Đề tài Tìm hiểu công nghệ MPLS

MỤC LỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATMARP ATM Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên CoS Class of Service Lớp dịch vụ CLIP Classical IP IP trên ATM CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức CR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP CR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP CSPF Constrained SPF SPF cưỡng bức DiffServ Differentiated Service Các dịch vụ được phân biệt DLCI Data Link Connection Identifer Nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu ER Explicit Routing Định tuyến hiện FR Frame Relay Chuyển tiếp khung FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương IETF Internet Engineering Task Force Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet IntServ Integrated Service Các dịch vụ được tích hợp LAN Local Area Network Mạng cục bộ LANE LAN Emulation Mô phỏng LAN LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Router biên nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn MG Media Gateway Cổng đa phương tiện MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multiprotocol Over ATM Đa giao thức trên ATM NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải chặng kế tiếp OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên PID Protocol Identifier Nhận dạng giao thức PNNI Private Network-Network Interface Mạng riêng ảo QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RESV Resevation Bản tin dành trước RFC Request For Comment Yêu cầu ý kiến RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SG Signaling Gateway Cổng báo hiệu SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu tiên STM Synchronous Transmission Mode Chế độ truyền dẫn đồng bộ SVC Signaling Virtual Circuit Kênh ảo báo hiệu TCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TGW Traffic Gateway Cổng lưu lượng TLV Time To Live Thời gian sống TLV Type-Leng-Value Kiểu-Chiều dài-Giá trị ToS Type of Service Kiểu dịch vụ UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu VC Virtual Circuit Kênh ảo VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo VNPT Vietnam Post & Telecommunications Tổng công ty BCVT Việt Nam VP Virtual Path Đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành công nghiệp đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS là tiêu chuẩn). MPLS cũng đang được nghiên cứu áp dụng ở nhiều nước, Tổng công ty BCVT Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ này cho mạng thế hệ kế tiếp NGN. Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với sinh viên. Nhận thức được điều đó, đồ án tốt nghiệp “Công nghệ MPLS và ứng dụng” giới thiệu về quá trình phát triển dịch vụ cũng như công nghệ mạng dẫn tới MPLS, tìm hiểu các vấn đề kỹ thuật của công nghệ, và ứng dụng của công nghệ MPLS trong mạng thế hệ kế tiếp NGN của Tổng công ty BCVT Việt Nam. Bố cục của đồ án gồm 3 chương. Chương I : Giới thiệu về công nghệ MPLS Chương II : Công nghệ MPLS Chương III : Ứng dụng của công nghệ MPLS Công nghệ MPLS là công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn đề của công nghệ MPLS đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài. Do vậy đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Trần Hạo Bửu, người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - những người đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MPLS Trong chương này, đầu tiên chúng ta nêu ra xu hướng phát triển dịch vụ và những vấn đề nảy sinh với các mạng truyền thống trong quá trình phát triển. Tiếp đến là phần mô tả quá trình phát triển công nghệ mạng, các ưu nhược điểm của mỗi công nghệ và cuối cùng là phần giải thích cho việc ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn -tại sao các mạng chuyển mạch nhãn (MPLS là tiêu chuẩn) đóng vai trò quan trọng trong các liên mạng riêng và mạng Internet toàn cầu đa dịch vụ? Nội dung chương này có các vấn đề chính sau. 1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ 1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng 1.3 Sự ra đời của MPLS 1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ Trong phần này chúng ta sẽ xem xét quan điểm đứng từ phía người sử dụng dịch vụ để thấy được xu hướng phát triển dịch vụ hiện nay. Chúng ta đang sống trong thời đại mà nhu cầu về trao đổi, tìm kiếm thông tin trở nên rất cần thiết với con người. Gần như chúng ta có thể tìm kiếm mọi thông tin mà chúng ta cần trên Internet, do đó nhu cầu truy cập vào mạng Internet để tìm kiếm, trao đổi thông tin trở nên rất lớn. Trong bối cảnh đó mạng Internet trở thành công cụ hữu ích đáp ứng một cách đầy đủ nhất và dẫn đến sự bùng nổ về số người sử dụng mạng, người ta ước tính số ngưòi sử dụng mạng đang tăng theo hàm mũ. Cùng với sự phát triển của xã hội về nhiều mặt, các ngành công nghiệp không ngừng phát triển và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Nhu cầu sử dụng của con người ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng: các dịch vụ đa phương tiện mới xuất hiện ngày càng đa dạng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử dụng cũng ngày càng cao, khắt khe hơn, các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn, thời gian tương tác nhanh hơn, trễ và biến thiên trễ thấp, mất và lặp gói ít. Từ những yếu tố này dẫn đến tài nguyên mạng Internet bị cạn kiệt nhanh chóng. Lúc này mạng Internet bắt đầu biêu hiện rõ các vấn đề như là: tốc độ mạng, khả năng mở rộng, quản lý chất lượng dịch vụ, và đặc biệt là vấn đề tắc nghẽn xảy ra trong mạng. Truớc tình trạng như vậy cần có các biện pháp để giải quyết khắc phục. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một vấn đề của mạng IP truyền thống để thấy rõ hơn là thực sự chúng ta cần cái gì cho công nghệ mạng. Vấn đề với mạng IP truyền thống và nhu cầu cần phải có một mạng Internet dựa trên QoS Mạng Internet truyền thống không có cơ chế phân loại dòng lưu lượng, và bởi vì tính phức tạp của nó, mạng xử lý lưu lượng của tất cả các ứng dụng theo một lối như nhau và phân phối lưu lượng trên cơ sở nỗ lực tối đa. Nghĩa là, lưu lượng được phân phối nếu mạng có đủ tài nguyên. Tuy nhiên, nếu mạng trở nên tắc nghẽn, thì lưu lượng sẽ bị loại bỏ ra ngoài. Một số mạng đã cố gắng để thiết lập một số phương pháp phản hồi (điều khiển tắc nghẽn) tới người sử dụng để yêu cầu người sử dụng giảm lượng dữ liệu gửi vào mạng. Nhưng thực tế thì kỹ thuật này không hiệu quả bởi vì nhiều dòng lưu lượng trong mạng có thời gian hoạt động rất ngắn rất ngắn, chỉ có một vài gói. Vì vậy, khi mà người sử dụng nhận được phản hồi thì đã không còn gửi dữ liệu. Các gói phản hồi như vậy trở nên vô nghĩa và chính nó lại còn làm tăng lưu lượng trên mạng. Khái niệm nỗ lực tối đa có nghĩa là lưu lượng bị huỷ bỏ một cách ngẫu nhiên; không có cách nào để loại bỏ lưu lượng một cách thông minh trong mạng Internet truyền thống. Chúng ta thử hình dung ra tình huống sau: khi 2 người sử dụng đang cùng gửi lưu lượng vào mạng, một người có ứng dụng cần băng thông cao, dung lượng dữ liệu lớn và một người có ứng dụng cần băng thông thấp hơn. Giả sử mạng bị nghẽn, ai cũng biết là nếu để cho chúng ta phải loại bỏ một số lưu lượng thì nên loại bỏ dòng lưu lượng của ứng dụng có độ ưu tiên thấp hơn trước (thường thì đó là ứng dụng có yêu cầu băng thông thấp hơn), song mạng thì không làm như vậy, nó không phân biệt người sử dụng và không dành quyền ưu tiên cho người sử dụng nào. Vậy chúng ta có thể nói rằng giải pháp nỗ lực tối đa không phải là mô hình quá tốt. Những gì chúng ta cần là có một cách để quản lý QoS phù hợp với sự đầu tư và yêu cầu của người sử dụng. Qua việc phân tích sơ bộ quan điểm đứng từ phía người sử dụng, chúng ta thấy được xu hướng phát triển dịch vụ và một số vấn đề đang gặp phải với các mạng truyền thống. Vậy thì các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cần phải làm gì để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng. Sau đây, chúng ta xem xét quá trình phát triển công nghệ mạng mà các nhà cung cấp mạng đã thực hiện. 1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng 1.2.1 Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống Sự triển khai đầu tiên của mạng Internet nhằm vào các yêu cầu truyền số liệu qua mạng. Các mạng này phục vụ cho các ứng dụng đơn giản như là truyền file và đăng nhập từ xa. Để thực hiện các yêu cầu này, một bộ định tuyến dựa trên phần mềm đơn giản, với các giao diện mạng T1/E1 hay T3/E3 để hỗ trợ các mạng xương sống, là có thể đáp ứng được yêu cầu. Khi các dịch vụ yêu cầu tốc độ cao và khả năng để hỗ trợ tốc độ truyền dẫn băng tần lớn xuất hiện thì các thiết bị với khả năng chuyển mạch tạo lớp 2 và lớp 3 bằng phần cứng phải được triển khai. Các thiết bị chuyển mạch lớp 2 nhằm vào tắc nghẽn tại cổ chai chuyển mạch trong các mạng con của môi trường mạng cục bộ (LAN). Các thiết bị chuyển mạch lớp 3 giúp làm giảm nhẹ tắc nghẽn cổ chai trong việc định tuyển lớp 3 bằng việc đưa tuyến đường đã tìm kiếm ở lớp 3 tới phần cứng chuyển mạch tốc độ cao. Những giải pháp đầu tiên này đã đáp ứng được yêu cầu về tốc độ truyền bằng với tốc độ trên đường truyền (nghĩa là tốc độ chuyển mạch bằng với tốc độ truyền trên dây) của các gói khi chúng đi qua mạng, nhưng cũng chưa đáp ứng được các yêu cầu dịch vụ của thông tin chứa trong các gói. Ngoài ra, hầu hết các giao thức định tuyến được triển khai ngày nay dựa trên các thuật toán được thiết kế để đạt được đường dẫn ngắn nhất trong mạng mà không tính các metric bổ sung như là: trễ, biến thiên trễ và tắc nghẽn lưu lượng, những yếu tố này lại là nguy cơ có thể làm giảm hiệu năng mạng. Kỹ thuật lưu lượng là một thách thức cho các nhà quản lý mạng. 1.2.2 Công nghệ mạng dựa trên giao thức IP Đây là giao thức liên mạng phi kết nối. Từ khi giao thức IP ra đời, nó nhanh chóng trở thành giao thức liên mạng thông dụng nhất, ngày nay gần như các liên mạng công cộng sử dụng giao thức IP. Mạng IP có mặt ở khắp mọi nơi, đặc biệt mạng Internet toàn cầu chúng ta hiện nay cũng đang sử dụng giao thức IP. Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời của giao thức IP (như khả năng định tuyến), nhưng cũng không ít nhược điểm (như khả năng quản lý chất lượng dịch vụ) (chúng ta không nói chi tiết ở đây), các nhà cung cấp mạng trong quá trình phát triển đã liên tục bổ sung các giao thức, thuật toán mới (chẳng hạn các giao thức QoS như: RSVP, IntServ, DiffServ; giao thức IPSec, RTP/RTCP hay là các thuật toán tăng tốc độ tìm kiếm địa chỉ trong bảng định tuyến) để có thể khắc phục các nhược điểm của mạng IP. Nhưng cái gì cũng có giới hạn của nó, khi nhu cầu sử dụng dịch vụ của người sử dụng tăng lên cả về hình loại lẫn chất lượng dịch vụ thì mọi sự bổ sung là không đủ và cần có những công nghệ mạng mới có bản chất khác (không là giải pháp phi kết nối) đáp ứng yêu cầu QoS tốt hơn. Và thế là nhiều công nghệ mạng đã ra đời, điển hình là FR và ATM. 1.2.3 Công nghệ ATM Song song với sự phát triển chóng mặt của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ định tuyến là sự phát triển mạnh trong lĩnh vực chuyển mạch. Mạng số dịch vụ tích hợp băng rộng (B-ISDN) là một kỹ thuật cho phép truyền thông thời gian thực giữa các thiết bị truyền thông đầu cuối, sử dụng kỹ thuật ATM. ATM có thể mang mọi dòng thông tin như thoại, dữ liệu, video; phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định (gọi là cell), và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là kết nối ảo. Bởi vì khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao trên một số các công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công nghệ chuyển mạch hứa hẹn nhất và thu hút nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, hiện nay cũng như trong tương lai hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp nữa. Song đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn, thì môi trường hướng kết nối dường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỷ lệ phần thông tin mào đầu lại quá lớn. Với các loại lưu lượng như vậy thì môi truờng phi kết nối với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệu phức tạp sẽ phù hợp hơn. 1.2.4 IP và ATM So sánh giữa IP và ATM ATM khác với kỹ thuật định tuyến IP ở nhiều điểm. ATM là một kỹ thuật kết nối có hướng tức là hai hệ thống phải thiết lập đường truyền trước khi diễn ra quá trình truyền dữ liệu. ATM yêu cầu các kết nối được thiết lập bằng nhân công hay được thiết lập động bởi các giao thức báo hiệu. Một điểm khác nhau nữa là ATM không thực hiện định tuyến theo từng gói tại mỗi node trung gian (cách mà IP thực hiện) mà đường dẫn ATM qua mạng giữa hai thực thể phải được tính toán từ trước và cố định trong thời gian liên lạc. Khi thiết lập kết nối, mỗi chuyển mạch ATM gán một giá trị nhận dạng hay một nhãn cho chuyển mạch, kết nối và các cổng ra/vào của chuyển mạch. Kỹ thuật này cho phép hệ thống dành riêng tài nguyên cố định cho một đường kết nối cụ thể và mỗi chuyển mạch ATM riêng cần thiết phải xây dựng một bảng chuyển tiếp chỉ bao gồm các thực thể về các kết nối đang hoạt động qua chuyển mạch. Ngược lại, với IP một bộ định tuyến phải sử dụng một bảng định tuyến chứa tất cả các đích đến có thể caca, trong số này có nhiều đường địa chỉ mà gói tin không bao giờ đi qua. Quá trình chuyển tiếp một tế bào qua một chuyển mạch ATM tương tự như quá trình chuyển tiếp một gói tin IP qua một bộ định tuyến. Cả hai đều sử dụng thông tin trong tiêu đề gói (hay tế bào) làm khoá tìm kiếm trong bảng định tuyến hoặc bảng chuyển tiếp để tìm địa chỉ chặng tiếp theo cho gói tin. Tuy nhiên, tốc độ chuyển tiếp tế bào ATM nhanh hơn tốc độ chuyển tiếp gói tin IP rất nhiều lần bởi vì các bộ định tuyến IP sử dụng các giao thức định tuyến được thực hiện trên cơ sở phần mềm và tiêu đề IP có độ dài thay đổi và lớn hơn tiêu đề của tế bào ATM nhiều lần. Ngược lại tiêu đề của tế bào ATM rất nhỏ và có độ dài cố định, bảng chuyển tiếp chứa các kết nối ảo nhỏ hơn nhiều so với bảng định tuyến của IP và việc chuyển tiếp được thực hiện đơn giản bằng cách “hoán đổi nhãn”. Một đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ chuyển tiếp ATM lên đáng kể là cơ chế chuyển tiếp của nó được thực hiện bằng phần cứng, điều này cho phép thực hiện nhiệm vụ một cách đơn giản và với tốc độ cực nhanh. Bảng sau so sánh các đặc điểm cơ bản giữa IP và ATM. Thuộc tính IP ATM Hướng kết nối Không Có Kích cỡ gói tin Thay đổi Không đổi (53B) Hỗ trợ QoS Không Có Quyết định chọn đường Theo từng gói tin Thiết lập kết nối trước Trạng thái chuyển tiếp Tất cả mạng có thể Kết nối chuyển tiếp tích cực nội bộ Cơ sở chuyển tiếp Sự phù hợp dài nhất của tiến tố địa chỉ mạng Nhãn có chiều dài cố định Thực hiện báo hiệu Không Có Giải pháp sử dụng mô hình xếp chồng Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM (như phưng thức chuyển mạch). Mô hình IP-over-ATM (IP qua ATM) của IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy nhiên cách này không tận dụng hết khả năng của ATM. Ngoài ra cách này không thích hợp với mạng có nhiều router và không hiệu quả trên một số mặt, chẳng hạn như có sự chồng chéo về chức năng, quản lý mạng phức tạp. Tổ chức ATM-Forum dựa trên mô hình này đã phát triển công nghệ LANE và MPOA. Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn vấn đề này. Từ sự so sánh IP và ATM trên ta thấy mỗi kỹ thuật đều có ưu và nhược điểm riêng. Nhưng một điều chắc chắn là IP sẽ có mặt trong tất cả các mạng trong tương lai bởi vì ưu điểm tuyệt vời nhất của của IP đó là nó có thể chạy trên bất kỳ công nghệ lớp liên kết dữ liệu nào, kể cả ATM. Do vậy, ATM được xem như là công nghệ lớp 2 mạnh mẽ cho IP có thể triển khai trên đó. Khi việc này thực hiện, lược đồ chuyển tiếp từng chặng, phi kết nối của IP không bị thay đổi. Thực tế IP không có ý tưởng rằng, nó đang chạy trên 1 mạng có khả năng dành trước tài nguyên và ràng buộc trễ. Từ quan điểm ATM, một tập các giao thức đánh địa chỉ, định tuyến và báo hiệu đã được phát triển cho ATM có thể hoạt động mà không cần phải thay đổi. Một câu hỏi đặt ra là: phải làm gì để kết hợp hai kỹ thuật này với nhau? Và câu trả lời nằm ở vấn đề phân gỉải địa chỉ. Để liên lạc với 1 trạm ngang cấp khác trong cùng một mạng con, một trạm IP nguồn cần phân giải địa chỉ IP của trạm đích với địa chỉ lớp 2 tương ứng. Điều này cho phép trạm IP nguồn đánh địa chỉ cho các gói tin với địa chỉ IP đích và sau đó đóng gói gói tin IP vào trong một khung thông tin lớp 2 với địa chỉ đích lớp 2 tương ứng. Theo kỹ thuật ATM, địa chỉ ATM đích chỉ được sử dụng khi chuyển tiếp yêu cầu thiết lập SVC (kênh ảo báo hiệu) trước khi thiết lập kết nối. Tuy nhiên, trạm IP nguồn vẫn cần phân gii địa chỉ địa chỉ IP đích thành địa chỉ ATM để nó có thể khởi tạo một kết nối ATM SVC đến đích. Quan điểm này được thể hiện như hình 1.1. Hình vẽ minh hoạ một trạm IP nguồn được gắn vào mạng ATM, nó yêu cầu server phân giải địa chỉ (ARS) phân giải địa chỉ ATM của trạm IP đích. ARS gửi địa chỉ ATM của trạm IP đích cho trạm IP nguồn và sau đó trạm IP thiết lập một SVC đến đích. Hình 1.1. Sử dụng Server phân giải địa chỉ cho mạng ATM : SVC ATM Network Server phân giải địa chỉ Yêu cầu Trả lời : Nguồn Đích IETF lần đầu tiên đưa ra giải pháp kết hợp IP và ATM trong RFC1577, Classical IP over ATM (CLIP). Trong RFC1577, một Server phân giải địa chỉ ATM (ATMARP) được định nghĩa để duy trì một bảng các địa chỉ IP và ATM. Sau đó ATM Forum tổng quát hoá giải pháp này để phân giải địa chỉ MAC với địa chỉ ATM và cũng bổ sung chức năng quảng bá. Mục đích là phát triển một hệ thống cho phép các ứng dụng của mạng LAN có thể chạy trên mạng ATM mà không cần bất cứ sự thay đổi nào. Nỗ lực của họ được đặt tên là mô phỏng LAN (LANE), LANE được ứng dụng khá phổ biến vì nó cho phép các ứng dụng LAN đa giao thức chạy một cách trong suốt trên các LAN kế thừa và LANE. Cả hai giải pháp trên đều tương tự nhau ở chỗ chúng tách hoàn toàn chức năng của LAN và IP lớp mức cao khỏi lớp các dịch vụ nằm bên được hỗ trợ bởi ATM. Một điểm tương tự nữa giữa 2 giải pháp này đó là về phạm vi của các kết nối ATM. CLIP chỉ hạn chế việc truyền thông ATM ở giữa các Host (hoặc Router) trên cùng một mạng con IP logic (LIS). Ngay cả khi 2 host ở trên các mạng con khác nhau được kết nối cùng một mạng ATM, thì vẫn phải cần 1 router để chuyển tiếp các gói. Điều này lại sinh ra các thông tin bổ sung và trễ do định tuyến từng chăng. LANE cũng có sự hạn chế tương tự, trong đó 2 host trên cùng một mạng ATM nhưng ở khác mạng IP logic cũng không thể giao tiếp trực tiếp bằng việc sử dụng các kết nối ATM mà phải sử dụng bộ định tuyến để trao đổi thông tin. Sự phát triển tiếp theo cho phép 2 host ở trên hai mạng khác nhau có thể liên lạc ATM trực tiếp với nhau. Điều này yêu cầu sự nới lỏng mô hình mạng nối tiếp đang tồn tại. Giải pháp này tiếp tục hỗ trợ định tuyến từng chặng truyền thống nhưng cũng cung cấp một phương tiện, theo đó thiết bị IP nguồn có thể thiết lập một kết nối ATM trực tiếp tới thiết bị IP đích trên một mạng khác. Do đó, mạng có thể cung cấp một đường dẫn với định tuyến từng chặng thông thường cho các luồng lưu lượng dung lượng nhỏ, nỗ lực tối đa và một đường dẫn chuyển mạch cho lưu lượng lớn, thời gian truyền dài. Kỹ thuật này được thực hiện lần đầu tiên ở giao thức phân giải chặng kế tiếp (NHRP) do IETF đưa ra, sau đó nó được phối hợp cùng với đa giao thức ATM trên ATM (MPOA) của ATM forum. Cả hai giải pháp này đã mở rộng cơ chế Server phân giải địa chỉ được sử dụng bởi CLIP và LANE để phân giải địa chỉ ở biên mạng con. Bởi vậy xuất hiện một kiểu định tuyến hiệu năng cao mới gọi là định tuyến đường tắt (cut through hay shortcut). Nó bổ sung cho định tuyến IP một dịch vụ phân giải địa chỉ cùng với các giao thức định tuyến và báo hiệu cần thiết để quản lý các SVC động. Khái niêm định tuyến đường tắt được minh hoạ như hình 1.2. : : Shortcut SVC Router Query Responsse Data Data Data Query Responsse Router LIS1 LIS3 LIS2 Nguồn Đích Hình 1.2. Khái niệm định tuyến đường tắt 1.3 Sự ra đời công nghệ MPLS 1.3.1 Chuyển mạch nhãn là gì? Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP, được chuẩn hoá bởi IETF. Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như là kỹ thuật chuyển tiếp nằm ở bên dưới. Sự sử dụng từ “đa giao thức” trong tên của nó có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng, không chỉ riêng IP. Ngoải ra các nhà cung cấp mạng có thể cấu hình và chạy MPLS trên các công nghệ lớp 2 khác nhau như PPP, Fram Relay … không chỉ riêng ATM. Về mặt kiến trúc điều này là đúng, nhưng trong thực tế MPLS thường tập trung vào việc vận chuyển các dịch vụ IP trên ATM. MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãn thành một giải pháp đơn nhất để đạt được các mục tiêu sau: Cải thiện hiệu năng định tuyến Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền thống. Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới. Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử lý từng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP, trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ. MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp của gói tin trong một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồi chuyển ra cổng ra của bộ định tuyến. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị. Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành bảng định tuyến chuyển mạch nhãn. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet như OSPF và BGP hay PNNI của ATM. Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không thực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớp tương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC. Một giao thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Khi LDP hoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng từ lối vào tới lối ra. Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu đề gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào. Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì LSR lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diện đầu ra tương ứng. Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR lối ra, lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3. Hiệu năng đạt được ở đây là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3 tới biên của mạng và chỉ thực hiện 1 lần tại đó thay cho việc xử lý tại từng node trung gian như của IP. Tại các node trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói và thực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi nhãn- quá trình này thực hiện bằng phần cứng. Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không phải là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp. Trong mắt của những nhà cung cấp các mạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trả giá về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt. 1.3.2 Tại sao sử dụng MPLS? Sau đây chúng ta nêu ra các sở cứ để lựa chọn công nghệ MPLS. Tốc độ và trễ Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn trong mạng toàn cầu (the Internet) hay trong các liên mạng. Thậm chí với các kỹ thuật tăng cường, như là tìm kiếm bảng nhanh cho các datagram nào đó, thì tải trên các router thường nhiều hơn lượng tải mà router có thể xử lý. Dẫn đến kết quả là lưu lượng và các kết nối có thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong một mạng dựa trên IP. Ngược lại với chuyển tiếp IP, chuyển mạch nhãn đang chứng tỏ là một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ở header của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại router, nghĩa là nhãn được sử dụng để tìm kiếm trong bảng. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng, khác với truy nhập bảng định tuyến truyền thống việc tìm kiếm có thể cần hàng ngàn lần truy nhập. Kết quả của hoạt động hiệu quả này là ở chỗ lưu lượng người sử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với chuyển tiếp IP truyền thống. Jitter. Với các mạng máy tính, ngoài các yếu tố về: tốc độ và sự đáp ứng của nó, trễ, còn có một thành phần khác, đó là độ biến thiên trễ của lưu lượng người sử dụng, nó được gây ra bởi việc các gói đi qua nhiều node mạng trước khi chạm tới đích. Ngoài ra sự tích luỹ của các trễ biến thiên khi các gói tạo ra đường đi từ nguồn đến đích. Tại mỗi node, địa chỉ đích trong gói phải được kiểm tra và so sánh với một tập dài các địa chỉ đích có thể trong bảng định tuyến của node. Khi gói đi qua những node này, nó gặp phải cả trễ và biến thiên trễ, phụ thuộc vào việc nó cần thời gian bao lâu để tìm kiếm trong bảng định tuyến và tất nhiên là phụ thuộc vào cả số các gói phải được xử lý trong một khoảng thời gian cho trước. Kết quả cuối cùng là tại node nhận xảy ra hiện tượng biến thiên trễ, nó được là kết quả của sự tích luỹ biến thiên trễ tại mỗi node và giữa nguồn với đích. Tình huống này là phiền hà với các gói thoại vì người nghe có thể nghe các câu nói của ngưòi nói không theo đúng thứ tự như ngưòi nói đã nói. Một lần nữa, hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ làm cho lưu lượng được gủi qua mạng nhanh hơn và biến thiên trễ ít hơn so với hoạt động định tuyến IP truyền thống. Khả năng mở rộng mạng Rõ ràng, tốc độ là khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn, và xử lý lưu lượng nhanh cũng rất quan trọng. Nhưng chuyển mạch nhãn không chỉ cung cấp các dịch vụ tốc độ cao mà nó còn có thể cung cấp cho mạng khả năng mở rộng. Khả năng mở rộng liên quan đến khả năng mà một hệ thống, trong trường hợp chúng ta quan tâm là Internet, có khả năng điều chỉnh để phù hợp với một lượng lớn người sử dụng đang tăng lên từng ngày. Hàng ngàn người sử dụng mới và các node hỗ trợ như là router và server đang được đưa vào trong mạng Internet mỗi ngày. Chúng ta thử hình dung nhiệm vụ của router nếu nó phải theo kịp lượng người sử dụng này. Chuyển mạch nhãn cung cấp các giải pháp cho sự phát triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng việc cho phép một lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với một hay vài nhãn. Giải pháp này giảm đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép router hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn. Tính đơn giản Một khía canh hấp dẫn khác của chuyển mạch nhãn là ở chỗ nó là một giao thức chuyển tiếp cơ bản. Nó đơn giản đến tuyệt vời: chuyển tiếp gói chỉ dựa vào nhãn. Nhãn được xác nhận thế nào là một vấn đề khác; nghĩa là, các kỹ thuật điều khiển được thực hiện như thế nào để ràng buộc nhãn với lưu lượng người sử dụng là không liên quan tới hoạt động chuyển tiếp thực sự. Những kỹ thuật điều khiển này là một cái gì đó phức tạp, nhưng chúng không ảnh hưởng đến hiệu quả của dòng lưu lượng người sử dụng. Tại sao khái niệm này lại quan trọng? Nó có nghĩa rằng nhiều phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để thiết lập các ràng buộc nhãn với lưu lượng người sử dụng. Nhưng sau khi ràng buộc được thực hiện, các hoạt động chuyển mạch nhãn để chuyển tiếp lưu lượng là đơn giản. Các hoạt động chuyển mạch nhãn có thể được thực hiện bằng phần mềm, bằng các mạch tích hợp chuyên dung, hay bằng các bộ xử lý đặc biệt. Sử dụng tài nguyên Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không được là gánh nặng cho mạng. Chúng không nên tiêu tốn nhiều tài nguyên. Nếu chúng làm như vậy, thì lợi ích của nó bị phủ nhận. May mắn thay, các mạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng (nếu chúng tiêu tốn nhiều tài nguyên thì là do chúng được thiết kế không tốt). Điều khiển đường đi Trừ một số ngoại lệ, định tuyến trong các liên mạng được thực hiện bằng việc sử dụng địa chỉ đích IP (hay trong một LAN là địa chỉ MAC đích). Hiện tại cũng có nhiều sản phẩm đang sử dụng các thông tin khác, chẳng hạn như trường kiểu dịch vụ IP (TOS) và số cổng là một phần trong việc quyết định chuyển tiếp. Nhưng định tuyến dựa theo địa chỉ đích là phương pháp chuyển tiếp phổ biến nhất trong mạng IP. Hình 1.3. Định tuyến dựa trên địa chỉ đích Định tuyến dựa theo địa chỉ đích không luôn luôn là hoạt động hiệu quả. Để thấy tại sao, chúng ta xem xét hình 1.3. Router 1 nhận lưu lượng từ các router 2 và router 3. Nếu địa chỉ đích IP trong gói IP đến là địa chỉ của router 6, bảng định tuyến tại router 1 sẽ chỉ đạo router này chuyển tiếp lưu lượng đi theo router 4 hoặc router 5. Trừ một số ngoại lệ, không có yếu tố nào khác được tính đến ở đây. Chuyển mạch nhãn cho phép các đường đi qua một liên mạng được điều khiển tốt hơn. Chẳng hạn, một gói tin được dán nhãn xuất phát từ router 2 dự định đi đến router 6 và một gói tin nhãn khác cũng định đi đến router 6 nhưng xuất phát từ router 3. Trong mạng chuyển mạch nhãn, các giá trị nhãn khác nhau của các gói có thể hướng dẫn router 1 gửi gói đã được dán nhãn tới router 4 và một gói với một giá trị nhãn khác đi đến router 5 rồi sau đó mới đến router 6. Khái niệm này cung cấp một công cụ để điều khiển các node và các tuyến xử lý lưu lượng hiệu quả hơn, cũng như đưa ra các lớp lưu lượng nào đó với mức dịch vụ khác nhau (dựa trên các yêu cầu về QoS). Có thể tuyến giữa router 1 và router 4 là DS3; tuyến giữa router 1 và router 5 là SONET. Nếu ứng dụng của người sử dụng cần nhiều băng tần hơn, nhãn của người sử dụng có thể được dùng để hướng dẫn router chuyển lưu lượng vào tuyến SONET chứ không vào tuyến DS3. Giải pháp dựa trên chính sách này sử dụng chuyển mạch nhãn để cho mạng đáp ứng các yêu cầu của các lớp lưu lượng - khái niệm này được gọi là kỹ thuật lưu lượng (TE). CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MPLS 2.1 Một số vấn đề cơ bản 2.1.1 Các thuật ngữ, định nghĩa sử dụng trong MPLS Đường lên (Upstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ đích đến nguồn. Một router đường lên có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần nguồn hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn. Đường xuống (Downstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ nguồn đến đích. Một router đường xuống có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần đích hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn. Mặt phẳng điều khiển: Là nơi mà các thông tin điều khiển như là thông tin về nhãn và định tuyến được trao đổi với nhau. Mặt phẳng dữ liệu/Mặt phẳng chuyển tiếp: Là nơi mà hoạt động chuyển tiếp thực sự được thực hiện. Điều này chỉ có thể được thực hiện sau khi mặt phẳng điều khiển đã được thiết lập. Nhãn: Là thực thể có độ dài cố định dùng làm cơ sở cho việc chuyển tiếp. Thuật ngữ nhãn có thể được dùng trong 2 ngữ cảnh khác nhau. Một thuật ngữ liên quan tới nhãn có độ dài 20 bit, ứng với việc MPLS được triển khai trên các công nghệ lớp 2 sử dụng cấu trúc nhãn trong địa chỉ MAC, như ATM, hay FR. Thuật ngữ khác liên quan tới tiêu đề nhãn, có độ dài 32 bit, ứng với việc MPLS được triển khai trên các công nghệ lớp 2, mà địa chỉ MAC không có cấu trúc nhãn. Chúng ta sẽ còn đề cập về nhãn trong phần sau. Một điểm cần chú ý là trong MPLS nhãn có quan hệ với QoS. Ràng buộc nhãn: Là một sự kết hợp của một FEC với một nhãn. Ngăn xếp nhãn: Một tập các nhãn có thự tự được chỉ định cho gói. Việc xử lý các nhãn này cũng tuân theo một thứ tự. Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC): FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích. Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS không ra quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC. FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu, fax…). Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn (FEC-to-label). Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR): Thiết bị trong mạng MPLS chỉ thực hiện chuyển tiếp các gói dựa trên giá trị nhãn mà chúng mang theo. Bộ định tuyến biên nhãn (LER): Là một LSR thực hiện thêm chức năng đó là nhận các gói chưa được dãn nhãn (gói IP) và chỉ định một nhãn cho chúng tại lối vào. LER cũng thực hiện loại bỏ nhãn tại lối ra. Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP): là một đường đi để gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ điểm bắt đầu dãn nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ khỏi gói tin. Các LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu LSP từ đầu tới cuối được gọi là đường hầm LSP, nó là chuỗi liên tiếp các đoạn LSP giữa 2 node kề nhau. Các đặc trưng của đường hầm LSP, chẳng hạn như phân bổ băng tần, được xác định bởi sự thoả thuận giữa các node, nhưng sau khi đã thoả thuận, node lối vào (bắt đầu của LSP) xác định dòng lưu lượng bằng việc chọn lựa nhãn của nó. Khi lưu lượng được gửi qua đường hầm, các node trung gian không kiểm tra nội dung của tiêu đề mà chỉ kiểm tra nhãn. Do đó, phần lưu lượng còn lại được xuyên hầm qua LSP mà không phải kiểm tra. Tại cuối đường hầm LSP, node lối ra loại bỏ nhãn và chuyển lưu lượng IP tới node IP. Các đường hầm LSP có thể sử dụng để thực hiện các chính sách kỹ thuật lưu lượng liên quan tới việc tối ưu hiệu năng mạng. Chẳng han, các đường hầm LSP có thể được di chuyển tự động hay thủ công ra khỏi vùng mạng bị lỗi, tắc nghẽn, hay là node mạng bị nghẽn cổ chai. Ngoài ra, nhiều đường hầm LSP song song có thể được thiết lập giữa 2 node, và lưu lượng giữa 2 node đó có thể được chuyển vào trong các đường hầm này theo các chính sách cục bộ. Trong mạng MPLS các LSP được thiết lập bằng một trong 3 cách đó là: Định tuyến từng chặng, định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR). Chúng ta sẽ đề cập đến các giao thức này chi tiết hơn trong phần sau. Cơ sở thông tin nhãn (LIB): Bảng chứa các ràng buộc nhãn/FEC mà LSR nhận được từ các giao thức phân bổ nhãn. Giao thức phân bổ nhãn (LDP): Một trong các giao thức dùng để phân bổ nhãn giữa LSR và các LSR lân cận. Các công cụ phân bổ nhãn khác gồm có: RSVP dùng trong MPLS-TE và MG-BGP sử dụng trong VPN. LDP thường sử dụng cùng với định tuyến từng chặng. Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP): Giao thức này khởi đầu được dự định là một giao thức báo hiệu cho chất lượng dịch vụ của các dịch vụ được tích hợp (IntServ), trong đó 1 host yêu cầu một mức QoS nào đó từ mạng. Sự đặt trước này có thể là bên trong một mạng doanh nghiệp hay trên mạng toàn cầu. RSVP với một chút sửa đổi đã tương thích với MPLS để trở thành một giao thức báo hiệu hỗ trợ MPLS-TE trong lõi. RSVP được mô tả chi tiết trong RFC 2205 và RFC 3209. Định tuyến cưỡng bức-LDP (CR-LDP): Đây là một giải pháp khác với RSVP dùng như một giao thức báo hiều để thực hiện MPLS-TE. CR-LDP thường sử dụng để phân bổ nhãn với định tuyến hiện và định tuyến cưỡng bức. 2.1.2 Một sồ vấn đề liên quan đến nhãn (Label) Không gian nhãn Nhãn có thể được ấn định giữa các LSR được lấy từ không gian nhãn. Có 2 dạng không gian nhãn đó là: Không gian nhãn theo từng giao diện và Không nhãn theo từng node (theo tất cả các giao diện). Cả 2 loại không gian nhãn này được minh hoạ trong hình 2.1. Dạng không gian nhãn thứ nhất là Không gian nhãn theo từng giao diện. Nhãn được kết hợp với một giao diện nào đó trên một LSR, chẳng hạn như giao diện DS3 hay SONET. Không gian nhãn này thường được sử dụng với các mạng ATM và FR, trong đó các nhãn nhận dạng kênh ảo được kết hợp với 1 giao diện. Không gian nhãn loại này được sử dụng khi 2 thực thể đồng cấp được kết nối trực tiếp trên một giao diện, và nhãn được sử dụng chỉ để nhận dạng lưu lượng gửi trên giao diện. Nếu LSR sử dụng một giá trị giao diện để giữ một bản ghi các nhãn trên mỗi giao diện, thì một giá trị nhãn có thể được tái sử dụng tại mỗi giao diện. Theo một nghĩa nào đó, bộ nhận dạng giao diện này trở thành một nhãn bên trong tại LSR, khác với nhãn bên ngoài được gửi giữa các LSR. Hình 2.1. Các loại không gian nhãn Dạng không gian nhãn thứ 2 là Không gian nhãn theo từng node. Trong không gian nhãn này, nhãn đến được dùng chung với tất cả các giao diện ở trên node. Điều này có nghĩa là node (host hay LSR) phải ấn định nhãn trên tất cả giao diện. Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn Một yêu cầu cần thiết với nhãn đó là một nhãn phải nhận dạng một FEC sao cho không có sự nhầm lẫn. Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng cũng không quá dễ để thực hiện. Chẳng hạn, một node nào đó có thể nhận được 1 nhãn giống nhau từ 2 node khác đến, hay một ví dụ khác đó là một nhãn có thể nhận được từ một node không kết nối trực tiếp. Bất cứ trường hợp nào xảy ra thì một LSR không được ràng buộc nhãn với 2 FEC khác nhau trừ khi nó có phương pháp nào đó để nhận biết rằng gói đang đến là của LSR nào. Vì vậy, mặc dù MPLS có nhiều qui tắc trong việc ràng buộc các nhãn với các FEC, song ý tưởng chính phải nhớ đó là: mỗi LSR phải có khả năng hiểu và thông dịch nhãn với FEC tương ứng của nó. Hình 2.2 đưa ra 4 kịch bản về việc MPLS thiết lập các qui tắc về tính duy nhất của nhãn trong không gian nhãn như thế nào. Trong các kịch bản này, chúng ta sử dụng kí hiệu Ru và Rd cho LSR đường lên và LSR đường xuống. Hình 2.2. Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn Kịch bản 1: LSR Rd ràng buộc nhãn L1 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru1. Kịch bản 2: LSR Rd ràng buộc nhãn L2 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru2. Kịch bản 3: LSR Rd ràng buộc nhãn L với FEC F1 và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru1. Kịch bản 4: LSR Rd ràng buộc nhãn L2 với FEC F2 và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru2. Với kịch bản 1 và 2, đó là vấn đề cục bộ liệu L1 có bằng L2. Với kịch bản 3 và 4, qui tắc sau được áp dụng: Nếu khi Rd nhận được 1 gói mà nhãn trên cùng của nó là L, Rd có thể xác định liệu nhãn đó được đặt vào bởi Ru1 hay Ru2, lúc đó MPLS không yêu cầu F1 bằng F2. Do đó, với kịch bản 3 và 4, Rd đang sử dụng các không gian nhãn khác nhau để phân bổ ràng buộc tới Ru1 và Ru2, đó là ví dụ về việc sử dụng không gian nhãn theo từng giao diện. Ngăn xếp nhãn Chuyển mạch nhãn được thiết kế để mở rộng các mạng lớn, và MPLS hỗ trợ chuyển mạch nhãn với các hoạt động phân cấp; sự hỗ trợ này dựa trên khả năng của MPLS đó là có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói. Ngăn xếp nhãn cho phép các LSR được thiết kế để hoán đổi thông tin với một LSR khác và tác động như các node biên trong miền các mạng lớn và các LSR khác. Cần chú ý rằng những LSR này là các node bên trong và không liên quan đến chính chúng với các đường đi liên miền hay với các nhãn được kết hợp với những tuyến đường này. Quá trình xử lý một gói đã được dãn nhãn là độc lập hoàn toàn với mức phân cấp; nghĩa là, mức nhãn là không liên quan tới LSR. để làm cho quá trình đơn giản, quá trình xử lý luôn dựa vào nhãn trên cùng, mà không xem xét đến khả năng đó là: có thể một số nhãn khác đã ở trên nó trước đây hay một số nhãn khác đang ở bên dưới nó lúc này. Nếu ngăn xếp nhãn của gói có độ sâu m, nhãn tại đáy của ngăn xếp được xem như là nhãn mức 1, nhãn trên nó là nhãn mức 2, và nhãn trên cùng là nhãn mức m. Trong hình 2.3, chúng ta có 3 LSR là các thành viên của cùng một miền (miền B) và LSR A và LSR C là các LSR biên. Ví dụ này cũng thừa nhận rằng miền này là miền chuyển tiếp (nghĩa là gói không bắt đầu hay kết thúc tại miền này). Người ta muốn cô lập các LSR bên trong miền khỏi những hoạt động này. LSR X và LSR Y là các router biên được thiết kế cho miền A và miền C. Để phát hành các địa chỉ từ miền C, LSR Y phân phát thông tin tới LSR C, LSR C lại phân phát thông tin đến LSR A, sau đó LSR A phân phát thông tin tới LSR X. Thông tin không được phân phát tới LSR B bởi vì LSR B là LSR bên trong. Hình 2.3. Ngăn xếp nhãn và cấu trúc phân cấp Hai mức nhãn được sử dụng. Khi lưu lượng đi qua miền B, mức nhãn thứ nhất được sử dụng và các nhãn liên quan đến các hoạt động liên miền được đẩy xuống trong ngăn xếp nhãn của gói. Hình 2.4. Ví dụ về ngăn xếp nhãn: LSR E lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp Hình 2.4 biểu diễn các ví dụ về ngăn xếp nhãn. Các node A, B, G, và H là các node bên ngoài (các LSR lối ra và lối vào) còn miền bên trong gồm các node C, D, E và F. Các bảng LSR tại node C và F có ngăn xếp nhãn với độ sâu là 2. Các bảng LSR D và LSR E có ngăn xếp nhãn với độ sâu 1. Trong ví dụ này, các khả năng MPLS được mở rộng ra ngoài tới các node A, B, G và H. Dó đó, đằng sau những node này có thể là những node không có khả năng MPLS, chẳng hạn như các trạm làm việc hay các server. Node A gửi 1 gói tới node C với nhãn 21. Node C hỏi bảng nhãn của nó và quyết định rằng nhãn được đẩy xuống và nhãn 33 được sử dụng giữa node C và node D. Gói gửi tới node D có 2 nhãn, nhưng nhãn 21 không được kiểm tra bởi node D. Bảng nhãn của nó chỉ đạo nó hoán đổi nhãn 33 cho nhãn 14 và chuyển tiếp gói ra giao diện e, tuyến nối đến node E. Khi node E nhận được gói này, bảng nhãn của nó hướng dẫn node E lấy nhãn tiếp theo và sau đó gửi gói tới giao diện s. Bây giờ chỉ có 1 nhãn trong tiêu đề. Tại node F, giá trị nhãn 21 trên giao diện b được ràng buộc với nhãn 70 trên giao diện d, tuyến nối tới node G. Ví dụ thứ 2 trong hình 2.4 là một gói đến từ node B, với giá trị nhãn 42. Bảng nhãn tại node C chỉ ra rằng nhãn này được đẩy vào ngăn xếp, và nhãn 33 được sử dụng như là nhãn bên ngoài. Quá trình xử lý sau đó là giống như trong ví dụ thứ nhất cho đến khi gói đến node F. Đến đây, nhãn 42 được lấy ra và được ràng buộc với nhãn 61 trên giao diện c, tuyến nối đến node H. Trong ví dụ này, chỉ một ràng buộc nhãn được cần tại các LSR bên trong để xử lý 2 nhãn bên ngoài. Tất nhiên, có thể ràng buộc hàng ngàn nhãn từ các node bên ngoài tới một ràng buộc nhãn ở bên trong miền. Hình 2.5. Ví dụ về ngăn xếp nhãn: LSR F lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp Hình 2.5 biểu diễn một ví dụ khác. Trong ví dụ này, LSR F thực hiện lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp chứ không phải là LSR E làm điều đó. LSR E xử lý nhãn bên ngoài như là LSR D đã làm. Hình 2.6. Ví dụ về ngăn xếp nhãn: nhãn được lấy 2 lần tại LSR E và F Hình 2.6 biểu diễn thêm một ví dụ về ngăn xếp nhãn. Trong ví dụ này, các node G và H không là các LSR. Chúng là các trạm đầu cuối, chẳng hạn như là các router hay server, chúng không được cấu hình để hỗ trợ các hoạt động MPLS. Có 2 sự lấy nhãn trong ngăn xếp xảy ra, đầu tiên là tại LSR E và thứ hai là tại LSR F. Cả 3 kịch bản về ngăn xếp nhãn trong các hình 2.4, 2.5 và 2.6 đều được cho phép sử dụng trong mạng MPLS. Sự duy trì nhãn MPLS định nghĩa 2 chế độ để duy trì nhãn. Chế độ thứ nhất là chế độ duy trì đầy đủ. Trong chế độ này các ràng buộc nhãn và các tiền tố địa chỉ được lưu giữ trong cả các node đường lên và các node đường xuống. Chế độ thứ hai là chế độ duy trì nhãn hạn chế. Trong chế độ này LSR chỉ lưu trữ ràng buộc nhãn được ấn định bởi LSR đường xuống. Để tóm tắt các chế độ duy trì nhãn, các đặc tả MPLS đưa ra những phương pháp sau để duy trì hay huỷ bỏ nhãn. Một LSR Ru có thể nhận 1 ràng buộc nhãn với 1 FEC nào đó từ một LSR Rd, mặc dù Rd này không là chặng kế tiếp của Ru (hay không còn là chặng kế tiếp của Ru) với FEC đó. Ru có hơn 1 sự lựa chọn liệu có giữ một bản ghi về các ràng buộc như vậy, hay là loại bỏ các ràng buộc như vậy. Nếu Ru giữ một bản ghi những ràng buộc như vậy, nó có thể sử dụng lại ràng buộc nếu sau đó Rd trở thành chặng kế tiếp của sau đó. Nếu Ru loại bỏ những ràng buộc như vậy thì sau đó nếu Rd trở thành chặng kế tiếp, ràng buộc sẽ phải yêu cầu lại. Nếu một LSR hỗ trợ “chế độ duy trì nhãn đầy đủ”, nó duy trì các ràng buộc giữa một nhãn và một FEC nhận được từ các LSR không là chặng kế tiếp của FEC đó. Nếu LSR hỗ trợ “chế độ duy trì nhãn hạn chế”, nó sẽ loại bỏ các ràng buộc như thế. Tổng hợp FEC Một cách để phân chia lưu lượng vào trong các FEC là tạo 1 FEC riêng biệt cho mỗi tiền tố địa chỉ xuất hiện trong bảng định tuyến, như biểu diễn trong hình 2.7(a). Giải pháp này có thể tạo ra 1 tập các FEC cho phép cùng đi một đường tới node lối ra. Trong tình huống này, bên trong một miền MPLS, những FEC riêng biệt thực là vô ích. Theo quan điểm MPLS, hợp nhất những FEC đó thành một FEC. Tình huống này tạo ra một sự lựa chọn: Ràng buộc một nhãn riêng với 1 FEC, hay ràng buộc 1 nhãn với tổ hợp FEC và sử dụng nhãn kết hợp cho tất cả lưu lượng bên trong tổ hợp, như biểu diễn trong hình 2.7(b). Các FEC riêng biệt cho mỗi tiền tố địa chỉ (b) Tổng hợp FEC Hình 2.7. Không tổng hợp và tổng hợp FEC Thủ tục ràng buộc 1 nhãn duy nhất với tổ hợp các FEC, để tạo thành 1 FEC (trong cùng miền MPLS), và áp dụng nhãn đó cho tất cả lưu lượng trong tổ hợp FEC được gọi là sự tổng hợp (aggregation). Sự tổng hợp có thể làm giảm số các nhãn được cần để xử lý một tập các gói và cũng có thể giảm lưu lượng điều khiển phân bổ nhãn. Một tập các FEC có thể (a) được tổng hợp vào trong một FEC duy nhất, (b) được tổng hợp vào trong một tập các FEC, (c) hay không được tổng hợp tý nào. Đặc tả về MPLS sử dụng thuật ngữ “hạt” để mô tả sự tổng hợp (ở đây có thể hiểu khái niệm hạt là liên quan đến kích thước và mức mô tả, phân biệt chi tiết của dòng lưu lượng đến đâu, và rõ ràng là khi tổng hợp thì các dòng lưu lượng nhỏ tạo thành dòng lưu lượng lớn hơn nên các tham số mô tả dòng lớn sẽ không chi tiết, cụ thể như các dòng nhỏ - do đó người ta nghĩ đến việc dòng lưu lượng lúc này thô như các hạt đang chảy), có những kiểu hạt sau đây: (a) dạng hạt thô nhất, (b) dạng hạt mịn nhất. Hợp nhất nhãn Với hợp nhất nhãn, nhiều gói đến với nhãn khác nhau được áp một nhãn duy nhất trên giao diện lối ra (cùng giao diện). Ý tưởng được minh hoạ trong hình 2.8. LSR C gửi 3 gói tới LSR D, với nhãn 21, 24, và 44 trong các tiêu đề nhãn. LSR D hợp nhất những nhãn này vào trong nhãn 14 và gửi 3 gói tới LSR E. Hình 2.8. Hợp nhất nhãn MPLS hỗ trợ cả 2 loại LSR, đó là loại LSR có thể thực hiện hoạt động hợp nhất và LSR không hỗ trợ hoạt động hợp nhất. Những qui tắc cơ bản cho cả 2 loại LSR này là khá đơn giản: (a) một LSR đường lên hỗ trợ hợp nhất nhãn chỉ cần được gửi 1 nhãn cho các FEC; (b) một LSR đường lên không hỗ trợ hợp nhất nhãn phải được gửi 1 nhãn cho mỗi FEC; (c) nếu một LSR đường lên không hỗ trợ hợp nhất nhãn, thì nó phải yêu cầu 1 nhãn cho mỗi FEC. Nhiều kết quả xung quanh việc hợp nhất nhãn giải quyết vấn đề thực hiện MPLS trên các mạng ATM. Do đó, chúng ta sẽ nói vấn đề này rõ hơn trong phần ứng dụng của MPLS – MPLS với mạng ATM. 2.1.3 Một số vấn đề liên quan đến ràng buộc nhãn (FEC/Label) Các phương pháp ràng buộc nhãn với FEC Ràng buộc tại chỗ và ràng buộc xa Thuật ngữ ràng buộc liên quan tới hoạt động xảy ra tại LSR trong đó 1 nhãn được kết hợp với 1 FEC. Ràng buộc nhãn tại chỗ liên quan tới hoạt động trong đó chính router thiết lập một quan hệ nhãn với 1 FEC. Router có thể thiết lập quan hệ này khi nó nhận lưu lượng hay nó nhận thông tin điều khiển từ 1 node lân cận. Một giải pháp đơn giản là chỉ định 1 nhãn cho mỗi tiền tố địa chỉ IP nó biết và sau đó phân phát những quan hệ này theo các qui tắc (như được trình bày trong phần Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn). Như được biểu diễn trong hình 2.9, ràng buộc xa là hoạt động trong đó 1 node lân cận chỉ định 1 ràng buộc nhãn tới node cục bộ. Thông thường, điều này được thực hiện với các bản tin điều khiển, chẳng hạn như là bản tin phân bổ nhãn. Hình 2.9. Ràng buộc tại chỗ và ràng buộc xa Ràng buộc đường lên và ràng buộc đường xuống Như được mô tả trong hình 2.10, ràng buộc nhãn đường xuống (đường lên) liên quan tới phương pháp trong đó ràng buộc nhãn được thực hiện bởi LSR đường xuống (đường lên). Thuật ngữ đường xuống chỉ hướng từ nguồn đến đích, và hướng của đường lên là từ đích đến nguồn. Khi router đường lên (Ru) gửi 1 gói tới router đường xuống (Rd), gói này đã được nhận dạng trước đó như là một thành viên của 1 FEC và nhãn L được kết hợp với FEC. Do đó, L là nhãn lối ra của Ru, và là nhãn lối vào của Rd. Hình 2.10. Ràng buộc đường lên và đường xuống Các chế độ điều khiển ràng buộc nhãn với FEC MPLS hỗ trợ 2 chế độ ràng buộc nhãn với 1 FEC. Chúng được gọi là điều khiển theo lệnh và điều khiển độc lập. Điều khiển độc lập (independent) Trong chế độ điều khiển độc lập, router ràng buộc nhãn với mỗi FEC mà nó biết. Do đó, mỗi FEC (tối thiểu là mỗi tiền tố địa chỉ IP) có 1 nhãn được ràng buộc với nó. Hiển nhiên, các giao thức định tuyến IP, chẳng hạn như OSPF, đã được sử dụng trước đó để có được thông tin, thông tin này được đặt trong bảng định tuyến IP. Chúng ta có thể hỏi, tại sao nhãn được ràng buộc với mọi tiền tố địa chỉ IP. Xét cho cùng một số địa chỉ không thể được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng. Tuy nhiên, như chúng ta thấy trong chương sau, thủ tục ràng buộc nhãn dẫn tới thời gian hội tụ nhanh hơn trong trường hợp một tuyến đường phải được thay đổi. Như trong hình 2.11, LSR D đang thông báo với các LSR đồng cấp của nó rằng nhãn cục bộ của nó là 40 được ràng buộc với tiền tố địa chỉ IP 192.168.21.104. Một ý tưởng quan trọng đằng sau hoạt động này là ở chỗ dự định phân bổ này là có các node lân cận của D sử dụng nhãn 40 khi gửi lưu lượng tới node D với tiền tố địa chỉ này. Nói cách khác là, node đường lên sử dụng giá trị nhãn được gán bởi node đường xuống (node gán nhãn) khi gửi lưu lượng với nhãn/prefix cho node đã thực hiện gán. Do đó, rõ ràng nhãn 40 sẽ được sử dụng bởi node đường lên C khi gửi mọi gói IP với địa chỉ đích 192.168.20.x tới node D. Tuy nhiên, node D sẽ không sử dụng nhãn 40 cho lưu lượng tới node I, E, và J. Chẳng hạn, khi gửi lưu lượng tới node E, node D sẽ sử dụng nhãn đã được gửi tới nó từ node E. Chúng ta nhấn mạnh lại là ở đây node D phát hành (quảng cáo) nhãn 40 với tiền tố địa chỉ 192.168.20.0/24 tới tất cả các thực thể đồng cấp phân bố nhãn của nó. Việc các thực thể đồng cấp này có sử dụng nhãn này hay không còn tuỳ thuộc vào quan hệ đường lên hay đường xuống của chúng với node D. Hình 2.11. Chế độ điều khiển độc lập Một ưu điểm của điều khiển độc lập là ở chỗ các hoạt động ràng buộc nhãn xảy ra chỉ sau khi sự phát hành địa chỉ đã thực hiện. Bằng việc thừa nhận rằng sự phát hành địa chỉ dẫn tới hội tụ định tuyến nhanh (nghĩa là các bảng định tuyến trong miền định tuyến là ổn định và đồng bộ với các bảng định tuyến khác), thì các ràng buộc nhãn cũng được thiết lập khá nhanh, do đó cho phép mạng sử dụng các nhãn hiệu quả về mặt thời gian. Tuy nhiên, điều khiển độc lập nên được thiết lập sao cho các LSR lân cận cùng thống nhất về các FEC (các tiền tố địa chỉ) mà chúng sẽ sử dụng. Nếu không có sự thống nhất này, một số FEC có thể không có các LSP đi kèm với chúng hay chúng được thiết lập không hiệu quả. Chẳng hạn, trong hình 2.11, giả sử LSR C và D có sự lựa chọn khác nhau về các FEC. Có thể là cả 2 LSR này đang ràng buộc cùng lúc, vì thế có sự không nhất quán. Tuy nhiên sự không nhất quán có thể xảy ra này gần như là không xảy ra vì một lý do đơn giản nhưng quan trọng đó là: router quan tâm đến các nhãn khi chúng liên quan tới dòng lưu lượng đường xuống; có nghĩa là, tới chặng tiếp theo được kết hợp với FEC (tiền tố địa chỉ 192.168.10.0/24). Do đó, nếu node C đang chuyển tiếp lưu lượng tới node D, nó sẽ sử dụng ràng buộc FEC/nhãn được phát hành bởi D với lối vào trong bảng LFIB của nó. Điều khiển theo lệnh (ordered) Chế độ ràng buộc nhãn thứ 2 là chế độ điều khiển theo lệnh. Nó được đặt tên theo lối được chỉ đạo xảy ra trong việc ràng buộc nhãn, việc chỉ đạo là từ LSR lối vào hay LSR lối ra của một LSP. Không như điều khiển độc lập, điều khiển theo lệnh đảm bảo rằng tất cả các LSR sử dụng cùng FEC như phát hành ban dầu, LSR G trong ví dụ này. Chế độ này cũng cho phép nhà quản trị mạng một số phương pháp để điều khiển việc thiết lập LSP. Chẳng hạn, tại LSR lối ra, nhà quản trị có thể cấu hình các danh sách hướng dẫn LSR thực hiện ràng buộc FEC với LSP nào. Nhược điểm đối với điều khiển theo lệnh là ở chỗ nó cần nhiều thời gian hơn điều khiển độc lập để thiết lập LSP. Một số người xem điều này như là một lượng “trế” không đáng kể mà phương pháp này đưa tới cho các nhà quản trị mạng. Song một số người khác cho rằng điều khiển theo lệnh là không tiện lợi. MPLS hỗ trợ cả 2 chế độ điều khiển này, nhưng cần nhớ rằng điều khiển theo lệnh nên được thực hiện tại tất cả các LSR nếu nó hiệu quả. Chúng ta sẽ còn trở lại với điều khiển theo lệnh trong các phần sau khi nói về định tuyến cưỡng bức. Phân bổ ràng buộc nhãn không theo yêu cầu và theo yêu cầu Thủ tục điều khiển độc lập được biểu diễn trong hình 2.11 cũng là ví dụ về phân bố nhãn không theo yêu cầu, LSR không chỉ ấn đinh mà còn phát hành (phân tán) các ràng buộc nhãn tới tất cả các node lân cận (cả các node đường lên và đường xuống) cho dù là những LSR lân cận đó có cẩn ràng buộc đó hay không. Hình 2.12 minh hoạ cho kiểu phân bổ nhãn không theo yêu cầu. Hình 2.12. Phân bổ ràng buộc nhãn không theo yêu cầu Một kiểu phân bổ nhãn khác đó là phân bổ nhãn theo yêu cầu. Với giải pháp này, một ràng buộc nhãn chỉ xảy ra nếu một LSR bị yêu cầu thực hiện. Hình 2.13 minh hoạ cho kiểu phân bổ ràng buộc nhãn theo yêu cầu. Hình 2.13. Phân bổ ràng buộc nhãn theo yêu cầu 2.2 Các loại thiết bị trong mạng MPLS Các thiết bị tham gia trong một mạng MPLS có thể được phân loại thành các bộ định tuyến biên nhãn (LER) và các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR). Hình 2.14. Các kiểu node trong mạng MPLS LSR là 1 thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của 1 mạng MPLS, nó tham gia trong việc thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) bằng việc sử dụng giao thức báo hiệu nhãn thích ứng và thực hiện chuyển mạch tốc độ cao lưu lượng số liệu dựa trên các đường dẫn được thiết lập. LER là 1 thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng lõi MPLS. Các LER hỗ trợ đa cổng được kểt nối tới các mạng không giống nhau (chẳng hạn FR, ATM và Ethernet ). LER đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ định và huỷ bỏ nhãn, khi lưu lượng vào trong hay đi ra khỏi mạng MPLS. Sau đó, tại lối vào nó thực hiện việc chuyển tiếp lưu lượng vào mạng MPLS sau khi đã thiết lập LSP nhờ các giao thức báo hiệu nhãn và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập tại lối ra. Ngoài ra khi MPLS được xếp chồng trên ATM, các chuyển mạch ATM được điều khiển bởi mặt phẳng điều khiển MPLS, và lúc đó các chuyển mạch ATM được gọi là các ATM-LSR. Tương ứng chúng ta có 2 loại thiết bị là ATM-LSR hoạt động trong lõi, và ATM-LSR biên hoạt động ở biên mạng hay còn gọi là ATM-LER. ATM-LSR là các chuyển mạch ATM có thể thực hiện chức năng như LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mặt phẳng điều khiển và chuyển tiếp số liệu theo cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mặt phẳng chuyển tiếp. Như vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm MPLS để thực hiện chức năng của LSR. Các thiết bị biên khác với các thiết bị lõi ở chỗ là: ngoài việc phải chuyển tiếp lưu lượng nó còn phải thực hiện việc giao tiếp với các mạng khác đó là chỉ định hay loại bỏ nhãn. Hình 2.14 biểu diễn các loại thiết bị sử dụng trong mạng MPLS. 2.3 Các chế độ hoạt động của MPLS MPLS có thể hoạt động trong 2 chế độ đó là: Chế độ khung Chế độ tế bào 2.3.1 Chế độ khung Chế độ khung là thuật ngữ được sử dụng khi chúng ta chuyển tiếp một gói với một nhãn được đính vào gói trước tiêu đề lớp 3 (chẳng hạn tiêu đề IP). Trong chế độ này một tiêu đề nhãn được bổ sung vào giữa gói tin lớp 3 và tiêu đề lớp 2. RFC 3031, “Kiến trúc MPLS”, định nghĩa nhãn như “là một thực thể vật lý có chiều dài cố định, được sử dụng để nhận dạng 1 FEC, thường chỉ có ý nghĩa cục bộ”. Nói một cách đơn giản, nhãn là một giá trị được bổ sung cho một gói, nói cho mạng biết nơi nào gói đi qua. Nhãn là một giá trị 20bit, nghĩa là có 220 giá trị nhãn có thể. Một gói có thể có nhiều nhãn, được mang trong ngăn xếp nhãn. Tại mỗi chặng trong mạng, chỉ các nhãn bên ngoài được kiểm tra. LSR sử dụng nhãn để chuyển tiếp các gói trong mặt phẳng dữ liệu, các nhãn này trước đó được chỉ định và phân bổ trong mặt phẳng điều khiển. Khuôn dạng tiêu đề nhãn có dạng như hình 2.15. Link Layer MPLS SHIM Network Layer Other Layers Headers Header Header and data 32 bits Label Exp BS TTL 20 bits 3 bits 1 bits 8 bits Hình 2.18. Khuôn dạng tiêu đề nhãn PPP header Shim Header Layer 3 Header MAC header Shim Header Layer 3 Header Label PPP Header (Packet over SONET/SDH) LAN MAC Header T¹o nh·n Hình 2.16. PPP/Ethernet là lớp liên kết dữ liệu Ngoài 20 bit giá trị nhãn như đã biết, 12 bit còn lại có ý nghĩa như sau: Exp (Experimental) – Các bit Exp được dự trữ về mặt kỹ thuật cho sử dụng thực tế. Chẳng hạn Cisco sử dụng những bit này để giữ bộ chỉ thị QoS - thường là một bản sao trực tiếp của các bit chỉ thị độ ưu tiên trong gói IP. Khi các gói MPLS bị xếp hàng, có thể sử dụng các bit Exp như cách sử dụng các bit chỉ thị độ ưu tiên IP. BS (Bottom of stack) – Có thể có hơn 1 nhãn với 1 gói. Bit này dùng để chỉ thị cho nhãn ở cuối ngăn xếp nhãn. Nhãn ở đáy của ngăn xếp nhãn có giá trị BS bằng 1. Các nhãn khác có giá trị bit BS bằng 0. TTL (Time To Live) – Thông thường các bit TTL là một bản sao trực tiếp của các bit TTL trong tiêu đề gói IP. Chúng giảm giá trị đi 1 đơn vị khi gói đi qua mỗi chặng để tránh lặp vòng vô hạn. TTL cũng có thể được sử dụng khi các nhà điều hành mạng muốn dấu cấu hình mạng nằm bên dưới. 2.3.2 Chế độ tế bào Chế độ tế bào là thuật ngữ được sử dụng khi chúng ta có 1 mạng các chuyển mạch ATM hay mạng FR sử dụng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để hoán đổi thông tin VCI/VPI thay cho việc sử dụng báo hiệu ATM hay báo hiệu FR. Ip header Data VPI/VCI Data Shim header Ip header Data VPI/VCI Data …… Gãi IP T¹o nh·n TÕ bµo ATM Hình 2.17. ATM là lớp liên kết dữ liệu Ip header Data DLCI Data Shim header Ip header Data DLCI Data …… Gãi IP T¹o nh·n C¸c khung FR Hình 2.18. FR là lớp liên kết dữ liệu Trong chế độ tế bào, nhãn dược mã hoá trong các trường VPI/VCI hay DLCI (xem hình 2.17 và hình 2.18). Sau khi quá trình trao đổi thông tin nhãn được thực hiện trong mặt phẳng điều khiển, trong mặt phẳng chuyển tiếp, router lối vào phân chia các gói vào trong các tế bào ATM, dán nhãn cho chúng và thực hiện truyền. Các ATM LSR trung gian xử lý các gói như một chuyển mạch ATM thông thường–chúng chuyển tiếp tế bào dựa trên giá trị VPI/VCI và thông tin cổng vào. Cuối cùng, router lối ra tổng hợp các cell trở lại thành gói. Chế độ tế bào còn được gọi là ATM được điều khiển nhãn (LC-ATM). 2.4 Các giao thức phân bổ nhãn MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vì một vài giao thức định tuyến đang được sử dụng (OSPF) có thể hỗ trợ phân bổ nhãn. Tuy nhiên, IETF đã phát triển một giao thức mới để bổ sung cho MPLS. Được gọi là giao thức phân bổ nhãn LDP. Một giao thức khác, LDP cưỡng bức (CR-LDP), cho phép các nhà quản lý mạng thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn (LSP) một cách rõ ràng (tường minh). CR-LDP là một sự mở rộng của LDP. Nó hoạt động độc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong (IGP) khác. Nó được sử dụng cho các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mô phỏng mạng chuyển mạch kênh. RSVP cũng có thể được sử dụng để phân phối nhãn. bằng việc sử dụng các bản tin Reservation và PATH (mở rộng), nó hỗ trợ các hoạt động ràng buộc và phân bổ nhãn. BGP cũng là một sự lựa chọn tốt cho giao thức phân bổ nhãn. Nếu cần phải ràng buộc nhãn với prefix địa chỉ, thì BGP có thể được sử dụng. Một bộ phản hồi (reflector) BGP có thể được sử dụng để phân bổ nhãn. 2.4.1 Giao thức phân phối nhãn LDP Giới thiệu Giao thức phân phối nhãn được IETF đưa ra trong RFC 3036. Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các giao thức khác thể hiện trên hình 2.19. LDP có thể hoạt động giữa các LSR kết nối trực tiếp hay không được kết nối trực tiếp. Các LSR sử dụng LDP để hoán đổi thông tin ràng buộc FEC và nhãn được gọi là các thực thể đồng cấp LDP; chúng hoán đổi thông tin này bằng việc xây dựng các phiên LDP. Hình 2.19. Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS Các loại bản tin LDP LDP định nghĩa 4 loại bản tin đó là: Bản tin thăm dò, Bản tin phiên, Bản tin phát hành, Bản tin thông báo. Bốn loại bản tin này cũng nói lên chức năng mà nó thực hiện. Bản tin thăm dò (Discovery): dùng để thông báo và duy trì sự có mặt của 1 LSR trong mạng. Theo định kỳ, LSR gửi bản tin Hello qua cổng UDP với địa chỉ multicast của tất cả các router trên mạng con. Bản tin phiên (Session): dùng để thiết lập, duy trì, và xoá các phiên giữa các LSR. Hoạt động này yêu cầu gửi các bản tin Initialization trên TCP. Sau khi hoạt động này hoàn thành các LSR trở thành các đối tượng ngang cấp LDP Bản tin phát hành (Advertisement): dùng để tạo, thay đổi và xoá các ràng buộc nhãn với các FEC. Những bản tin này cũng mang trên TCP. Một LSR có thể yêu cầu 1 ánh xạ nhãn từ LSR lân cận bất cứ khi nào nó cần. Nó cũng phát hành các ánh xạ nhãn bất cứ khi nào nó muốn một đối tượng ngang cấp LDP nào đó sử dụng ràng buộc nhãn. Bản tin thông báo (Notification): dùng để cung cấp các thông báo lỗi, thông tin chẩn đoán, và thông tin trạng thái. Những bản tin này cũng mang trên TCP. Đa số các bản tin LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin. (ngoại trừ bản tin thăm dò). Thủ tục thăm dò LSR lân cận Thủ tục LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau (minh hoạ trên hình 2.20). Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó. Những bản tin này được gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất cả router trên mạng con. Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp. Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn. Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con, người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau: LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến địa điạ chỉ IP đã được khai báo khi lập cấu hình. Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên. Hình 2.20. Thủ tục phát hiện LSR lân cận Các bản tin LDP Tiêu đề bản tin LDP Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầu bằng tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP như đã trình bày trên đây. Hình 2.21 chỉ ra các trường chức năng của tiêu đề LDP và các trường này thực hiện các chức năng sau: Phiên bản: Số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1. Độ dài PDU: Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không tính trường phiên bản và trường độ dài. Nhận dạng LDP: Nhận dạng không gian nhãn của LSR gửi bản tin này. Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR: nhận dạng bộ định tuyến. Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bên trong LSR.Với LSR có không gian nhãn lớn, trường này có giá trị bằng 0. . Hình 2.21. Tiêu đề LDP Mã hoá TLV LDP sử dụng lược đồ mã hoá kiểu-độ dài-giá trị để mã hoá các thông tin mang trong bản tin LDP. Như chỉ ra trên hình 2.22, LDP TVL được mã hoá thành một trường 2 octet trong đó sử dụng 14 bít để xác định kiểu, và 2 bit xác định cách hành động cho trường hợp LSR không nhận ra được kiểu; 2 octet tiếp theo xác định trường độ dài và trường giá trị có độ dài thay đổi. Trường kiểu qui định các mà trường giá trị được dịch. Trường độ dài xác định độ dài của trường giá trị. Trường giá trị có thể chứa các TLV khác. Hình 2.22. Mã hoá TLV Dựa trên bản tin nhận được, khi bit U có giá trị 0, LSR sẽ gửi thông báo ngược lại nơi gửi và toàn bộ bản tin sẽ được bỏ qua. Nếu U có giá trị 1, LSR sẽ bỏ qua bản tin chưa biết kiểu đó mà không gửi thông báo lại phía gủi và phần còn lại của bản tin vẫn được xử lý như thể là bản tin chưa biết kiểu này không tồn tại. Bit F chỉ được sử dụng khi bit U = 1 và bản tin LDP chứa bản tin chưa biết kiểu này được truyền đi. Nếu bít F bằng 0 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ không chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó và nếu bit F=1 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó. Các khuôn dạng và chức năng của các TLV. Trong phạm vi đồ án này xin phép không nói đến. Khuôn dạng bản tin LDP Tất cả các bản tin LDP có khuôn dạng sau: Kiểu bản tin U Độ dài bản tin ID bản tin Thông số bắt buộc Thông số tuỳ chọn Hình 2.23. Khuôn dạng các bản tin LDP Bit U: bit bản tin chưa biết. Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể được thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi. Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì. Chiều dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản tin, các thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn. Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin. Trường này có thể được sử dụng để kết hợp các bản tin Thông báo với một bản tin khác. Thông số bắt buộc, và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP. Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theo TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV. Nó không được sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng của nó sẽ gây lãng phí không gian. Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giá trị là cố định hay kiểu của giá trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu. Khuôn dạng và chức năng các bản tin LDP Phần này cung cấp thông tin về khuôn dạng và chức năng của các bản tin LDP sau: Bản tin Notification - Bản tin Thông báo Bản tin Hello – Bản tin Chào hỏi Bản tin Initialization - Bản tin khởi tạo Bản tin Keepalive - Bản tin Bản tin Address - Bản tin Địa chỉ Bản tin Address Withdraw – Bản tin Thu hồi địa chỉ Bản tin Label Mapping - Bản tin Ràng buộc nhãn Bản tin Label Request – Bản tin Yêu cầu nhãn Bản tin Label Withdraw - Bản tin Thu hồi nhãn Bản tin Label Release – Bản tin Giải phóng nhãn Bản tin Label Abort Request - Bản tin Yêu cầu huỷ bỏ nhãn Bản tin Notification Bản tin thông báo cho biết một lỗi không thể tránh khỏi, là kết quả của quá trình xử lý bản tin hay trạng thái của phiên LDP. Nếu một LSR bắt gặp một điều kiện mà cần để thông báo tới LSR ngang cấp cùng với thông tin tư vấn hay lỗi, nó gửi LSR đó một thông báo chứa TLV trạng thái mà mã hóa thông tin và các TLV tùy chọn thêm. Nếu điều kiện là không thể tránh khỏi, sau khi gửi bản tin thông báo, LSR chấm dứt phiên LDP bằng cách đóng kết nối TCP và loại bỏ tất cả các trạng thái đã liên kết cùng với phiên này. 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. 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 phưng hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng. Bản tin Address. Một LSR gửi một bản tin địa chỉ đến LSR ngang cấp để thông báo các địa chỉ giao diện của nó. Một LSR nhận một thông điệp bản tin địa chỉ sử dụng các địa chỉ nó biết để duy trì sở dữ liệu cho ánh xạ giữa các bộ nhận dạng LDP ngang cấp và các địa chỉ chặng tiếp theo. Khi một phiên LDP mới được khởi tạo và trước khi gửi bản tin yêu cầu và gán nhãn, một LSR thông báo các địa chỉ giao diện của nó với một hay nhiều địa chỉ giao diện. Bất cứ khi nào một LSR kích hoạt một địa chỉ giao diện mới, nó cần thông báo địa chỉ mới đó cùng với bản tin địa chỉ. Khi nó muốn hủy kích hoạt địa chỉ nào đó, nó cần thu hồi địa chỉ cùng với bản tin thu hồi địa chỉ. 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. Bản tin Lable Realease 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. Phát hành và sử dụng nhãn Có một vài công cụ được sử dụng để phát hành và phân bổ nhãn. Các đặc tả kiến trúc MPLS thiết lập các thủ tục đầy đủ cho những hoạt động này. Những thủ tục này được tổ chức như sau. Các LSR đường xuống đã định nghĩa 5 thủ tục, trong đó có 4 thủ tục phân bổ và 1 thủ tục thu hồi. Các thủ tục phân bổ là: (a) Đẩy không điều kiện; (b) Đẩy có điều kiện; (c) Kéo không điều kiện; (d) Kéo có điều kiện. Các LSR đường lên đã định nghĩa 9 thủ tục, gồm 4 loại đó là: Các thủ tục Yêu cầu gồm: (a) thủ tục Không bao giờ yêu cầu, (b) thủ tục Yêu cầu khi cần, (c) thủ tục Yêu cầu theo yêu cầu Các thủ tục Không khả dụng gồm: (a) thủ tục Yêu cầu có thử lại, thủ tục Yêu cầu không thử lại Các thủ tục Giải phóng gồm: (a) thủ tục Giải phóng khi thay đổi, (b) thủ tục Giải phóng khi không thay đổi. Các thủ tục Sử dụng nhãn gồm: (a) thủ tục Sử dụng ngay, (b) thủ tục Sử dụng nếu lặp vòng không được phát hiện Các thủ tục LSR đường xuống (Rd) Hình 2.24 minh hoạ các thủ tục của LSR đường xuống. Thủ tục Đẩy không điều kiện Đẩy không có điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu trong chế độ điều khiển LSP độc lập. Giả sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến của LSR-Rd và LSR-Ru là thực thể ngang cấp phân bổ của Rd. Nếu điều kiện này thoả mãn, LSR-Rd phải ràng buộc 1 nhãn với X và gửi ràng buộc này tới LSR-Ru. Trách nhiệm của Ru là phải luôn cập nhật ràng buộc này và phải thông báo cho Rd biết mọi sự thay đổi. Hình 2.24. Các thủ tục LSR đường xuống Thủ tục Đẩy có điều kiện Đẩy có điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu trong chế độ điều khiển theo lệnh. Giả sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến của LSR-Rd; LSR-Ru là lối ra của LSP; chặng tiếp theo của Rd là Rn. Hơn nữa, Rn đã ràng buộc 1 nhãn với X và phân bổ ràng buộc đó tới Rd. Trong tình huống này, Rd nên ràng buộc 1 nhãn với X và gửi nó tới Ru. Sự khác nhau giữa đẩy không có điều kiện và đẩy có điều kiện là ở chỗ: đẩy không có điều kiện thực hiện phân bổ các ràng buộc nhãn cho tất cả các tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến, còn đẩy có điều kiện chỉ thực hiện phân bổ ràng buộc nhãn cho các tiền tố địa chỉ mà Rd đã nhận các ràng buộc từ chặng kế tiếp của LSP. Thủ tục Kéo không điều kiện Kéo không có điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống theo yêu cầu, bằng việc sử dụng chế độ điều khiển LSP độc lập. Gỉa sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến của LSR-Rd. LSR-Ru yêu cầu LSR-Rd ràng buộc nhãn với X, và phân bổ ràng buộc nhãn này cho tới nó. Rd phải tôn trọng yêu cầu ràng buộc này, và nếu nó không thể (chẳng hạn, nó không là đối tượng ngang cấp phân bổ nhãn với Ru), thì nó cúng phải thông báo cho Ru biết. Nếu Rd đã gửi một ràng buộc, thì nó phải gửi một ràng buộc mới. Ràng buộc cũ vẫn giữ nguyên tác dụng. Kết quả cuối cùng của hoạt động này là 2 nhãn được kết hợp với cùng 1 tiền tố địa chỉ. Tại sao nhà điều hành mạng muốn làm điều này? MPLS hiểu rõ điều này. Chúng ta nhớ lại rằng: Nếu các khía cạnh khác của FEC bên cạnh tiền tố địa chỉ được xem xét, nó sẽ cho phép ràng buộc các nhãn khác nhau với các FEC khác nhau có cùng tiền tố địa chỉ. Thủ tục Kéo có điều kiện Kéo có điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống theo yêu cầu, bằng việc sử dụng chế độ điều khiển LSP theo lệnh. Giả sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuan của LSR-Rd. Ru yêu cầu Rd ràng buộc 1 nhãn với X và phân bổ ràng buộc này tới Ru. Rd là lối ra của LSP, hay chặng kế tiếp lớp 3 của Rd của X là Rn và Rn đã ràng buộc 1 nhãn với X và phân bổ ràng buộc đó tới Rd. Nếu những điều kiện này thoả mãn, Rd phải ràng buộc 1 nhãn với X và phân bổ ràng buộc đó tói Ru. Thủ tục Thu hồi nhãn Nếu một LSR quyết định phá vỡ ràng buộc nhãn và tiền tố địa chỉ, bản tin huỷ ràng buộc nhãn LDP phải được phân bổ tới tất cả các LSR mà ràng buộc nhãn này đã đi qua lúc đầu. Các thủ tục LSR đường lên (Ru) Các hoạt động LSR đường lên là đơn giản hơn những hoạt động LSR đường xuống như đã nói ở trên. Những hoạt dộng này được tóm tắt ngắn gọn ở đây, dựa trên phần 5.1.2 của RFC 3031. Các thủ tục Yêu cầu Thủ tục Không bao giờ yêu cầu LSR không bao giờ yêu cầu 1 ràng buộc nhãn. Chẳng hạn, trong hình 4.21a và 4.21b, LSR đường xuống thực hiện các hành động cần thiết để ràng buộc các nhãn với các tiền tố địa chỉ. LSR đường lên không cần thiết phải thực hiện những nhiệm vụ này. Thủ tục này có thể áp dụng khi 1 LSR sử dụng phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu và trong chế độ duy trì nhãn đầy đủ, nhưng không nên được sử dụng nếu Rd sử dụng các thủ tục Kéo không có điều kiện hay Kéo có điều kiện. Thủ tục Yêu cầu khi cần Khi một router tìm một tiền tố địa chỉ mới hay khi 1 tiền tố mới được cập nhật, thì thủ tục này được thực hiện - nếu 1 ràng buộc nhãn không tồn tại. Thủ tục này được thực hiện bởi 1 LSR nếu chế độ duy trì nhãn hạn chế được sử dụng. Thủ tục Yêu cầu khi có yêu cầu Hoạt động này sinh ra một yêu cầu bất cứ khi nào nhận được một yêu cầu, điều này là khác với sinh ra yêu cầu khi cần. Nếu Ru là không có khả năng như một LSR lối vào, nó có thể sinh ra một yêu cầu chỉ khi nó nhận được 1 yêu cầu từ router đường lên. Nếu Rd nhận được 1 yêu cầu như vậy từ Ru về tiền tố địa chỉ mà Rd đã phân bổ nhãn tới Ru, lúc đó Rd ấn định một nhãn mới, ràng buộc nó với X, và phân bổ ràng buộc đó. Các thủ tục Không khả dụng Thủ tục không khả dụng xác định Rd phản ứng như thế nào với tình huống sau: 1. Ru và Rd tương ứng là các thực thể đồng cấp phân bổ nhãn với tiền tố địa chỉ X. 2. Rd là chặng kế tiếp lớp 3 của Ru với tiền tố địa chỉ X. 3. Ru yêu cầu 1 ràng buộc với X từ Rd. 4. Rd trả lời rằng nó không thể cung cấp 1 ràng buộc tại thời điểm này bởi vì nó không có chặng kế tiếp của X. Có 2 thủ tục điều khiển hành vi của Ru đó là: Thủ tục Yêu cầu có thử lại và Thủ tục Yêu cầu không thử lại. Thủ tục Yêu cầu có thử lại Ru phân tán lại yêu cầu tại một thời điểm sau đó. Thủ tục này nên được sử dụng khi phân bổ nhãn theo yêu cầu đường xuống được sử dụng. Thủ tục Yêu cầu không thử lại Ru không bao giờ phân tán lại yêu cầu, thay vào đó nó thừa nhận rằng Rd sẽ cung cấp ràng buộc một cách tự động khi nó có thể. Điều này là có ích nếu Rd sử dụng thủ tục đẩy không có điều kiện, nghĩa là, nếu phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu được sử dụng. Các thủ tục giải phóng nhãn Các thủ tục giải phóng nhãn có nghĩa đơn giản chỉ là ràng buộc nhãn với FEC bị xoá tại LSR. Kịch bản cho quá trình giải phóng là như sau. Rd là một LSR đã ràng buộc 1 nhãn với tiền tố địa chỉ X; nó đã phân bổ ràng buộc đó tới LSR Ru. Nếu Rd không là chặng kế tiếp của Ru với tiền tố địa chỉ X hay nó đã không sử dụng chặng kế tiếp của Ru với tiền tố địa chỉ X, lúc đó Ru đang không sử dụng nhãn, và nó không có lý do gì mà duy trì nhãn trừ khi có khả năng là sự ràng buộc này xảy ra sau đó. Có 2 thủ tục để điều khiển hành vi của Ru: Thủ tục Giải phóng khi thay đổi và thủ tục Không giải phóng khi thay đổi. Thủ tục Giải phóng khi thay đổi Ru giải phóng ràng buộc và thông báo với Rd rằng nó đã giải phóng. Thủ tục này được sử dụng để thực hiện chế độ duy trì nhãn hạn chế. Thủ tục Không giải phóng khi thay đổi Ru duy trì ràng buộc nhãn để nó có thể sử dụng lại nếu sau đó Rd trở thành chặng kế tiếp của Ru với tiền tố địa chỉ X. Thủ tục này được sử dụng để thực hiện chế độ duy trì nhãn đầy đủ. Các thủ tục sử dụng nhãn Chúng ta hãy thừa nhận rằng Ru đã nhận được 1 ràng buộc nhãn L với tiền tố địa chỉ X từ LSR Rd, và Ru là router đường lên của Rd tương ứng với tiền tố địa chỉ X, và Rd là chặng kế tiếp của Ru. Ru sẽ sử dụng ràng buộc nếu Rd là chặng kế tiếp của Ru. Nếu tại thời điểm ràng buộc nhãn, Ru biết được rằng Rd không là chặng kế tiếp của Ru, thì Ru không sử dụng mọi ràng buộc nhãn tại thời điểm đó. Tuy nhiên, Ru có thể bắt đầu sử dụng ràng buộc nhãn này tài thời điểm sau đó nếu Rd trở thành chặng kế tiếp của Ru. Ru có thể sử dụng 2 thủ tục: Sử dụng ngay lập tức và Sử dụng nếu lặp vòng không được phát hiện. Thủ tục Sử dụng ngay lập tức Ru có thể sử dụng ràng buộc nhãn ngay lập tức. Tại mọi thời điểm khi Ru có ràng buộc nhãn với X từ Rd và Ru là chặng kết tiếp của Ru, thì Rd cũng sẽ là chặng kế tiếp LSP của Ru. Thủ tục này được sử dụng khi phát hiện lặp vòng không được sử dụng. Thủ tục Sử dụng nếu lặp vòng không được phát hiện Thủ tục này là giống như thủ tục Sử dụng ngay lập tức, trừ khi Ru đã phát hiện 1 vòng lặp trong LSP. Nếu 1 vòng lặp được phát hiện, Ru sẽ không tiếp tục sử dụng nhãn L để chuyển tiếp gói tới Rd. Thủ tục này được sử dụng khi phát hiện lặp vòng được sử dụng và sẽ tiếp tục cho đến khi chặng kế tiếp của X thay đổi hay cho đến khi lặp vòng không còn được phát hiện. 2.4.2 Giao thức RSVP với việc phân bổ nhãn Như tên gọi của nó, giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) dùng để dành trước các tài nguyên cho một phiên làm việc (dòng lưu lượng) trong mạng Internet. Khía cạnh này của Internet là khác so với dự định thiết kế hệ thống nằm bên dưới ban đầu là chỉ dùng để hỗ trợ các dịch vụ nỗ lực tối đa mà không xem xét đến các yêu cầu được xác định trước về chất lượng dịch vụ hay đặc tính lưu lương của người sử dụng. RSVP được dự tính để đảm bảo hiệu năng bằng việc dành trước các tài nguyên cần thiết tại mỗi node tham gia trong việc hỗ trợ dòng lưu lượng (chẳng hạn như hội nghị video hay audio). Cần nhớ rằng IP là giao thức không hướng kết nối, nó không thiết lập trước đường đi cho các dòng lưu lượng, trong khi đó RSVP thiết lập trước những đường đi này và đảm bảo cung cấp đủ băng tần cho đường đi đó. RSVP không cung cấp các hoạt động định tuyến mà sử dụng IPv4 hay IPv6 như là cơ chế truyền tải giống như cách mà giao thức bản tin điều khiển Internet (ICMP) và giao thức bản tin nhóm Internet (IGMP) hoạt động. RSVP yêu cầu phía thu đưa ra tham số QoS cho dòng lưu lượng. Các ứng dụng phía thu phải xác định bản ghi QoS và chuyển tới RSVP. Sau khi phân tích các yêu cầu này, RSVP gửi các yêu cầu tới tất cả các node tham gia trong việc vận chuyển dòng lưu lượng. Các khía cạnh của RSVP liên quan tới MPLS Trong phần này chúng ta sẽ tóm tắt ngắn gọn các đặc trưng RSVP, những đặc trưng này có liên quan đến việc sử dụng RSVP với MPLS. RSVP là một giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập các yêu cầu dành trước tài nguyên nhằm đảm bảo QoS trong Internet. Như biểu diễn trong hình 2.25, chất lượng dịch vụ của một dòng lưu lượng nào đó được thực hiện bằng các kỹ thuật gọi là điều khiển lưu lượng. Những kỹ thuật này bao gồm (1) Một bộ phân loại gói (2) Điều khiển chấp nhận kết nối (3) Một bộ lập lịch gói và (4) Điều khiển chính sách. Hình 2.25. Các thực thể hoạt động RSVP Bộ phân loại xác định các lớp QoS (và có thể là các đường đi) cho mỗi gói, dựa trên sự kiểm tra tiêu đề lớp vận chuyển và lớp IP. Với mỗi giao diện đầu ra, bộ lập lịch gói hay một cơ chế phụ thuộc lớp liên kết dữ liệu nào khác sẽ đạt được giá trị QoS như đã cam kết. Bộ lập lịch gói thực hiện các mô hình dịch vụ QoS đã được định nghĩa bởi nhóm làm việc các dịch vụ được tích hợp (IntServ). Trong suốt quá trình thiết lập việc dành trước tài nguyên, một yêu cầu QoS RSVP được chuyển tới hai modul quyết định tại chỗ là: điều khiển chấp nhận và điều khiển chính sách. Điều khiển chấp nhận xác định xem node có đủ tài nguyên để cung cấp cho dòng lưu lượng với mức QoS được yêu cầu hay không. Điều khiển chính sách xác định xem một dòng lưu lượng nào đó có được cho phép theo các quy tắc quản lý hay không, chẳng hạn như các địa chỉ IP nào đó được hay không được cho phép dành trước băng tần; nhận dạng (ID) giao thức nào đó là được hay không được cho phép dành trước băng tần… Các phiên. RSVP xác định phiên là một dòng lưu lượng với một địa chỉ đích IP và giao thức lớp vận chuyển nào đó. Một phiên RSVP được xác định bởi địa chỉ đích IP (DestAddress), nhận dạng giao thức IP (ProtocolId), và nhận dạng cổng đích (DestPort). Địa chỉ đích IP của gói dữ liệu có thể là địa chỉ đơn hướng hay đa hướng. ProtocolId là nhận dạng giao thức IP. Tham số chức năng DestPort là một “cổng đích đã được tổng quát hóa”. DestPort có thể được xác định bởi trường cổng đích UDP/TCP, hay bởi một trường tương đương trong giao thức vận chuyển khác. Các bản tin chính của giao thức RSVP. RSVP yêu cẩu phia thu đưa ra các tham số QoS cho dòng lưu lượng. Các ứng dụng tiếp nhận dòng lưu lượng đến phải xác định bản ghi QoS (chứa các tham số QoS) rồi chuyển tới RSVP. Sau khi phân tích yêu cầu này, RSVP gửi các bản tin yêu cầu tới tất cả các node tham gia vào việc vận chuyển dòng lưu lượng. Như được biểu diện trong hình 2.26, các hoạt động được bắt đầu bằng bản tin Path RSVP. Nó được sử dụng bởi phía gửi để thiết lập một đường đi cho phiên (dòng lưu lượng). Hình 2.26. Các bản tin Path và Reservation Hình 2.26 cũng chỉ ra rằng các bản tin Reservation được gửi bởi phía nhận và chúng cho phép phía gửi cũng như các node trung gian biết các yêu cầu của phía nhận. Đường đi của bản tin Reservation là giống với đường đi của bản tin Path, nhưng ở phương ngược lại. Điều khiển chấp nhận và Điều khiển chính sách. Nhìn vào hình 2.25 chúng ta thấy được quá trình RSVP chuyển các yêu cầu tới điều khiển chấp nhận và điều khiển chính sách. Nếu sự kiểm tra xảy ra một trong hai điều khiển đó không thành công, sự dành trước tài nguyên sẽ bị huỷ bỏ và quá trình RSVP trả lại bản tin thông báo lỗi tới phía nhận tương ứng. Nếu cả hai sự kiểm tra trong hai điều khiển này thành công thì node sẽ cho phép bộ phân loại gói lựa chọn các gói dữ liệu – như được xác định bởi filterspec và tương tác với lớp liên kết dữ liệu tương ứng để đạt được QoS mong đợi – như được xác định bởi flowspec. Trong phần tới chúng ta sẽ tìm hiểu về filterspec và flowspec. Bộ mô tả dòng lưu lượng. Một bản tin dành trước tài nguyên RSVP đơn giản chứa một flowspec và một filterspec; hai thành phần này kết hợp với nhau được gọi là một bộ mô tả dòng lưu lượng. Xem hình 2.27. Flowspec xác định tham số QoS được yêu cầu. Filterspec, cùng với các tham số đặc tả dòng lưu lượng khác, xác định nên một tập các gói dữ liệu - dòng lưu lượng để nhận được mức QoS như đã được xác định trong flowspec. Hình 2.27. Bộ mô tả lưu lượng Flowspec thiết lập các tham số ở trong bộ lập lịch gói hay ở trong các cơ chế lớp liên kết dữ liệu khác và filterspec thiết lập các tham số ở trong bộ phân loại gói. Các gói dữ liệu được đánh địa chỉ cho một dòng lưu lượng nào đó nhưng không phù hợp với mọi filterspec cho dòng lưu lượng (phiên) đó được xử lý như là dòng lưu lượng của dịch vụ “nỗ lực tối đa”. Flowspec trong bản tin yêu cầu dành trước tài nguyên thường bao gồm một lớp dịch vụ và hai tập các tham số có tính chất con số: (1) Rspec (R-Reserve) dùng để xác định mức QoS mong muốn và (2) Tspec (T-Traffic) dùng để mô tả dòng lưu lượng. Khuôn dạng và nội dung của các Tspec và Rspec được xác định bởi các mô hình dịch vụ được tích hợp (xem RFC 2210). Các trường bên trong các bản tin RSVP được gọi là các đối tượng. Từ khi RSVP ra đời, nhiều đối tượng đã liên tục được bổ sung. Chúng ta sẽ đề cập đến những đối tượng trong các bản tin RSVP liên quan đến MPLS trong phần tiếp theo. Sự liên quan giữa các khái niệm trong MPLS và RSVP Sự mở rộng của RSVP dùng để hỗ trợ MPLS trong việc thiết lập các LSP bằng cách sử dụng hay không sử dụng việc đặt trước tài nguyên. Những mở rộng này cũng dùng để tái định tuyến LSP, cân bằng tải, định tuyến cưỡng bức và phát hiện lặp vòng. Những mở rộng này của RSVP phản ánh nhiều hoạt động trong LDP như đã nói ở trên. Các host và các router hỗ trợ cả RSVP và MPLS có thể kết hợp các nhãn và các dòng lưu lượng RSVP. Mỗi lần một LSP được thiết lập, lưu lượng đi qua đường dẫn này được xác định bởi giá trị nhãn đã được gắn vào gói tại lối vào của LSP. Tập các gói được ấn định cùng giá trị nhãn thuộc về cùng một FEC và cũng giống như tập các giá trị nhãn ấn định cho dòng lưu lượng cho RSVP. Khi các nhãn được kết hợp với các dòng lưu lượng, thì router có thể nhận ra các trạng thái dành trước RSVP tương ứng cho mỗi gói, dựa trên giá trị nhãn của gói. Mô hình RSVP/MPLS sử dụng phân bổ nhãn theo yêu cầu đường xuống. Trong hình 2.26, chúng ta thấy rằng các node đường lên yêu cầu một ràng buộc nhãn (A tới B, B tới C…). Một yêu cầu để ràng buộc nhãn với một đường hầm LSP được khởi tạo bởi node lối vào (node A trong hình 2.26), thông qua bản tin Path RSVP, bản tin này chứa một đối tượng LABEL_REQUEST. Đối tượng này chứa các giá trị nhãn được gợi ý, có thể bao gồm các số kênh ảo ATM và FR (nếu cần). Các nhãn được chỉ định từ các router đường xuống và được phân bổ ngược trở lại đường lên bởi các bản tin Reservation. Để thực hiện mục đích này, bản tin Reservation RSVP được mỏ rộng với một đối tượng LABEL. Đối tượng này chứa nhãn được sử dụng giữa các node lân cận. Chẳng hạn, trong hình 2.26, bản tin Path giữa các node B và C chứa đối tượng LABEL_REQUEST và bản tin Reservation chứa đối tượng LABEL. Đối tượng LABEL được chèn vào bên trong danh sách filterspec ngay sau filterspec mà nó liên quan. Sự tiếp nhận nhãn cho phép node cập nhật ILM (Ánh xạ nhãn lối vào) của nó. Định tuyến hiện. Sự mở rộng của RSVP cũng hỗ trợ định tuyến hiện, thường được biết như là định tuyến cưỡng bức trong các miền MPLS. Hoạt động này được thực hiện bằng việc đặt đối tượng EXPLICIT_ROUTE vào trong bản tin Path. Trong hình 2.28 các node D, J, E và F được thiết lập cho LSP. Hình 2.28 Đối tượng SESSION và EXPLICIT_ROUTE Đối tượng EXPLICIT_ROUTE chứa các chặng cho các LSP được định tuyền hiện. Các đường đi được định tuyến hiện có thể được cấu hình bởi nhà quản trị hay được tính toán tự động bằng một thực thể phù hợp dựa trên các yêu cầu QoS và chính sách, có tính cả trạng thái mạng hiện thời, nhưng RSVP không xác định đường đi định tuyến hiện được quyết định như thế nào. Tuy nhiên, các chặng của đường đi định tuyến hiện được nhận ra bởi (a) tiền tố địa chỉ IPv4, (b) tiền tố địa chỉ IPv6 hay (c) số của hệ thống tự quản. Ngoài ra, định tuyến hiện cho phép sử dụng định tuyến chặt hay lỏng. Chức năng của nó là tương tự như các chức năng của định tuyển nguồn IP (việc này hiếm khi được sử dụng). Định tuyến lỏng là một tập các chặng được gợi ý và định tuyến chặt là một tập các chặng được yêu cầu. Xác định các node lối vào và các node lối ra. Đối tượng SESSION, như được biểu diễn trong hình 2.28 là một trường hữu ích với các nhà quản lý mạng muốn điều khiển các node lối vào và các node lối ra của LSP mà không cần phải điều khiển mỗi node từ lối vào đến lối ra. Để thực hiện chức năng này đối tượng SESSION phải chứa địa chi IP của node lối ra. Các mức độ ưu tiên của phiên. Một trường khác được định nghĩa trong RSVP mở rông là SESSION_ATTRIBUTE. Nó được sử dụng bởi các node RSVP/MPLS để nhận ra độ ưu tiên của dòng lưu lượng (LSP trong MPLS) tương ứng với quyền được sử dụng tài nguyên tại các node đó. Ngoài ra nó cũng được sử dụng để quyết định xem một phiên (dòng lưu lượng) nào đó có thể được ưu tiên hơn phiên khác hay không. Ngoài những mở rộng này, RSVP cón được mở rộng trong khía cạnh kỹ thuật lưu lượng, định tuyến lại….Những chi tiết này xin phép không trình bày trong phạm vi đồ án này. 2.4.3 Giao thức BGP với việc phân bổ nhãn Giao thức cổng đường biên cũng đã được tăng cường để hỗ trợ việc phân bổ nhãn. Trong phần này chúng ta chỉ tổng kết ngắn gọn các ý chính trong các bản thảo liên quan đến công việc này. BGP được sử dụng để phân bổ một tuyến đường nào đó nó cũng có thể được sử dụng phân bổ một nhãn được ràng buộc với tuyến đường đó. Thông tin rang buộc nhãn của một tuyến đường nào đó được mạng cùng với bản tin Update BGP, bản tin này dùng để phân bổ tuyến đường. Các hoạt động BGP khá giống với hoạt động ngăn xếp nhãn MPLS thông thường. Chẳng hạn, nếu router A bên ngoài cần gửi một gói tới đích D và nếu chặng kế tiếp BGP của A là một router B bên ngoài và nếu B đã ràng buộc nhãn L với D; lúc đó đầu tiên A sẽ đặt nhãn L vào ngăn xếp nhãn của gói, sau đó nó sử dụng IGP để tìm chặng kế tiếp tới B - gọi là C. Nếu C đã phân bổ cho A một nhãn MPLS, thì A có thể đặt nhãn này lên ngăn xếp nhãn của gói và sau đó gửi gói tới C. Nếu một tập các node BGP đang hoán đổi các thông tin định tuyến qua một bộ phản hồi thông tin định tuyến, lúc đó nếu phân bổ nhãn được mạng cùng với phân bổ thông tin định tuyến, bộ phản hồi thông tin định tuyến cũng có thể phân bổ nhãn. Điều này cải thiện đáng kể khả năng mở rộng mạng. Phân bổ nhãn có thể được mang cùng trong bản tin Update BGP thông qua Mở rộng đa giao thức BGP-4 (xem RFC 2283). Lúc này, nhãn được mã hóa vào trong trường thuộc tính NLRI, và trường SAFI (Subsequent Address Family Identifier) chỉ ra rằng NLRI chứa một nhãn. Một node BGP có thể không sử dụng BGP để gửi nhãn tới một đối tượng ngang cấp BGP khác, trừ khi đối tượng ngang cấp BGP đó chỉ ra rằng nó có thể xử lý các bản tin Update với trường SAFI đã được xác định (thông qua thoả thuận khả năng BGP). Ngoài việc sử dụng BGP với việc phân bổ nhãn, nó cũng đóng vai trò quan trọng trong các mạng riêng ảo. 2.5 Định tuyến trong mạng MPLS. Trong mạng MPLS các LSP thường được thiết lập bằng một trong 3 cách sau: Định tuyến từng chặng: Phương pháp này là tương đương với phương pháp được sử dụng hiện nay trong các mạng IP truyền thống. Các giao thức định tuyến truyền thống chẳng hạn như OSPF, BGP hay PNNI được sử dụng để thăm dò địa chỉ IP. Trong phương pháp này mỗi LSR lựa chọn một cách độc lập tuyến kế tiếp với một FEC cho trước. Mỗi node MPLS xác định nội dung của LIB bằng việc tham chiếu tới bảng định tuyến IP của nó. Với mỗi lối vào trong bảng định tuyến, mỗi node sẽ thông báo 1 ràng buộc (chứa 1 địa chỉ mạng và 1 nhãn) tới các node lân cận. Định tuyến hiện (ER): Định tuyến hiện tương tự với định tuyến nguồn. Trong phương pháp này không một node nào được cho phép lựa chọn chặng kế tiếp. Thay vào đó một LSR được lựa chọn trước, thường là LSR lối vào hay LSR lối ra, sẽ xác định danh sách các node mà ER-LSP đi qua. Đường dẫn đã được xác định có thể là không tối ưu. Dọc đường dẫn các tài nguyên có thể được đặt trước để đảm bảo QoS cho lưu lượng dữ liệu. Điều này làm cho kĩ thuật lưu lượng thực hiện dễ dàng hơn các dịch vụ được phân biệt có thể được cung cấp bằng cách sử dụng các luồng dựa trên các chính sách hay các phương pháp quản lý mạng. Định tuyến cưỡng bức (CR): CR tính cả các tham số chẳng hạn như các đặc tính tuyến (băng tần, trễ, etc…), hop count và QoS. Các LSP được thiết lập có thể là các CR-LSP, trong đó các ràng buộc có thể là các chặng định tuyến hiện hay các yêu cầu QoS. Các chặng định tuyến hiện chỉ ra đường đi nào được dùng. Các yêu cầu QoS chỉ ra các tuyến và các cơ chế xếp hàng hay lập lịch nào được sử dụng cho luồng lưu lượng. Khi sử dụng CR, có thể một đường đi có cost tổng cộng lớn hơn nhưng chịu tải ít hơn sẽ được lưu chọn. Tuy nhiên, trong khi CR gia tăng hiệu năng mạng, thì nó cũng cũng bổ sung thêm độ phức tạp trong việc tính toán định tuyến vì đường dẫn được lựa chọn phải thoả mãn các yêu cầu QoS của LSP. CR có thể được sử dụng cùng với MPLS để thiết lập các LSP. IETF đã định nghĩa thành phần CR-LDP để làm cho việc thiết lập đường đi dựa trên các ràng buộc trở nên thuận tiện hơn. 2.5.1 Định tuyến cưỡng bức (CR) với CR-LDP Khái niệm Định tuyến cưỡng bức (CR) là một công cụ có thể đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật lưu lượng cho các mạng MPLS. Khái niệm cơ bản này được mở rộng tới LDP để hỗ trợ các đường dẫn chuyển mạch nhãn (CR-LSP) được định tuyến cưỡng bức bằng việc định nghĩa các công cụ và các TLV để hỗ trợ cho các CR-LSP hay sử dụng các giao thức có sẵn để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức. CR có thể được thiết lập như là một hoạt động từ đầu cuối tới đầu cuối; nghĩa là, từ CR-LSR lối vào tới CR-LSR lối ra. Ý tưởng là để cho CR-LSR lối vào khởi tạo CR và tất cả các node liên quan có thể dành trước tài nguyên băng việc sử dụng LDP. Thuật ngữ “ràng buộc” ngụ ý rằng trong một mạng và với mỗi tập các node luôn tồn tại một tập các ràng buộc phải được thoả mãn cho tuyến hay các tuyến giữa 2 node. Một ví dụ của định tuyến ràng buộc đó là đường đi có băng tần tối thiểu. Ví dụ khác là đường đi an toàn. Giao thức để tìm ra các đường đi như vậy (chẳng hạn như OSPF mở rộng) được ràng buộc phát hành các đường đi trong miền định tuyến để thoả mãn những loại điều kiện ràng buộc này. Ngoài ra, định tuyến cưỡng bức cố gắng đáp ứng một tập các điều kiện ràng buộc và đồng thời tối ưu một số các metric vô hường nào đó. Một metric vô hướng quan trọng là số chặng với các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ. Thực tế chỉ ra rằng các chặng bổ sung tạo ra biến thiên trễ, đặc biệt nếu Internet bận và các router đang xử lý nhiều lưu lượng. Định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR) Định tuyến hiện (ER) là thành phần không thể thiếu của định tuyến cưỡng bức. Các đường đi được thiết lập tại biên của mạng, thoả mãn với các tiêu chuẩn QoS và thông tin định tuyến. Hình 2.29 biểu diễn ví dụ về định tuyến hiện. Hình 2.29. Định tuyến hiện Các đường đi trong định tuyến hiện bắt đầu tại router lối vào A và đi tới B, sau đó D, và ra tại router F. Các đường đi trong định tuyến hiện không được phép đi qua các LSR C và E. Các đường đi được phép có thể được thiết lập bằng việc sử dụng các bản tin LDP. Các đường đi trong định tuyến hiện được mã hoá trong bản tin yêu cầu nhãn. bản tin này chứa 1 danh sách các node (hay nhóm các node) dùng để tạo nên đường đi CR. Sau khi CR-LSP đã được thiết lập, tất cả tập con các node trong nhóm có thể được sử dụng thiết lập LSP. Khả năng để xác định nhóm các node cho phép hệ thống có tính mềm dẻo cục bộ đáng kể trong việc đáp ứng yêu cầu cho đường đi CR. Hơn nữa, định tuyến cưỡng bức yêu cầu đường đi được tính toán bởi nguồn gửi lưu lượng. LDP và định tuyến cưỡng bức (CR) Nếu một LDP được sử dụng cho định tuyến cưỡng bức, đường đi được định tuyến cưỡng bức được mã hoá như là một chuỗi liên tiếp các chặng ER chứa trong bản tin LDP. Mỗi chặng ER có thể nhận ra một nhóm các node trên đường đi được định tuyến cưỡng bức, và cũng có các TLV để mô tả các tham số lưu lượng, chẳng hạn như là tốc độ đỉnh và tốc độ cam kết. Một đường đi được định tuyến cưỡng bức là một đường dẫn bao gồm tất cả nhóm các node được nhận dạng theo thứ tự như chúng xuất hiện trong TLV. Thuật toán định tuyến cưỡng bức Định tuyến cưỡng bức phải tính toán xác định đường đi thoả mãn các điều kiện sau: Tối ưu theo một tiêu chuẩn nào đó (ví dụ đường ngắn nhất hoặc số chặng ít nhất) Thoả mãn các điều kiện ràng buộc. Thuật toán “đường ngắn nhất đầu tiên” (SPF) thường được sử dụng để tìm đường tối ưu theo tiêu chuẩn nào đó. Các mạng IP truyền thống sử dụng thuật toán này để tìm đường tối ưu theo tiêu chuẩn nào đó (chẳng hạn: số hop…) mà không tính tới các yếu tố bổ sung như trễ, biến thiên trễ…Để thoả mãn cả các điều kiện ràng buộc thì thuật toán SPF cần phải thay đổi để bao gồm các điều kiện ràng buộc. Thuật toán mới này gọi là SPF cưỡng bức (CSPF). Trước hết chúng ta tìm hiểu hoạt đông của thuật toán SPF. Thuật toán SPF hoạt động khởi đầu tại một nút được gọi là gốc và bắt đầu tính toán xây đường ngắn nhất ứng với gốc là nút đó. Tại mỗi vòng của thuật toán sẽ có một danh sách các nút “ứng cử” không nhất thiết phải là ngắn nhất. Tuy nhiên ứng với nút “ứng cử” ở ngay kề nút gốc thì đường nối tới nút này phải là ngắn nhất. Vì vậy tại mỗi vòng, thuật toán sẽ tách nút có đường ngắn nhất tới nút gốc từ danh sách nút “ứng cử”. Nút này sẽ được bổ sung vào cây đường ngắn nhất, thì các nút không nằm trên cây đường ngắn nhất nhưng liền kề ngay nút này cũng được kiểm tra để bổ sung hoặc sửa đổi danh sách nút “ứng cử”. Sau đó thuật toán lại được thực hiện lặp lại. Trong trường hợp tìm đường ngắn nhất từ một gốc đến tất cả các nút khác trong mạng thì thuật toán sẽ dừng khi nào danh sách các nút “ứng cử” là rỗng. Trong trường hợp tìm đường ngắn nhất từ một gốc đến một nút cụ thể thì thuật toán sẽ dừng lại khi nào nút đó được bổ sung vào cây đường ngắn nhất. Thuật toán SPF để tính toán xác định đường ngắn nhất từ nút SPF (nguồn) đến một số nút (đích) có thể được mô tả dưới dạng các bước như sau: Bước 1 (khởi tạo): Đặt danh sách các nút “ứng cử” bằng rỗng. Đặt cây đường ngắn nhất chỉ có gốc S. Đối với mỗi nút liền kề gốc đặt độ dài đường bằng độ dài kênh giữa gốc và nút. Đối với tất cả các nút khác, đặt độ dài này bằng vô cùng. Bước 2: Đặt tên nút bổ sung vào cây đường ngắn nhất là V. Đối với mỗi kênh nối vào nút này, kiểm tra các nút phía còn lại của kênh. Đánh dấu các nút này là W. Bước 2a: Nếu như nút W này đã có trong danh sách cây đường ngắn nhất thì kiểm tra tiếp với các kênh còn laị nối với nút V. Bước 2b: Trong trường hợp ngược lại (W không nằm trong danh sách cây đường ngắn nhất) thì tính độ dài của đường nối từ gốc đến nút W ( độ dài này bằng tổng độ dài của đường nối từ gốc đến nút V cộng với độ dài từ nút V đến nút W). Nếu như W không nằm trong danh sách các nút “ứng cử” thì giá trị độ dài đường hiện thời lớn hơn giá trị độ dài đường mới tính và gán giá trị độ dài đường từ gốc đến nút W bằng độ dài mới tính. Bước 3: Trong danh sách nút “ứng cử”, tì