dụ, khi một LSP thấy rằng nó không thể hỗ trợ Tspec đặc tả trong một bản tin RESV, nó sẽ không chuyển tiếp bản tin RESV về cho phía upstream, thay vào đó nó tạo ra một bản tin RESVERR gửi cho phía downstream để xoá bỏ nỗ lực thiết lập LSP. Tuyến tường minh và các tuỳ chọn Record-route của RSVP-TE có một số các mã lỗi để phục vụ cho việc Debug. RFC 3209 định nghĩa bản tin Hello tuỳ chọn cho RSVP-TE, nó cho phép một LSR phát hiện một neighbours bị lỗi nhanh hơn khi so với RSVP làm tươi tình trạng hoặc phát hiện lỗi đường truyền bằng một giao thức định tuyến IP. Điều này khá hữu ích trong việc tái định tuyến nhanh. Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu. Trên hình vẽ ví dụ việc trao đổi bản tin RSVP-TE sử dụng đối tương tuyến tường minh ERO để cài đặt một LSP đi qua một con đường không phải là đường ngắn nhất. Router R1 xác định rằng nó sẽ ấn định FEC “a.b/16” cho đường hầm LSP, và nó tính ra một tuyến tường minh R4-R5-R3 để đi đến hop kế tiếp trong FEC đó. R1 khởi tạo việc thiết lập LSP này bằng cách phát ra một bản tin PATH đến R4 với một ERO, Tspec, sender template (có chứa địa chỉ của sender) và một đối tượng label request. Mỗi bản tin RESV liên quan đến đường hầm LSP này đều mang Session-ID và Filter-spec nguyên thuỷ của sender R1 để giữ mối tương quan với nhau. Tiếp theo, R4 tiếp nhận yêu cầu này và gửi bản tin PATH đến router kế tiếp ghi trong ERO là R5. Đến lượt mình, R5 gửi bản tin này đến Egress-router R3. Tại đích đến của bản tin PATH, R3 xác định rằng liên kết chặng R3-R5 có thể hỗ trợ cho yêu cầu và đó là hop cuối cùng trên đường dẫn cho FEC “a.b/16”. R3 đáp ứng RESV có chứa ERO, Tspec của dung lượng dự trữ. một Filter Spec thoả mãn bên gửi, và gán một nhãn Null ngầm (implicit null) cho chặng liên kết này. Theo RFC 3031, nhãn Null là một quy ước được dùng trong phân phối nhãn cho phép egress-router (ở đây là R3) báo hiệu cho đối tác upstream của nó biết rằng đây là hop áp cuối (penultimate hop) của LSP, do vậy cần gỡ nhãn đỉnh của stack (xem LFIB của LSR R5). Tiếp theo R5 thu nạp bản tin RESV yêu cầu cho chặng R5-R4, ấn định nhãn B và gửi bản tin RESV đến Router kề trước trong ERO là R4.Cuối cùng, R4 chấp nhận yêu cầu, ấn định nhãn A và gửi bản tin RESV ngược về R1. Đến lúc này đường LSP được thiết lập xong và các gói tin có nhãn cho FEC “a.b/16” được chuyển tiếp qua đường hầm. Hình 2-12: Thiết lập LSP với RSVP-TE Khác với giao thức LDP, các bản tin RSVP không mang FEC, vì chỉ duy nhất có R1 cần biết về ánh xạ giữa FEC và đường hầm LSP. Giảm lượng Overhead làm tươi RSVP RSVP là giao thức trạng thái mềm, tiến trình phát một bản tin PATH và bản tin RESV hồi đáp tương ứng phải được đình kỳ làm tươi, thường khoảng 30s một lần. Phương pháp làm tươi này đề phòng các bản tin bị mất trong trường hợp định tuyến từng chặng sẽ tự động chuyển dự trữ tài nguyên sang đường mới khi có bất kỳ thay đổi định tuyến IP. Tất nhiên việc xử lý dành cho khởi tạo các bản tin PATH và RESV lớn hơn nhiều so với việc làm tươi trạng thái một bản tin đã nhận trước đó, tuy nhiên với một số lượng lớn các LSP thì việc xử lý làm tươi có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng. Một cách giải quyết là tăng chu kỳ làm tươi, nhưng cũng sẽ làm tăng độ trễ bảo hiệu khi mất bản tin. RFC 2961 đặc tả một giải pháp cho hạn mức xử lý và vấn đề trễ báo hiệu. Cơ chế này bao gồm việc bó gọn bản tin để giảm tải xử lý, cũng như các cách để router dễ dàng nhận dạng một bản tin không thay đổi hơn. Việc hồi báo bản tin cũng được bổ sung để chuyển tải tin cậy bản tin RSVP và xử lý trường hợp mất các bản tin PATH TEAR và RESV TEAR vì hai bản tin này không được làm tươi trong hoạt động SRVP. Cuối cùng, giải pháp này định nghĩa một bản tin tổng kết. Các cải tiến này nhằm giảm lượng Overhead làm tươi của RSVP trong mạng MPLS. Giao thức cổng biên BGP BGPv4 và mở rộng cho MPLS BGPv4 (Border Gateway Protocol) là một giao thức định tuyến để gắn kết tập hợp các mạng cung cấp dịch vụ trên Internet. Vì nó chỉ là giao thức sử dụng giữa các nhà cung cấp, RFC 2107 đã mở rộng BGP hỗ trợ phân phối nhãn MPLS để có thể thiết lập các LSP liên mạng. BBP có một tập thuật ngữ riêng. Một khái niệm quan trọng là số AS duy nhất, được định nghĩa là một tập hợp router thực hiện một chính sách định tuyến ngoại thống nhất có thể nhận thấy đối với router của các AS khác. BGP không truyền các thông tin topology nội giữa các AS, nó chỉ cung cấp các thông tin về các tiền tố địa chỉ mà có thể tìm đến hoặc đi quá giang qua đó. Sử dụng BGP giữa các router biên nội trong một AS được gọi là BGP nội (iBGP), còn sử dụng BGP giữa các router trong các AS khác nhau được gọi là BGP ngoại (eBGP). BGP chạy trên một phiên TCP vì nó cần độ tin cậy, phân phát đúng thứ tự. Nó hoạt động theo 3 bước: Thiết lập phiên, trao đổi bản tin cập nhật, và chấm dứt phiên. Trong thiết lập phiên, các đối tác BGP ngang cấp trong các AS lân cận trao đổi các bản tin OPEN có chứa AS number, một giá trị keep-alive timeout, và các tham số tuỳ chọn như nhận thực. Các BGP ngang cấp định kỳ trao đổi bản tin keep-alive, nếu phát hiện timeout sẽ chấm dứt phiên. Sau khi thiết lập phiên, các BGP ngang cấp trao đổi các bản tin UPDATE có chứa các tiền tố địa chỉ có thể đến được hiện hành, được gọi là NLRI (Network Layer Reachability Information). Sau khi trao đổi đồng bộ khởi tạo, các thay đổi định tuyến gia tăng được liên lạc bằng bản tin UPDATE. Nội dung bản tin BGP UPDATE gồm 3 phần: các tuyến thu hồi (withdrawn route), một danh sách các tiền tố địa chỉ NLRI, và một danh sách tuỳ chọn các thuộc tính liên quan. Các BGP ngang cấp tạo quyết định chính sách cục bộ khi xem xét công bố một NLRI với các thuộc tính đường được chọn hay thu hồi các thông báo trước đó. Chính sách thường dùng là chọn NLRI có tiền tố địa chỉ đặc tả so trùng nhất, chọn đường có số hop AS ít nhất. Hình 2-13: Nội dung bản tin BGP Update Khi bản tin UPDATE chứa thông tin NLRI, một số thuộc tính đường là bắt buộc trong khi một sộ khác là tuỳ chọn. Các thuộc tính đường bắt buộc là: ORIGIN, ASPATH, và NEXTHOP. ORGIN nhận diện nguồn gốc của NLRI, thí dụ nó được học qua giao thức định tuyến nội hay ngoại. AS-PATH liệt kê một path-vector gồm một tập AS đã đi qua đến thời điểm hiện tại (một chuỗi thứ tự các AS). Vì chiều dài của AS-PATH thường là yếu tố quyết định chọn một tuyến, nên BGP được gọi là giao thức định tuyến path-vetor. Các router sử dụng AS-PATH để tránh loop bằng cách không chuyển tiếp các thông cáo tuyến có chứa số AS của chúng. NEXT-HOP nhận diện địa chỉ IP của router biên cần dùng đển tìm đến NLRI. BGP có một số tham số tuỳ chọn có thể thực hiện một dạng cân bằng tải: LOCALPREF và MED. LOCALPREF cho phép AS đầu gửi chỉ định một sự ưu tiên định tuyến lưu lượng đi ra trên nhiều liên kết đến AS khác; trong khi MED (Multi Exit Discriminator) cho phép một AS phía nhận chỉ định một ưu tiên cho một lưu lượng đến từ một AS khác. RFC 2283 định nghĩa các mở rộng đa giao thức cho BGP để phân phối nhãn MPLS nằm trong một phần của NLRI. Các BGP peer thương lượng hỗ trợ cho khả năng tuỳ chọn này vào lúc thiết lập phiên. Thủ tục cơ bản là “ký sinh” việc phân phối nhãn theo kiểu không cần yêu cầu song song khi thực hiện phân phối tuyến BGP. Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ. Hình 2-14: BGP phân phối nhãn qua nhiều hệ tự trị BGP có thể dùng để thiết lập phân phối nhãn cho các LSP đi xuyên qua các mạng của nhiều nhà cung cấp khác nhau. Hình trên gồm 3 hệ tự trị là A, B và C, AS A cấp phát cho khách hàng prefix địa chỉ FEC “a.b/16”. Router C3 quảng bá nó như một NLRI cho AS-A và AS-B bằng bản tin BGP UPDATE có chứa next-hop và ASPATH. Bản tin UPDATE được gửi bởi C3 đến A3 còn mang một ánh xạ từ FEC “a.b/16” sang nhãn L. Router A3 trong AS A thu thập tất cả các thông cáo này vào trong bảng RIB của nó, thí dụ thông qua một lưới các phiên iBGP hoặc một  “router reflector”. Nhằm tìm cách tốt nhất để chuyển tiếp các gói đến prefix “a.b/16”, A1 có thể xác định rằng đường AS ngắn nhất là qua hop kế A3 sử dụng nhãn L. Nhờ định tuyến nội và giao thức phân phối nhãn của mình, router A1 cũng biết rằng tuyến tốt nhất để đến A3 là đi qua A2 sử dụng nhãn M. Kết quả là khi chuyển gói tin đến prefix “a.b/16”, router A1 push nhãn L lên gói rồi push tiếp nhãn M trên đỉnh Stack. Như vậy, một LSP được chui bên trong một đường hầm LSP khác. LSP1 kéo dài từ A1 đến A3. Trong khi đó, LSP2 kéo dài từ AS-A đến AS-C và có một đoạn chui bên trong LSP1. Kết luận chương Chương 2 đã trình bày những vấn đề chính của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. MPLS được rất nhiều nhà cung cấp và khai thác thiết bị triển khai trên mạng lõi. MPLS đảm bảo một số yếu tố quan trọng về băng thông, độ tin cậy và cơ chế truyền tải hiệu quả là điều kiện cần thiết nhất cho các mạng lõi. Các chức năng định tuyến và báo hiệu cơ bản trong mặt phẳng điều khiển MPLS để hỗ trợ tự động hoá việc cấu hình của mặt phẳng chuyển tiếp. Kiến trúc định tuyến IP được bổ sung chức năng báo hiệu để thực hiện định tuyến ràng buộc. Chương này đã giới thiệu một số giao thức báo hiệu MPLS thực hiện phân phối nhãn theo các đặc tính chung như tuyến tường minh hay tuyến từng chặng, phân phối nhãn theo yêu cầu hay không cần yêu cầu, điều khiển phân phối nhãn độc lập hay theo trình tự. Một số ví dụ trực quan minh hoạ hoạt động định tuyến mạng qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG VỚI MPLS Kỹ thuật lưu lượng Khái niệm kỹ thuật lưu lượng Chất lượng dịch vụ QoS là một vấn đề lớn đặt ra cho các kỹ thuật định tuyến. Những kỹ thuật định tuyến IP truyền thống không đủ đáp ứng cho các dịch vụ đòi hỏi QoS cao hơn như các ứng dụng đa phương tiện hiện nay (VoIP, IPTV,…). Về cơ bản có thể nhận thấy bất cứ kỹ thuật lưu lượng nào cũng nhằm giải quyết hai vấn đề cơ bản sau đây: Thiết lập tuyến tối ưu trên cơ sở một số chuẩn mực nhất định. Xem xét băng tần khả dụng trên từng kênh riêng. Tắc nghẽn mạng có thể xảy ra ở một số trường hợp sau: Khi tài nguyên mạng không đủ hoặc không tương xứng để phục vụ tải theo yêu cầu. Khi luồng lưu lượng được chuyển một cách không hiệu qủa trên các tài nguyên khả dụng (băng thông) gây ra một phần tài nguyên mạng bị quá tải trong khi các phần khác vẫn còn dư thừa. Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng. Nó ứng dụng các nguyên lý khoa học công nghệ để đo lường, mô hình hoá, đặc trưng hoá và điều khiển lưu lượng nằm đạt đượccác mục tiêu khác nhau. Khái niệm TE phân biệt với với khía niệm kỹ thuật mạng (Network Engineering). Kỹ thuật mạng liên quan đến việc thiết kế xây dựng topology của mạng sao cho phù hợp với lưu lượng. Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng Phân loại Kỹ thuật lưu lượng là một giải pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng dịch vụ bằng cách điều khiển tắc nghẽn mạng và tối ưu tính năng mạng. Như vậy mục tiêu chất lượng cơ bản của TE có thể phân thành các loại cơ bản sau: Hướng lưu lượng Hướng tài nguyên Các mục tiêu hướng lưu lượng liên quan đến việc tăng cường QoS cho các luồng lưu lượng. Trong mô hình đơn lớp (dịch vụ best-effort), các mục tiêu này gồm: giảm thiểu mất gói và trễ, tăng tối đa thông lượng và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ (SLA)… Các mục tiêu hướng lưu lượng bị chặn thống kê (như thay đổi độ trễ gói đỉnh-đỉnh, tỷ lệ mất gói, trễ truyền tối đa) cũng rất hữu ích trong mô hình dịch vụ phân biệt. Các mục tiêu hướng tài nguyên liên quan đến việc tối ưu hoá sử dụng tài nguyên. Băng thông là một tài nguyên cốt yếu của mạng, do đó chức năng trọng tâm của kỹ thuật lưu lượng là quản lý hiệu quả tài nguyên băng thông. Bài toán nghẽn Nghẽn thường xảy ra theo hai cách như sau: Khi bản thân các tài nguyên mạng không đủ để cấp cho tải yêu cầu. Khi các dòng lưu lượng được ánh xạ không hiệu quả lên các tài nguyên, làm cho một số tập con tài nguyên trở nên quá tải trong khi số khác nhàn rỗi. Có thể giải quyết nghẽn bằng các cách: Tăng dung lượng hoặc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn cổ điển (giới hạn tốc độ, điều khiển luồng, quản trị hàng đợi, điều khiển lịch trình…) Dùng kĩ thuật lưu lượng nếu nghẽn là do cấp phát tài nguyên chưa hiệu quả. Đối tượng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng là nghẽn kéo dài chứ không phải nghẽn nhất thời do bùng phát lưu lượng. Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng Lưu lượng có thể được tổ chức xoay quanh một khái niệm gọi là các lớp dịch vụ (service classes). Các lớp lưu lượng này được định nghĩa theo những hoạt động sau: Quan hệ đồng bộ giữa đầu phát và đầu thu: ám chỉ biến động trễ có thể chấp nhận được trên một kết nối. Tốc độ bit: cố định hay biến đổi Loại dịch vụ: hướng kết nối hay không kết nối Các hoạt động điều khiển luồng Số thứ tự cho thông tin người sử dụng Phân đoạn và tái hợp các PDU (Protocol Data Unit) của người dùng Lớp Đặc điểm Lớp A Tốc độ bit cố định Định hướng kết nối (connection-oriented) Cần sự quan hệ về định thời giữa phát và thu Cho phép một ít mất mát Lớp B Tốc độ bit thay đổi Định hướng kết nối Cần có quan hệ định thời giữa phát và thu Cho phép một ít mất mát Lớp C Tốc độ bit thay đổi Định hướng kết nối Không đòi hỏi sự quan hệ về định thời giữa phát và thu Không cho phép mất mát Lớp D Tốc độ bit thay đổi Không kết nối (connectionless) Không đòi hỏi sự quan hệ về định thưòi giữa phát và thu Không cho phép mất mát Bảng 3-1: Các lớp dịch vụ kỹ thuật lưu lượng Hàng đợi lưu lượng Nhiều hệ thống (đặc biệt là các bộ định tuyến) hỗ trợ một dạng hàng đợi thông dụng sau: Hàng đợi FIFO (First-in, First-out) Hàng đợi này truyền gói theo thứ tự, gói đến trước sẽ được truyền trước. Hàng đợi FIFO không có sự phân loại vì tất cả các gói được thuộc về cùng một lớp. Một bộ định tuyến hay bộ chuyển mạch cần các hàng đợi xuất để giữ các gói trong khi chờ bộ giao tiếp sẵn sàng gửi gói. Trong khi các công cụ hàng đợi khác thể hiện các tính năng khác, như sắp xếp trật tự các gói, hàng đợi FIFO chỉ cung cấp một ý nghĩa giữ các gói trong khi chúng chờ để rời khỏi một cổng giao tiếp (interface). Hàng đợi FIFO sử dụng một hàng đợi đơn cho bộ giao tiếp. Vì chỉ có một hàng đợi nên không cần phân lớp để quyết định khi gói đi vào. Và cũng không cần lập lịch ban đầu để cho hàng đợi lấy gói tiếp theo. Chỉ quan tâm đến cách cấu hình chiều dài hàng đợi FIFO tránh tác động đến độ trễ và mất gói. Hàng đợi FIFO sử dụng kỹ thuật hủy gói cuối hàng đợi để quyết định khi nào bỏ gói hay cho gói vào hàng đợi. Nếu cấu hình một hàng đợi dài hơn, nhiều gói có thể đặt trong hàng đợi, nghĩa là hàng đợi ít khả năng đầy. Nếu không gian hàng đơi còn trống nhiều thì gói ít bị mất. Tuy vậy, với một hàng đợi dài, độ trễ và độ biến động trễ của gói tăng. Với hàng đợi ngắn, độ trì hoãn ít xuất hiện hơn, nhưng hàng đợi FIFO đơn sẽ đầy nhanh chóng, lúc này các gói mới sẽ bị hủy bỏ. Một số nhược điểm của hàng đợi FIFO: FIFO không hoàn toàn tin cậy khi một luồng không mong muốn tranh giành với các luồng có độ ưu tiên thấp. Các luồng không mong muốn gửi một số lượng lớn các gói (đa số các gói đó bị huỷ bỏ). Trong khi đó, các luồng với độ ưu tiên thấp gửi một số lượng gói xác định và hầu hết chúng bị hủy bởi vì hàng đợi lúc nào cũng đầy do các luồng không mong muốn đã chiếm hết không gian hàng đợi. Sự bùng nổ cao hay thấp gây ra tình trạng đầy hàng đợi FIFO. Các gói đi vào một hàng đợi đầy phải chờ một thời gian dài trước khi chúng được truyền. Nhưng ở thời điểm khác, hàng đợi có thể trống và các gói trong cùng một luồng không bị trì hoãn. Các ưu điểm của kỹ thuật hàng đợi FIFO Đây là kỹ thuật đơn giản và nhanh. Nó được hỗ trợ trên tất cả các nền tảng. Hàng đợi FIFO được hỗ trợ trong tất cả các phiên bản của Cisco IOS. Hàng đợi WFQ (Weighted Fair Queuing) Băng thông rỗi được chia cho các hàng đợi tuỳ thuộc vào trọng số (weight) của chúng. Xét ví dụ sau: có 12 luồng lưu lượng A,B,..N và trọng số của chúng được đánh số như hình 4-1, trong đó: có bốn luồng (D, E, F, G) có trọng số 5, có hai luồng có trọng số 4, còn ở các trọng số khác chỉ có một luồng. Hình 3-1: Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng Tổng trọng số: 8 + 7 + 6 + 5(4) + 4(2) + 3 + 2 + 1 = 55. Khi đó mỗi luồng có trọng số 5 sẽ nhận được 5/55 băng thông, luồng có trọng số thấp nhất (trọng số 1) sẽ nhậ được 1/55 băng thông và luồng có trọng số cao nhất (trọng số 8) nhận được 8/55 băng thông. Tương tự cho các luồng có trọng số khác. Hàng đợi CQ (Custom Queuing) Hình 3-2: Hàng đợi CQ CQ cho phép các user chỉ ra phần trăm băng thông khả dụng cho một giao thức đặc biệt nào đó. Ta có thể định nghĩa tối đa đến 16 hàng đợi được phục vụ một cách tuần thự theo phương thức round-robin, truyền phần trăm lưu lượng trên mỗi hàng đợi trước khi chuyển đến hàng đợi kế. Hàng đợi PQ (Priority Queuing) Hình 3-3: Hàng đợi PQ (Priority Queuing) Tất cả các gói thuộc lớp có mức ưu tiên cao hơn sẽ được truyền trước bất kỳ gói nào thuộc lớp có mức ưu tiên thấp hơn. PQ cho phép người quản lý mạng cấu hình bốn thuộc tính lưu lượng là cao (high), thông thường (normal), trung bình (medium) và thấp (low). Lưu lượng đến được gán vào một trong 4 hàng đợi. Giải pháp mô hình chồng lớp (Overlay Model) Hình 3-4: Mô hình chồng lớp (Overlay Model) Một cách tiếp cận phổ biến để bù đắp các thiếu sót của các giao thức IGP (Interior Gateway Protocols) là sử dụng mô hình chồng lớp (như IP over ATM hoặc IP over FR). Tất cả các router lớp 3 được kết nối trực tiếp với nhau bằng một lưới full-mesh các mạch ảo VC. Kỹ thuật lưu lượng được thực hiện ở lớp 2 (ATM hoặc FR). Tuy nhiên, mô hình này có nhiều nhược điểm như sau đây: Tốn kém thêm nhiều thiết bị (các chuyển mạch ATM hoặc FR). Quản lý mạng phức tạp hơn: Mạng lớp 2 có các công cụ quản lý riêng với nhiều tác vụ hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng. Đồng thời mạng các router lớp 3 với giao thức IGP cũng được quản lý. Việc quản lý 2 lớp mạng này không tích hợp được. Phát sinh nhiều vấn đề mở rộng đối với IGP do số lượng quá lớn các neighbor khi kết nối full-mesh để tận dụng các tiện ích cung cấp bởi lớp 2. Tốn thêm băng thông cho lượng overhead của ATM hoặc FR (cell tax). Không hỗ trợ dịch vụ phân biệt (Diffserv). Mọi dịch vụ phân biệt của IP đưa xuống (qua AAL5 của ATM) đều trở thành “best-effort” Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại Các khả năng điều khiển mà giao thức IGP của Internet hiện nay không còn đủ đối với quản lý lưu lượng TE. Giao thức này rất khó có khả năng triển khai các chính sách hữu hiệu để giải quyết vấn đề chất lượng mạng. Hơn nữa, giao thức IGP dựa trên thuật toán tìm đường ngắn nhất làm khả năng tắc nghẽn đối với các hệ thống tự động điều khiển (AS) trong mạng Internet. Thuật toán SPF về cơ bản được tối ưu hoá dựa trên một số tham số bổ sung đơn giản. Các giao thức này thuộc loại điều khiển theo cấu trúc nên độ khả dụng băng thông và các tham số lưu lượng không phải là các tham số được sử dụng trong quyết đinh định tuyến. Hệ quả là tắc nghẽn thường xuyên xuất hiện khi: Các đường ngắn nhất của nhiều luồng lưu lượng cùng chiếm một kênh hay một giao diện của bộ định tuyến hoặc: Một luồng lưu lượng nào đó được định tuyến qua kênh hay bộ định tuyến không đủ băng thông cho nó. Kỹ thuật lưu lượng trên MPLS MPLS là công nghệ đóng vai trò quan trọng chiến lược cho quản lý lưu lượng bởi nó có khả năng cung cấp đa số các chức năng của mô hình chồng lớp (overlay) theo kiểu tích hợp với giá thấp hơn so với các kỹ thuật khác hiện nay. Cũng quan trọng không kém là MPLS cung cấp khả năng điều khiển tự động các chức năng quản lý lưu lượng. Lưu lượng được điều khiển và quản lý trên một đối tượng gọi là trung kế lưu lượng. Trung kế lưu lượng MPLS là một phần của các luồng tải lưu lượng thuộc cùng một lớp trong một đường chuyển mạch nhãn LSP. Cần lưu ý sự khác biệt giữa trung kế lưu lượng, đường và LSP mà nó đi qua. Việc sử dụng MPLS cho quản lý lưu lượng do một số thuộc tính hấp dẫn sau: Các đường chuyển mạch nhãn hiện không bị trói buộc với nguyên tắc định tuyến trên địa chỉ đích có thể được tạo ra rất đơn giản bằng nhân công hay qua các giao thức điều khiển; LSP được quản lý một cách rất hiệu quả; Các trung kế lưu lượng được thiết lập và ghép vào các LSP; Các thuộc tính của trung kế lưu lượng được mô tả bởi bộ thuộc tính; Một bộ thuộc tính có liên quan đến tài nguyên bắt buộc đối với LSP và các trung kế lưu lượng qua LSP; MPLS hỗ trợ tích hợp và phân tách lưu lượng trong khi định tuyến IP truyền thống chỉ hỗ trợ tích hợp lưu lượng mà thôi; Dễ dàng tích hợp “định tuyến cưỡng bức” vào MPLS; Triển khai tốt MPLS có thể làm giảm đáng kể mào đầu so với các công nghệ cạnh tranh khác. Hơn nữa, dựa trên cơ sở các đường chuyển mạch nhãn hiện có, MPLS cho phép khả năng cùng triển khai mô phỏng chuyển mạch kênh trên mô hình mạng Internet hiện nay. Để tăng cường những tính năng quản lý lưu lượng trong MPLS người ta bổ sung thêm một số thuộc tính. Những thuộc tính đó được đề xuất như sau: Những thuộc tính trung kế lưu lượng thể hiện tính chất ứng xử lưu lượng Những thuộc tính của tài nguyên gắn liền với việc sử dụng cho các trung kế lưu lượng. Khung “định tuyến bắt buộc” sử dụng để chọn đường cho các trung kế lưu lượng được coi là bắt buộc phải thoả mãn 2 yêu cầu thuộc tính trên. Trong mạng đang hoạt động các thuộc tính trên phải có khả năng thay đổi động trực tuyến bởi nhà quản trị mạng mà không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của mạng. Những vấn đề cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là: Ánh xạ các gói lên các lớp chuyển tiếp tương đương (FEC). Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng (traffic trunk). Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên topology mạng vật lý thông qua các LSP. Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực hiện các mục tiêu TE. Trung kế lưu lượng là một khối thu gom (aggregate) các luồng lưu lượng thuộc cùng lớp, được đặt bên trong một LSP. Trong một số hoàn cảnh có thể nới lỏng định nghĩa này để cho phép trung kế lưu lượng thu gom lưu lượng đa lớp. Trong mô hình dịch vụ đơn lớp, một trung kế lưu lượng có thể đóng gói toàn bộ lưu lượng giữa một ingress-router và một egress-router. Trong trường hợp phức tạp hơn, lưu lượng của các lớp dịch vụ phân biệt được ấn định vào các trung kế lưu lượng riêng biệt với các đặc tính khác nhau. Trung kế lưu lượng là đối tượng có thể định tuyến (tương tự như ATM VC) Trung kế lưu lượng phân biệt với LSP là đường cho trung kế đi xuyên qua. Trong bối cảnh hoạt động, một trung kế lưu lượng có thể chuyển từ LSP này sang một LSP mới, hoặc nhiều trung kế lưu lượng cùng đi chung trên một LSP. Trung kế lưu lượng là đơn hướng. Hình 3-5: Các trung kế lưu lượng Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) Đồ hình nghiệm suy gần giống như topology ảo trong mô hình chồng lớp. Nó được ánh xạ trên mạng vật lý thông qua việc lựa chọn các LSP cho các trung kế lưu lượng. Một đồ hình nghiệm suy gồm một nhóm các nút LSR được được kết nối luận lý với nhau bằng các LSP. Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băng thông cơ bản trong một miền MPLS đặt ra chính là làm thế nào để ánh xạ hiệu quả đồ hình nghiệm suy lên trên topology mạng vật lý. Đồ hình nghiệm suy được công thức hoá như sau: Đặt G = (V, E, C) là một đồ hình mô tả topology vật lý của mạng. Trong đó, V là tập hợp các nút mạng, E là tập hợp các đường liên kết, C là tập hợp cá khả năng và ràng buộc cho E và V. Ta coi G là topology cơ sở. Đặt H = (U, F, D) là đồ hình MPLS nghiệm suy, trong đó U là tập hợp con thuộc V gồm một nhóm LSR tại cá đầu của LSP. F là tập hợp các LSP. Tham số D là tập hợp cá yêu cầu và chế tài cho F. Như vậy, H là một đồ hình trực tiếp phụ thuộc vào các đặc tính chuyển tải của G. Trung kế lưu lượng và các thuộc tính Để xây dựng và duy trì trung kế lưu lượng, người ta tìm cách mô hình hóa nó bằng các tham số. Một thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến các đặc trưng hành vi của trung kế lưu lượng. Các thuộc tính được gán cụ thể thông qua hành động quản trị hoặc được gán ngầm ẩn bởi các giao thức bên dưới khi các gói được phân loại và ánh xạ vào FEC tại lối vào miền MPLS. Thực tế, một trung kế lưu lượng có thể đặc trưng hoá bởi: Ingress-LSR và egres-LSR của trung kế lưu lượng Tập các FEC được ánh xạ vào trung kế lưu lượng Một tập các thuộc tính nhằm xác định các đặc trưng hành vi của trung kế. Hai vấn đề cơ bản có ý nghĩa đặc biệt là: (1) Tham số hoá các trung kế lưu lượng và (2) những quy luật sắp đặt và duy trì đường dẫn cho các trung kế lưu lượng. Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng Là các tiến trình khác nhau xảy ra trong thời gian sống của một trung kế lưu lượng: Thiết lập(Establish): Tạo tạo ra một trung kế lưu lượng bằng cách quyết định một LSP, gán các nhãn MPLS và quan trọng nhất là gán tài nguyên cho trung kế đó. Kích hoạt (Activate): Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách dùng một chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế. Giải kích hoạt (Deactivate): Làm cho trung kế lưu lượng ngưng chuyển dữ liệu cũng bằng cách dùng một chức năng định tuyến để dừng việc đưa lưu lượng vào trung kế. Thay đổi thuộc tính (Modify Attributes): Thay đổi các đặc trưng của trung kế lưu lượng, chẳng hạn như băng thông khả dụng. Tái định tuyến (Reroute): Chọn 1 đường mới cho trung kế lưu lượng (thường do một số sự cố trong mạng hoặc khi khôi phục xong sự cố). Huỷ bỏ (Destroy): Loại bỏ hoàn toàn một trung kế lưu lượng khỏi mạng và thu hồi tất cả các tài nguyên đã cấp phát cho nó. Các tài nguyên có thể bao gồm nhãn và băng thông khả dụng. Trên đây là những hoạt động cơ bản của trung kế lưu lượng, ngoài ra còn có các hoạt đông khác như thiết lập kiểm soát hay định dạng lưu lượng. Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter) Thuộc tính tham số lưu lượng đặc tả băng thông đòi hỏi bởi trung kế lưu lượng cùng với các đặc trưng lưu lượng khác như tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước bùng phát cho phép, v.v… Dưới góc độ kỹ thuật lưu lượng, các tham số lưu lượng rất quan trọng vì chúng chỉ thị các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu lượng. Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường) Là các tiêu chuẩn lựa chọn và duy trì đường dẫn cho trung kế lưu lượng. Con đường thực sự được chọn xuyên qua mạng có thể được cấu hình tĩnh bởi nhà điều hành hoặc được gán động do mạng dựa vào các thông tin từ IGP (như IS-IS hoặc OSPF). Các thuộc tính cơ bản và các dặc trưng hành vi liên quan đến chọn đường và quản lỹ đường cho trung kế lưu lượng được mô tả như sau đây: Đường tường minh đặc tả quản trị Đường tường minh đặc tả quản trị cho một trung kế lưu lượng được cấu hình bởi nhà điều hành. Một đường gọi là đặc tả toàn bộ nếu chỉ ra các hop yêu cầu giữa hai endpoint. Đặc tả một phần là nếu chỉ có một tập hợp con các hop trung gian được chỉ thị. Thuộc tính “path preference rule” là một biến nhị phân chỉ thị đường tường minh được cấu hình là bắt buộc hay không bắt buộc. Phân cấp các luật ưu tiên cho đa đường Trong 1 số hoàn cảnh thực tế, khả năng chỉ định một tập hợp các đường tường minh đề cử cho 1 trung kế lưu lượng và định nghĩa phân cấp các quan hệ ưu tiên giữa các đường. Khi thiết lập đường, các luật ưu tiên được áp dụng để chọn ra đường thích hợp từ danh sách đề cử. Trong các tình huống sự cố thì các luật ưu tiên này cũng được dùng để chọn một đường thay thế từ danh sách đề cử. Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource Class Affinity) Thuộc tính này cho phép operator áp đặt các chính sách chọn đường bằng việc bao gồm hay loại trừ một số liên kết nào đó. Mỗi liên kết được gán một thuộc tính lớp tài nguyên (Resource-Class). Thuộc tình Affinity lớp tài nguyên có dạng chuỗi bit như sau: Affinity(32-bit), Mask(32-bit) Mặt nạ lớp tài nguyên chỉ thị các bit trong lớp tài nguyên cần được kiểm tra. Liên kết được bao hàm khi chọn đường nếu chuỗi Affinity trùng với Resource-Class sau khi cùng thực hiện phép AND với mặt nạ. Giá trị default của mặt nạ là 0x0000FFFF. Thuộc tính thích ứng (Adaptivity) Trong nhiều tình huống cần thiết phải thay đổi động các đường dẫn của trung kế lưu lượng để đáp ứng với việc thay đổi trạng thái mạng (chủ yếu thay đổi tài nguyên khả dụng). Quá trình này được gọi là tái tối ưu hoá (re-optimization). Thuộc tính thích ứng cho biết một trung kế lưu lượng được phép tái tối ưu hoá hay không. Nếu tái tối ưu hoá bị cấm thì trung kế lưu lượng coi như được “ghim” vào đường đã thiết lập của nó và không thể tái định tuyến (re-route) khi có thay đổi trạng thái mạng. Phân phối tải qua nhiều trung kế song song Khi lưu lượng thu gom giữa hai nút quá lớn không thể tải hết trên một đường, MPLS có thể tạo ra nhiều trung kế lưu lượng gữa hai nút sao cho mỗi trung kế chuyển một phần của lưu lượng thu gom. Khi đó cần có một số thuộc tính cho biết tỉ lệ tương đối của lưu lượng được mang bởi mỗi trung kế. Các giao thức bên dưới sẽ ánh xạ tải lên các trung kế lưu lượng theo các tỉ lệ được cho. Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priorty/Preemption) Thuộc tính ưu tiên có 8 mức (giảm dần từ 0 đến 7) xác định thứ tự thực hiện chọn đường cho các trung kế lưu lượng. Độ ưu tiên cũng rất quan trọng khi triển khai cơ chế lấn chiếm (preemption) vì nó có ảnh hưởng đến thứ tự thiên vị. Mỗi trung kế lưu lượng được gán một giá trị ưu tiên thiết lập (setup priority) và một giá trị ưu tiên cầm giữ (holding priority). Khi thiết lập một trung kế mới hoặc tái định tuyến, một trung kế có độ ưu tiên thiết lập cao sẽ chèn lấn một trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ thấp hơn “bật” ra khỏi đường nếu chúng cạnh tranh tài nguyên. Ngược lại, việc thiết lập một trung kế mới có thể thất bại nếu băng thông mà nó yêu cầu đang bị chiếm giữ bởi các trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ cao hơn. Thuộc tính đàn hồi (Resilience) Thuộc tính đàn hồi xác định hành vi của trung kế lưu lượng trong tình huống xảy ra sự cố theo các cơ chế sau: Không tái định tuyến trung kế lưu lượng. Tái định tuyến qua một đường khả thi có đủ tài nguyên. Tái định tuyến qua đường khả dụng bất kỳ bất chấp các ràng buộc tài nguyên. Tổng hợp của các cơ chế nói trên. Thuộc tính chính sách (Policing) Thuộc tính chính sách xác định nhữnh hoạt động được thực hiện khi một trung kế lưu lượng không tuân thủ mức dịch vụ đã đặc tả ở các tham só lưu lượng. Nó cho biết cách xử lý đối tượng với lượng traffic vượt mức dịch vụ (ví dụ huỷ gói hay truyến theo kiểu best-effort). Nói chung, nên luôn luôn khống chế ở lối vào của mạng để cưỡng bức tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ và giảm thiểu việc khống chế bên trong lõi mạng. Các thuộc tính tài nguyên Bộ phân bổ lớn nhất Bộ phân bổ tài nguyên lớn nhất (MAM) là thuộc tính quản lý được thiết lập để xác định phần tài nguyên khả dụng phân bổ cho trung kế lưu lượng. Thuộc tính này chủ yếu áp dụng cho băng thông của kênh. Tuy nhiên, nó có thể áp dụng để phân bổ bộ đệm trong LSR. Nguyên tắc của MAM cũng tương tự như nguyên tắc đăng ký đối với mạng ATM hay Frame relay. Giá trị MAM được chọn sao cho tài nguyên có thể được phân bổ thiếu hay thừa. Tài nguyên được coi là phân bổ thiếu (thừa) nếu tổng nhu cầu của tất cả các trung kế lưu lượng (được thể hiện trong các tham số trung kế lưu lượng) phân bổ cho các trung kế lưu lượng luôn luôn thấp hơn (vượt quá) dung lượng của tài nguyên. Lớp tài nguyên (Resource-Class) Thuộc tính lớp tài nguyên là tham số được gán bởi nhà quản trị mạng để thông báo “lớp” tài nguyên. Thuộc tính này được xem như là một lớp “màu” đánh dấu trên tài nguyên thể hiện một phần tài nguyên cùng màu thuộc về cùng một lớp. Thuộc tính này sử dụng cho các mục đích sau: Áp dụng một chính sách cho một phần tài nguyên mặc dù không cùng một topo mạng. Xác định quyền ưu tiên tương đối cho một bộ phận tài nguyên gắn cho trung kế lưu lượng. Hạn chế việc gán một phần tài nguyên nhất định cho trung kế lưu lượng. Triển khai các kỹ thuật kiểm soát thêm/bớt chung. Ngoài ra, thuộc tính lớp lưu lượng có thể được sử dụng cho mục đích nhận dạng. Thuộc tính lớp tài nguyên của một liên kết là một chuỗi 32 bit được dùng kết hợp với thuộc tính Affinity của trung kế lưu lượng để bao gồm hai loại trừ các liên kết nào đó trên đường của trung kế. hình dưới đây là một ví dụ Affinity và lớp tài nguyên 4 bit để tránh một liên kết được đặc tả. Hình 3-6: Minh hoạ cách dùng bit Affinity và Resource-Class TE Metric Mỗi liên kết có một cost để tính toán định tuyến trong hoạt động của IGP. TE metric là một trọng số quản trị được gán cho các liên kết tính toán LSP cho các trung kế lưu lượng. Giá trị TE metric mặc định là bằng IGP cost của liên kết. Router đầu nguồn (head-end) sử dụng các TE metric để định tuyến ràng buộc. Triển khai định tuyến cững bức MPLS Đối với các mạng Frame Relay hay ATM, bản thân các thiết bị trong mạng đã phần nào hỗ trợ cho định tuyến cưỡng bức. Khi triển khai MPLS các thiết bị này sẽ tương đối dễ dàng nâng cấp để thoả mãn một số yêu cầu riêng của định tuyến cưỡng bức MPLS. Đối với các bộ định tuyến sử dụng giao thức IGP điều khiển từng chặng theo topo, định tuyến cưỡng bức có thể được thực hiện theo một trong hai cách sau: Mở rộng giao thức IGP như OSPF và IS-IS để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức. Đang có rất nhiều cố gắng trong việc mở rộng sang OSPF. Bổ sung các tiến trình định tuyến cưỡng bức vào các bộ định tuyến để cùng tồn tại với IGP hiện thời. Định tuyến cưỡng bức hỗ trợ rất nhiều cho việc tự động tìm kiếm các đường khả thi thoả mãn toàn bộ các ràng buộc của trung kế lưu lượng. Nó sẽ làm giảm đáng kể việc cấu hình, can thiệp nhân công vào các đường hiện để đảm bảo c ác mục tiêu của quản lý lưu lượng. Tính toán đường ràng buộc Quảng bá các thuộc tính của các li