Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức mpls

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS Sơ lược lịch sử ra đời của MPLS Xu hướng phát triển mạng Internet Thế giới đang bước vào kỷ nguyên thông tin mới, bắt nguồn từ công nghệ đa phương tiện, những biến động xã hội, toàn cầu hóa trong kinh doanh và giải trí phát triển ngày càng nhiều. Biểu hiện đầu tiên của xa lộ thông tin là Internet, sự phát triển của nó là minh họa sinh động cho những động thái hướng tới xã hội thông tin. Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễn thông. Mềm dẻo, linh hoạt và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu hướng tới của chúng. Nhiều loại hình dịch vụ viễn thông mới đã ra đời đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng cao của khách hàng. Dịch vụ ngày nay đã có những thay đổi căn bản so với các dịch vụ truyền thống trước đây (chẳng hạn như thoại). Lưu lượng thông tin cuộc gọi là sự hòa trộn giữa thoại và phi thoại. Lưu lượng phi thoại liên tục gia tăng và biến động rất nhiều. Hơn nữa, cuộc gọi số liệu diễn ra trong khoảng thời gian tương đối dài so với thoại thông thường chỉ vài phút. Chính những điều này gây nên một áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền thông tin tốc độ cao với giá thành hạ. Ở góc độ khác sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải có công nghệ thực thi tiên tiến. Việc chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang công nghệ số đã đem lại sức sống mới cho mạng viễn thông. Tuy nhiên, những loại hình dịch vụ trên luôn đòi hỏi nhà khai thác phải đầu tư nghiên cứu những công nghệ viễn thông mới ở cả lĩnh vực mạng và chế tạo thiết bị. Cấu hình mạng hợp lý và sử dụng các công nghệ chuyển giao thông tin tiên tiến là thử thách đối với nhà khai thác cũng như nhà sản xuất thiết bị. Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay là giai đoạn chuyển dịch giữa công nghệ thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) sang dần công nghệ thế hệ mới (chuyển mạch gói), điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong các công ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác thế hệ mới khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng. Sau đây chúng ta sẽ xem xét và đánh giá sự phát triển của công nghệ chuyển mạch, một điểm trọng yếu trong mạng thông tin, viễn thông tương lai.  Tổng quan về các công nghệ chuyển mạch nền tảng Công nghệ chuyển mạch IP IP là thành phần chính của kiến trúc của mạng Internet. Trong kiến trúc này, IP đóng vai trò lớp 3. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP chứa địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích. Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại dịch vụ, v.v…Bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ một thay đổi nào. Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Ngoài ra, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. Công nghệ chuyển mạch ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao. ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào. Các tế bào này, sau đó, được truyền qua các kết nối ảo VC ( virtual connection). Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video với chất lượng dịch vụ trên nhiều công nghệ băng rộng khác nhau, nó được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều quan tâm. ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng. nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Một điểm khác biệt nữa là ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều : dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP. Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua Router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên các tế bào có kích thước cố định ( nhỏ hơn của IP), kích thước của bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống. Sự ra đời và quá trình phát triển của công nghệ MPLS Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ. Các nhà cung cầp dịch vụ (ISP- Internet Service Provider) xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng vẫn không tránh khỏi nghẽn mạch. Lý do là các giao thức định tuyến thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn đến kết nối này bị quá tải trong khi một số tài nguyên khác không được sử dụng. Đây là tình trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng Internet. Vào thập niên 90, các ISP phát triển mạng của họ theo mô hình chồng lớp (overlay) bằng cách đưa ra giao thức IP over ATM. Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về giao thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên cho nên khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càng nhận ra nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải duy trì hoạt động của hai hệ thống thiết bị. Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các router chuyên dụng, dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp, chuyển mạch đa lớp cho mạng trục Internet. Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạch gói IP. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời kỳ mới. Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế, được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng. Sự thành công và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việc chuẩn hoá công nghệ. Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giải pháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM, Toshiba…. Những nỗ lực chuẩn hoá của tổ chức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS...sẽ cung cấp cho chúng ta những nhận định ban đầu về xu hướng phát triển MPLS. MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas. Sau đó Cisco và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất công nghệ chuyển mạch nhãn. Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài của Ipsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ xung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyển tiếp tương đương FEC, giao thức phân phối nhãn. Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức. Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Có rất nhiều công nghệ xây dựng trên mạng IP. IP trên nền ATM (IPoA) IP trên nền SDH/SONET (IPOS) IP qua WDM IP qua cáp quang Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng. Trong đó công nghệ ATM được sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm bảo được dịch vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thống không có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IpoA là giải pháp tối ưu. MPLS được hình thành dựa trên kỹ thuật đó. MPLS thực hiện một số chức năng sau: Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN Định tuyến tường minh (điều khiển lưu lượng) Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm: Tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến. Xét trên góc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giá cả và chất lượng tổng đài chuyển mạch sẽ tốt hơn bộ định tuyến. Song bộ định tuyến lại có khả năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch không có được. Do đó, chuyển mạch nhãn ra đời là sự kết hợp và kế thừa các ưu điểm trên cũng như khắc phục những nhược điểm của cả tổng đài và bộ định tuyến truyền thống. Khái niệm về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - MultiProtocol Label Switching) là 1 phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói tin trên mạng dựa vào nhãn được gắn với gói IP, tế bào ATM hoặc Frame lớp 2. MPLS giúp các router hoặc các chuyển mạch ATM ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS kết hợp các đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 cho phép chuyển tiếp các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên. Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một mạng linh hoạt có khả năng cung cấp hiệu năng cao và ổn định, bao gồm khả năng thực hiện điều khiển lưu lượng, VPN và cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) với đa loại dịch vụ (CoS). MPLS và mô hình tham chiếu OSI Hình 1-1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm, nó nằm trên lớp 2 nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi là lớp 2,5. Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gán nhãn và chuyển tiếp theo một đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Các Router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra Header IP. Các khái niệm cơ bản trong MPLS Miền MPLS RFC 3031 mô tả miền MPLS là “ một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Một miền MPLS thường được quản lý và điều khiển bởi một nhà quản trị. Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên (edge).Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router). Các nút ở phần mạng biên được gọi là router biên nhãn LER (Label Edge Router). Nếu LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (Ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó được gọi là LER lối ra (egress-LER). Hình 1-2: Miền MPLS Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forward Equivalence Class) Được định nghĩa trong RFC 3031, FEC là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng 1 đường chuyển mạch nhãn LSP và được router chuyển mạch nhãn LSR đối xử theo cùng 1 cách thức. 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 như 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. Hình 1-3 : Lớp chuyển tiếp tương đương FEC trong MPLS Nhãn MPLS Nhãn là một thực thể có độ dài, ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ mạng. Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin được ấn định. Thường thì một gói tin được ấn định một FEC dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không phải là mã hoá của địa chỉ đó. Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể truyền qua. Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin. Bộ định tuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển kế tiếp. Khi gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạng đường trục dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR. Hình 1-4 : Nhãn MPLS Trong đó: LABEL: giá trị nhãn thực sự. EXP: dành cho thực nghiệm. Khi các gói tin xếp hàng có thể dùng các bít này tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence) S: là bít cuối chồng . Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1, các nhãn khác có giá trị bít này là 0. TTL: thời gian sống, là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp như IP. Thường dùng khi người điều hành mạng muốn che giấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài. Chồng nhãn (Label stack) Chồng nhãn là một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều FEC mà gói nằm trong đó để nói về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua. chồng nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP. Chồng nhãn được sử dụng khi cung cấp các dịch vụ trên MPLS như MPLS VPN hoặc MPLS TE. Hoán đổi nhãn (Label Swapping) Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh Stack và ánh xạ ILM (Incoming Lable Map) để ánh xạ nhãn này tới một Entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong HNLFE, LSR xác định ra nơi chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên Stack nhãn. Rồi nó mã hóa Stack nhãn mới vào gói và chuyển đi. Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở LER lối vào. LER phải phân tích phần mào đầu lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC to NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE. Các thao tác trên nhãn Có 3 thao tác cơ bản: Push : đặt nhãn MPLS vào gói lớp mạng, thực hiện ở LSR lối vào. Pop : lấy nhãn ra khỏi gói tin, thực hiện ở LSR lối ra. Swap : hoán đổi nhãn, dựa vào LFIB thay đổi nhãn cũ bằng nhãn mới, thực hiện ở LSR trung gian. Các loại nhãn ngõ ra đặc biệt Untagged : gói MPLS đến được chuyển thành gói IP và chuyển đến đích, nhãn này được sử dụng trong MPLS VPN. Implicit-null (pop label) : nhãn này được gán khi nhãn trên cùng của gói MPLS đến được gỡ bỏ và gói đó được chuyển tiếp đến router xuôi dòng kế tiếp. Giá trị của nhãn là 3 và nhãn được sử dụng khi thực hiện gỡ nhãn ở nút áp cuối. Explicit-null : được sử dụng khi ta muốn bảo toàn giá trị EXP của nhãn trên cùng trong gói đến. Nhãn trên cùng được hoán đổi với nhãn có giá trị 0 và chuyển tiếp như là 1 gói MPLS đến router xuôi dòng kế tiếp. Nhãn này được sử dụng trong QoS MPLS. Aggregate : với nhãn này gói MPLS được chuyển thành gói IP (bằng cách gỡ bỏ tất cả các nhãn trong chồng nhãn của gói đến) và LSR sẽ tìm trong bảng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Forwarding Information Base) để xác định giao tiếp ngõ ra đến đích. Các thành phần của MPLS Router chuyển mạch nhãn (LSR-Label Switching Router) LSR là một thiết bị thực hiện điều khiển và chuyển tiếp MPLS. LSR chuyển tiếp gói dựa trên giá trị nhãn trong gói. LSR là các router hỗ trợ MPLS hoặc chuyển mạch ATM hỗ trợ MPLS sử dụng nhãn để chuyển tiếp lưu lượng. Một bước cơ bản trong chuyển mạch nhãn là các router thỏa thuận các nhãn mà nó sử dụng để chuyển tiếp nhãn. Điều này được thực hiện dựa trên các giao thức phân phối nhãn như CR-LDP, RSVP hoặc LDP. Có 2 loại LSR: LSR lõi hay LSR quá giang (core hay transit LSR): nằm bên trong mạng MPLS và thực hiện chức năng chuyển tiếp gói. Chúng sẽ không kiểm tra header của gói tin mà chỉ thực hiện hoán đổi nhãn và chuyển tiếp gói dựa trên hoạt động tìm kiếm nhãn đơn giản. Router chuyển mạch nhãn biên (LER): là các nút ở biên của miền MPLS. Các nút này có thể đặt ở ngõ vào và ngõ ra của mạng MPLS. LSR lối vào nhận gói IP, thực hiện tìm kiếm trong bảng định tuyến lớp 3, sau đó phân loại gói bằng cách nhóm các gói vào trong các FEC, chỉ định nhãn và chuyển tiếp gói tin được dán nhãn đến router lõi. LSR lối ra gỡ bỏ nhãn và chuyển tiếp gói IP đến đích dựa trên địa chỉ đích trong gói IP. Đường chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switched Path) Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngõ vào và router ngõ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng. Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn. Hình 1-5 : Đường chuyển mạch nhãn LSP LSP được cung cấp bởi các giao thức như LDP, RSVP-TE,CR-LDP hoặc BGP. LSP có thể xem như là con đường bao gồm một tập các router mà các gói thuộc về 1 FEC nào đó đi qua để đến đích. LSP cho phép sử dụng chồng nhãn. Vì vậy có thể có các LSP khác nhau tại các mức nhãn khác nhau để 1 gói đến đích. LSP là đơn hướng (các gói tin không thể đi ngược trở lại). Để xây dựng LSP, LSR phải sử dụng các giao thức định tuyến và các tuyến được học từ các giao thức này. Thiết lập LSP : thiết lập LSP có thể thực hiện theo 2 cách: Điều khiển độc lập: LSR tự chọn một nhãn trong số các nhãn chưa được sử dụng trong bảng LIB cho một FEC cụ thể và cập nhật LFIB. Sau đó, thông tin kết nhãn cục bộ này sẽ được gửi đến các LSR láng giềng của nó sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP. Các láng giềng sau khi nhận thông tin này sẽ kiểm tra sự hiện diện của kết nhãn cục bộ trong bảng LFIB. Nếu có, nó sẽ gán nhãn ngõ ra cho chỉ mục đó bằng giá trị nhãn nhận được. Lúc này bảng LFIB đã sẵn sàng cho việc chuyển tiếp gói. Nếu không, nó có 2 lựa chọn: loại bỏ hoặc là giữ lại thông tin. Hình 1-6 : Thiết lập LSP điều khiển độc lập Điều khiển theo thứ tự: Hình 1-7: Thiết lập LSP điều khiển theo thứ tự Việc gán nhãn được thực hiện theo thứ tự từ LSR lối ra đến LSR lối vào của LSP. Việc thiết lập LSP có thể bắt nguồn từ LSR lối vào hoặc LSR lối ra. Điểm thiết lập này sẽ lựa chọn LSR và các LSR dọc theo LSP đó cũng phải sử dụng cùng FEC. Phương pháp điều khiển này yêu cầu các thông tin ràng buộc nhãn lan truyền qua tất cả các LSR trước khi thiết lập LSP. Điều này dẫn đến thời gian hội tụ chậm hơn nhưng lại có khả năng ngăn ngừa vòng lặp tốt hơn phương pháp điều khiển độc lập. Kiến trúc nút MPLS Hình 1-8 : Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS Nút MPLS bao gồm 2 mặt phẳng kiến trúc: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng điều khiển MPLS. Các nút MPLS có khả năng thực hiện chức năng định tuyến lớp 3 cũng như chuyển mạch lớp 2 cùng với chức năng chuyển mạch gói được dán nhãn. Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa trên các giá trị chứa trong nhãn đính kèm. Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng 1 cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp gói tin được dán nhãn. Mỗi nút MPLS duy trì 2 bảng liên quan đến việc chuyển tiếp MPLS là cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) và cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB. LIB chứa tất cả các nhãn được gán bởi nút MPLS đó và ánh xạ các nhãn đó với nhãn nhận được từ các nút MPLS lân cận. LFIB sử dụng 1 nhóm nhỏ các nhãn chứa trong LIB để thực hiện chức năng chuyển tiếp gói. Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB. Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định Hop kế và giao diện ra. Trong mạng MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB. Bảng LFIB có hai loại Entry là ILM (Incoming Lable Map) và FTN (FEC-To-NHLFE). Hình 1 -9: FTN, ILM và NHLFE. NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) là Subentry chứa các trường như địa chỉ Hop kế, các tác vụ Stack nhãn, giao diện ra và thông tin mào đầu lớp 2. ILM ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE. Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn một Entry ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE. Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một hoặc nhiều NHLFE. Nhờ các Entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có nhãn. Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, LER lối vào sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có nhãn. Sau đó, tại các Transit-LSR sử dụng một loại entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vào bằng nhãn ra. Cuối cùng, tại LER lối ra sử dụng một entry LFIB loại ILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển vào gói không nhãn đến router kế tiếp. Thuật toán chuyển tiếp nhãn. Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục (entry) để tra bảng LFIB. Khi tìm thấy chỉ mục tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn trong gói bằng nhãn ra và gửi gói đi giao diện ra để đến Hop kế được đặc tả trong Subentry NHLFE. Nếu Subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàng đợi đã chỉ định. Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giao diện, nó sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói. Hình 1-10: Thuật toán chuyển tiếp nhãn. Nút MPLS có thể lấy, định vị được các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong LFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip ASCI. NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) NHLFE là Subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông số sau: Hop kế (chặng tiếp theo của gói). Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau: Đóng góp lớp Datalink để sử dụng khi truyền gói. Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác. Mặt phẳng điều khiển MPLS Mặt phẳng điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB. Tất cả các nút MPLS phải chạy cùng 1 giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến với tất cả các nút trong mạng. Các giao thức trạng thái liên kết (link-state) như OSPF và IS-IS được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng. Trong các router thông thường, bảng định tuyến IP được sử dụng để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp được sử dụng bởi Cisco Express Forwarding (CEF). Tuy nhiên, trong MPLS bảng định tuyến IP cung cấp thông tin về mạng đích và subnet prefix được sử dụng để hoán đổi nhãn. Hoạt động của MPLS 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 nút trung gian như của IP. Tại các nút 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. Hình 1-11: Hoạt động của MPLS Giao thức phân phối nhãn Giới thiệu Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành có tên là RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP. Hình 1-12: Giao thức LDP Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói tin, là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn trên một FEC. Giao thức này là một tập hợp thủ tục trao đổi các nhãn bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền gói tin. Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất kỳ một LSR hay từ LSR biên lối ra và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với đầu ra tương ứng trong LIB của nó. Hoạt động của LDP LDP có 4 chức năng chính là: Discovery: Thông báo và duy trì sự tồn tại của một LSR trên mạng Session: Thiết lập, duy trì và xóa các phiên làm việc giữa các ngang cấp LDP. Advertisement: Tạo, thay đổi và xóa các ánh xạ nhãn cho các FEC Notification: Cung cấp thông tin trạng thái, chẩn đoán và thông tin lỗi Phát hiện LSR lân cận: Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau 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 thể 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 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 1-13: Thủ tục phát hiện LSR lân cận Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa hai LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó. Các bản tin LDP 1.5.3.1. Mào đầu 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. Hình 1-14: Mào đầu LDP Phiên bản (Version): Số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1. Độ dài PDU(PDU Length): Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không tính trường phiên bản và trường độ dài. Nhận dạng LDP (LDP Indentifier): 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. 1.5.3.2. Khuôn dạng bản tin LDP Tất cả các bản tin LDP có khuôn dạng sau: Hình 1-15: Khuôn dạng 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 (Message Type): Chỉ ra kiểu bản tin là gì. Chiều dài bản tin (Message Length): 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 (Message ID): 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. Các tham số bắt buộc, và tham 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. 1.5.3.3. Các bản tin và chức năng của bản tin trong LDP Bao gồm các bản tin LDP: Bản tin thông báo (Notification Message) : Bản tin này được sử dụng bởi một LSR để thông báo với các LSR đồng cấp khác về trạng thái mạng là đang trong điều kiện bình thường hay bị lỗi. Khi LSR nhận được một bản tin thông báo về một lỗi, nó sẽ ngắt phiên truyền ngay lập tức bằng việc đóng phiên kết nối TCP lại và xoá bỏ các trạng thái liên quan đến phiên truyền này. Bản tin Hello: Bản tin này dùng để trao đổi giữa 2 LDP đồng cấp. Bản tin Initilization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm: Chế độ phân phối nhãn Các giá trị định thời Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó Cả hai LSR đều có thể gửi các bản tin Initilization và LSR nhận sẽ nhận trả lời bằng Keep Alive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo và phiên kết thúc. Bản tin Keep Alive: Bản tin này dùng để trao đổi giữa các thực thể đồng cấp để giám sát tính ổn định và liên tục của việc hỗ trợ của một kết nối TCP trong một phiên LDP. Các bản tin này 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 Keep Alive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ cho rằng kết nối bị hỏng và phiên truyền sẽ bị dừng. Bản tin Address: Bản tin này được gửi đi bởi một LSR tới các LDP đồng cấp để thông báo các địa chỉ giao diện của nó. Một LSR khác nhận bản tin mang địa chỉ này để duy trì cơ sở dữ liệu, để ánh xạ trường nhận dạng và các địa chỉ chặng tiếp theo giữa các LDP đồng cấp. Bản tin Address Withdraw (Bản tin huỷ bỏ địa chỉ): Bản tin này dùng để xoá địa chỉ đã được thông báo trước đó. Danh sách địa chỉ TLV chứa một loạt các địa chỉ đang được yêu cầu cần xoá bỏ bởi LSR. Bản tin Label Mapping (Bản tin ánh xạ nhãn): Các bản tin ánh xạ nhãn được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC và nhãn giữa các thực thể đồng cấp.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 và LSR tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó. Nếu một LSR phân phối một ánh xạ đối với một FEC tới nhiều thực thể đồng cấp LDP, vấn đề cục bộ được đặt ra là liệu nó ánh xạ một nhãn đơn tới FEC này và phân phối sự ánh xạ này tới tất cả các thực thể LDP đồng cấp của nó hay sử dụng các ánh xạ khác nhau cho từng LDP khác nhau. Bản tin Label Withdraw (Bản tin xóa nhãn): Bản tin này có nhiệm vụ ngược lại so với bản tin ánh xạ địa chỉ, được sử dụng để xoá bỏ các liên kết giữa các FEC và các nhãn vừa thực hiện. Bản tin này được gửi tới một thực thể đồng cấp để thông báo rằng nút không còn tiếp tục sử dụng các liên kết nhãn-FEC mà LSR đã gửi trước đó Bản tin Label Request (Bản tin yêu cầu nhãn) : bản tin nàyđược LSR sử dụng để yêu cầu một LDP đồng cấp cung cấp một sự kết hợp nhãn ( Binding ) cho một FEC. Một LSR có thể phát bản tin yêu cầu nhãn dưới bất kỳ một trong những trường hợp sau: LSR nhận ra một FEC mới thông qua bảng chuyển tiếp và hop tiếp theo là một thực thể LDP đồng cấp nhưng LSR không có ánh xạ từ hop tiếp theo đối với FEC đã cho. Có sự thay đổi FEC của chặng tiếp theo nhưng LSR không có sự ánh xạ từ chặng tiếp theo đối với FEC đã cho. LSR nhận một yêu cầu nhãn đối với một FEC từ một LDP đồng cấp lên FEC hop tiếp theo là một LDP đồng cấp và LSR không ánh xạ nhãn cho chặng tiếp theo Bản tin giải phóng nhãn (Label Release Message): Bản tin này được LSR sử dụng khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa. LSR phải phát bản tin giải phóng nhãn này dưới bất kỳ một trong những trường hợp sau: LSR gửi ánh xạ nhãn không thuộc Hop tiếp theo đối với một FEC đã được ánh xạ và LSR được cấu hình để duy trì cho quá trình hoạt động. LSR nhận một ánh xạ nhãn từ một LSR mà chúng không phải là của Hop tiếp theo đối với một FEC và LSR được cấu hình cho việc duy trì quá trình hoạt động. Ở 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 nhờ bản tin Label Request Abort. Bản tin Label Abort Request ( Bản tin bỏ dở nhãn ): Bản tin này được sử dụng để loại bỏ các bản tin yêu cầu nhãn bất thường . Các chế độ phân phối nhãn Chế độ xuôi dòng tự nguyện (Downstream unsolicated) Hình 1-16: Chế độ xuôi dòng tự nguyện LSR xuôi dòng phân phối các gán kết nhãn đến LSR ngược dòng mà không cần có yêu cầu thực hiện việc kết nhãn. Nếu LSR xuôi dòng chính là hop kế đối với định tuyến IP cho một FEC cụ thể thì LSR ngược dòng này có thể sử dụng kiểu nhãn này để chuyển tiếp các gói trong FEC đó đến LSR xuôi dòng. Chế độ xuôi dòng theo yêu cầu LSR ngược dòng phải yêu cầu rõ ràng 1 gán kết nhãn cho 1 FEC cụ thể thì LSR xuôi dòng mới phân phối. Trong phương pháp này LSR xuôi dòng không nhất thiết phải là hop kế đối với định tuyến IP cho FEC đó, điều này rất quan trọng đối với các LSP định tuyến tường minh. Hình 1-17: Chế độ xuôi dòng theo yêu cầu Các chế độ duy trì nhãn Duy trì nhãn tự do Phía ngược dòng (LSR1) lưu giữ tất cả các kết nhãn nhận được, bất chấp việc LSR xuôi dòng có phải là hop kế đối với định tuyến IP hay không. Ưu điểm chính của duy trì nhãn tự do là có thể phản ứng nhanh với sự thay đổi định tuyến vì các gán kết nhãn đã có sẵn. Nhược điểm là LSR phải duy trì nhiều kết nhãn không sử dụng và có thể gây vòng lặp định tuyến tạm thời khi thay đổi định tuyến. Hình 1-18: Chế độ duy trì nhãn tự do 1.5.5.2. Duy trì nhãn bảo thủ LSR ngược dòng hủy tất cả các kết nhãn khác, chỉ giữ lại các kết nhãn gửi từ LSR xuôi dòng đang là hop kế hiện thời. Chế độ này có ưu điểm là duy trì số gán kết FEC nhãn ít hơn nhưng đáp ứng chậm khi có thay đổi định tuyến vì gán kết nhãn mới phải được yêu cầu và phân phối lại. Hình 1-19: Chế độ duy trì nhãn bảo thủ Ưu nhược điểm của MPLS Ưu điểm Phương pháp chuyển mạch dựa trên nhãn cho phép các router và các chuyển mạch ATM hỗ trợ MPLS thực hiện quyết định chuyển tiếp dựa trên nhãn đơn giản thay vì thực hiện tìm kiếm tuyến dựa trên địa chỉ đích phức tạp. Kĩ thuật này mang lại những lợi ích sau: VPN: sử dụng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ra các mạng riêng ảo VPN sử dụng hạ tầng mạng của mình để cung cấp cho nhiều khách hàng cùng lúc và không cần phải mã hóa các ứng dụng đầu cuối của người dùng. Kĩ thuật lưu lượng : Cung cấp khả năng thiết lập 1 hoặc nhiều con đường cụ thể để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng đồng thời cũng cung cấp khả năng thiết lập các đặc tính hoạt động cho một loại lưu lượng và tối ưu hóa khả năng tận dụng băng thông. Chất lượng dịch vụ (QoS): Với QoS MPLS, nhà cung cấp có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ với tiêu chuẩn QoS nghiêm ngặt cho các khách hàng VPN của mình. Kết hợp IP và ATM : hầu hết các mạng của các nhà cung cấp dịch vụ đều triển khai mô hình chồng phủ trong đó ATM được sử dụng ở lớp 2 và IP được sử dụng ở lớp 3. Giải pháp này gặp phải khó khăn trong vấn đề mở rộng. Sử dụng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng các chức năng của mặt phẳng điều khiển của ATM cho lớp 3 vì vậy giảm thiểu độ phức tạp của mạng cũng như đơn giản hóa quá trình quản lí. Kĩ thuật này cung cấp khả năng mở rộng lớn và loại bỏ vấn đề cell tax của ATM khi mang gói tin IP. MPLS kết hợp hiệu năng và khả năng chuyển mạch của lớp 2 với khả năng mở rộng đã được chứng minh của định tuyến lớp 3. Điều này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng được yêu cầu thông tin bùng nổ trong khi vẫn có khả năng phân biệt các loại dịch vụ mà không cần phải hi sinh hạ tầng mạng đang tồn tại. Kiến trúc MPLS rất linh hoạt và có khả năng triển khai với bất kì công nghệ lớp 2 nào. MPLS cho phép vận chuyển hiệu quả các dịch vụ IP qua mạng ATM. MPLS hỗ trợ tạo ra nhiều con đường khác nhau từ nguồn đến đích trong mạng backbone. Bằng cách kết hợp mạng MPLS trong kiến trúc mạng của mình, các nhà cung cấp dịch vụ có thể cắt giảm được chi phí, tăng lợi nhuận cũng như cung cấp các dịch vụ khác nhau để tăng tính cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ khác. Nhược điểm Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phức tạp trong kết nối. Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt. Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèn gói tin khi trùng nhãn (interleave). Tổng kết chương Trong các giao thức lớp mạng truyền thống, khi một gói tin đi từ một router đến router kế tiếp thì quyết định chuyển tiếp phải được đưa ra độc lập tại mỗi router. Việc lựa chọn router kế tiếp dựa trên kết quả phân tích mào đầu (header) của gói tin kết quả của giải thuật định tuyến. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức cho phép thay thế kĩ thuật chuyển tiếp gói tin truyền thống theo kiểu hop-by-hop dựa trên địa chỉ đích bằng kĩ thuật chuyển tiếp hoán đổi nhãn giúp đơn giản hóa việc chuyển tiếp gói, cho phép khả năng mở rộng, cung cấp các loại dịch vụ mới, đảm bảo yêu cầu dịch vụ và hỗ trợ kĩ thuật lưu lượng. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA MPLS Khả năng ứng dụng MPLS trong mạng thế hệ sau NGN Những ưu việt của MPLS đã tăng cường khả năng cạnh tranh của các nhà khai thác dịch vụ. Các sản phẩm MPLS đã được triển khai trên phạm vi toàn cầu. Tuy vẫn còn nhiều vấn đề về mặt công nghệ cần giải quyết nhưng MPLS hiện đang được coi là giải pháp tốt cho mạng thế hệ sau của các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu trên thế giới. Công nghệ MPLS được triển khai không chỉ trong lớp lõi mà còn trong lớp biên. Các thiết bị MPLS lớp biên đóng vai trò như những LSR lối vào, lối ra. Các mạng Internet quốc gia, mạng truyền số liệu, mạng quản lý đều được kết nối với các LSR biên. Việc chuyển tiếp các thông tin này được thực hiện qua mạng MPLS và đến các LSR biên lối ra. Cấu hình này hứa hẹn khả năng điều khiển định tuyến, chuyển mạch đơn giản dựa trên các nhãn của MPLS, khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ xuyên suốt bảo đảm. Tuy nhiên còn rất nhiều vấn đề kỹ thuật phải quan tâm phân tích khi xây dựng cấu hình chi tiết để bảo đảm khả năng tương thích giữa các thiết bị và hoạt động của mạng. Một trong những vấn đề quan trọng cần quan tâm đó là cần xác định nguyên tắc tổ chức của những nút LSR trong mạng, cần phân định rõ ràng giao diện và chức năng của từng thành phần thiết bị trong mạng lõi, mạng biên. Các dịch vụ có thể cung cấp trong mạng MPLS đề xuất bao gồm: Tải tin cho các mạng số liệu, Internet và thoại quốc gia. Lưu lượng thoại được chuyển dần sang mạng trục MPLS quốc gia. Mạng này sẽ thay thế dần mạng trục TDM quốc gia đang hoạt động. Cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao tại một số địa phương trọng điểm trên toàn quốc. Bước đầu hình thành mạng trục quốc gia trên cơ sở công nghệ gói. Cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao cho các doanh nghiệp như Ngân hàng, các hãng thông tấn báo chí. Cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo VPN cho các công ty xuyên quốc gia và các doanh nghiệp lớn. Đây đang được coi như dịch vụ quan trọng nhất tác động đến việc thay đổi cơ cấu kinh doanh và tăng khả năng cạnh tranh của các nhà khai thác. Cung cấp dịch vụ Video. MPLS VPN Khái niệm MPLS VPN MPLS VPN kết hợp những đặc điểm tốt nhất của Overlay VPN và peer-to-peer VPN: Các router PE tham gia vào quá trình định tuyến của khách hàng , tối ưu việc định tuyến giữa các site của khách hàng. Các router PE sử dụng các bảng định tuyến ảo (virtual routing table) cho từng khách hàng nhằm cung cấp khả năng kết nối vào mạng của nhà cung cấp cho nhiều khách hàng. Các khách hàng có thể sử dụng địa chỉ IP trùng nhau (overlap addresses) MPLS VPN backbone và các site khách hàng trao đổi thông tin định tuyến lớp 3. MPLS VPN gồm các vùng sau: Mạng khách hàng: thường là miền điều khiển của khách hàng gồm các thiết bị hay các router trải rộng trên nhiều site của cùng một khách hàng. Các router CE là những router trong mạng khách hàng giao tiếp với mạng của nhà cung cấp. Mạng của nhà cung cấp: là miền thuộc điều khiển của nhà cung cấp gồm các router biên (edge) và lõi (core) để kết nối các site thuộc vào các khách hàng trong một hạ tầng mạng chia sẻ. Các router PE là các router trong mạng của nhà cung cấp giao tiếp với router biên của khách hàng. Các router P là router trong lõi của mạng, giao tiếp với các router lõi khác hoặc router biên của nhà cung cấp. Trong mạng MPLS VPN, router lõi cung cấp chuyển mạch nhãn giữa các router biên của nhà cung cấp và không biết đến các tuyến VPN. Các router CE trong mạng khách hàng không nhận biết được các router lõi, do đó cấu trúc mạng nội bộ của mạng nhà cung cấp trong suốt đối với khách hàng. Lợi ích của MPLS VPN Chi phí thấp, tốc độ ổn định, đáp ứng được yêu cầu về bảo mật thông tin, đơn giản trong việc quản lý và dễ dàng trong việc chuyển đổi. Giảm thiểu chi phí so với các công nghệ tương đồng trong việc quản lý, xây dựng, triển khai trong một mạng diện rộng. Tính ổn định và khả năng mở rộng: đáp ứng nhu cầu mở rộng một cách nhanh chóng, có thể kết nối nhanh chóng với các mạng khác. Thích ứng với nhiều loại công nghệ khác nhau và không thay thế hệ thống mạng hiện tại của khách hàng. Với khả năng hỗ trợ nhiều loại công nghệ khácnhau do đó MPLS có thể hỗ trợ nhiều kiểu truy cập khác nhau như Frame relay,IP, …làm giảm thiểu chi phí cho khách hàng hoặc có thể tận dụng thiết bị mạng sẵn có. An toàn mạng: với tính năng mã hóa và tạo đƣờng hầm của công nghệ VPN giúp MPLS đạt được mức độ an toàn cao nhƣ trong môi trường mạng riêng. Chất lượng dịch vụ: đảm bảo phân biệt thứ tự ưu tiên cho các lọai dữ liệu khác nhau như: số liệu, hình ảnh, âm thanh. Kỹ thuật lưu lượng (MPLS - TE) Kỹ thuật lưu lượng đề cập đến khả năng điều khiển của những luồng lưu lượng trong mạng, với mục đích giảm thiểu tắc nghẽn và tạo ra mức sử dụng hiệu quả nhất cho các phương tiện sẵn có. Lưu lượng IP truyền thống định tuyến theo Hop by Hop cơ bản và theo IGP luôn sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất để truyền lưu lượng. Lưu lượng đường dẫn IP có thể không đạt tối ưu vì nó phụ thuộc vào thông tin Link Metric tĩnh không cùng với bất kỳ một hiểu biết nào của tài nguyên mạng sẵn có hoặc các yêu cầu của lưu lượng cần thiết để mang trên đường dẫn đó. Sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất có thể gây ra các vấn đề sau : Đường dẫn ngắn nhất từ các tài nguyên khác nhau chồng lẫn lên một số link, gây ra tắc nghẽn trên các link đó. Lưu lượng từ một nguồn đi tới một đích có thể vượt quá dung lượng của kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất, trong khi một đường dẫn dài hơn giữa hai Router đó được được sử dụng không đúng mức. Kỹ thuật lưu lượng trong phạm vi MPLS phát sinh từ nhu cầu khai thác mạng để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng đáng tin cậy và đưa ra sự thực hiện nhất quán cho mạng. Kỹ thuật lưu lượng cho phép người khai thác mạng khả năng định tuyến lại luồng lưu lượng từ đường dẫn cost thấp nhất “least cost” được tính toán bởi các giao thức định tuyến và những đường dẫn vật lý ít bị tắc nghẽn trong mạng đó. Và kết quả là có sự gia tăng rất mạnh mẽ trong nhu cầu về tài nguyên mạng và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp. Kỹ thuật lưu lượng đã trở thành ứng dụng hàng đầu cho MPLS. Mục đích của kỹ thuật lưu lượng là phải sử dụng hiệu quả vào tài nguyên mạng giới hạn. QoS MPLS Chất lượng dịch vụ (QoS) chính là một trong những yếu tố quan trọng nhất để thúc đẩy MPLS và nó luôn là một vấn đề lớn đối với kỹ thuật định tuyến không chỉ trong mạng MPLS. MPLS giải quyết bài toán QoS tương tự như mô hình phân biệt dịch vụ (Differs) trong IP, bằng cách hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên cơ sở phân loại các luồng lưu lượng tại biên mạng. Các tham số ràng buộc về QoS của kết nối thường được đánh giá qua mức độ đảm bảo băng thông tối thiểu, độ trễ/trượt và tỉ lệ mất thông tin. Mục tiêu cơ bản của kỹ thuật định tuyến QoS là tìm ra một đường có khả năng đảm bảo các điều kiện ràng buộc của đấu nối và thậm chỉ để loại bỏ một số đấu nối khác. Một trong các khía cạnh then chốt của kỹ thuật định tuyến trong MPLS là hỗ trợ các đường dẫn tường minh dựa trên kỹ thuật chuyển tiếp nhãn, vì vậy thuật toán định tuyến trong MPLS cho phép lựa chọn các đường dẫn và các tham số chất lượng dịch vụ QoS để có được các kết quả tốt nhất. Yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) của kết nối có thể được đưa ra như một tập các điều kiện ràng buộc, các điều kiện này có thể thể hiện rõ ràng như các yêu cầu về băng thông tối thiểu từ phía khách hàng, hoặc không tường minh như các yêu cầu về độ đàn hồi của mạng. Định tuyến ràng buộc đảm bảo chất lượng dịch vụ trong MPLS sử dụng một tập thuộc tính của trung kế lưu lượng, tập thuộc tính này liên quan tới tài nguyên và các thông tin trạng thái khác của mạng. Dựa trên các thông tin này, một tiến trình định tuyến ràng buộc trên mỗi nút tự động tính toán tuyến hiện cho mỗi trung kế lưu lượng từ nút đó đi. Trong trường hợp chung, giải pháp để tìm đường dẫn khả dụng nếu nó tồn tại thường được tiến hành theo hai bước: Đầu tiên là loại bỏ toàn bộ các tài nguyên mà không thoả mãn các yêu cầu của trung kế lưu lượng (kết nối), sau đó chạy thuật toán tìm đường ngắn nhất trên đồ thị còn lại hoặc ngược lại. CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS Giới thiệu Trong mạng định tuyến lớp 3, các gói được chuyển tiếp theo từng chặng. Tại mỗi hop địa chỉ đích được tìm kiếm trong bảng định tuyến được tạo ra bởi giao thức định tuyến nội IGP. Giao thức này tìm ra tuyến đường có phí tổn thấp nhất dựa trên metric của nó. Trong nhiều mạng phương pháp này hoạt động tốt tuy nhiên trong một số mạng định tuyến dựa trên địa chỉ đích sẽ dẫn đến một số liên kết bị sử dụng quá mức trong khi đó số khác lại ít được sử dụng. Sự mất cân bằng này có thể do có nhiều tuyến cùng đi đến 1 đích khi đó IGP sẽ chọn con đường có phí tổn thấp nhất để đến đích. Kết quả là có quá nhiều lưu lượng chảy trên tuyến tốt nhất đó và một số gói có thể bị hủy trong khi đó các liên kết khác hầu như không hoạt động. Một giải pháp cho vấn đề này là điều chỉnh băng thông trên liên kết đến giá trị thích hợp: tăng ở các liên kết được sử dụng quá mức và giảm ở những liên kết ít được sử dụng. Tuy nhiên giải pháp này không phải lúc nào cũng thực hiện được, đặc biệt khi xảy ra lỗi trên liên kết chính, liên kết dự phòng phải chuyển tiếp toàn bộ lưu lượng thay cho liên kết chính. Chi phí để xây dựng mạng như vậy cũng sẽ tốn kém hơn. Để nâng cao hiệu quả của mạng, nhà quản trị mạng di chuyển 1 phần lưu lượng từ liên kết bị sử dụng quá mức sang liên kết ít được sử dụng. Việc này dẫn đến tỉ lệ gói rớt được giảm bớt và tốc độ truyền cũng nhanh hơn. Tuy nhiên khi xảy ra lỗi lưu lượng vẫn chảy trên liên kết dự phòng dẫn đến quá tải. Giải pháp này cũng không hiệu quả khi nghẽn mạng xảy ra do tài nguyên không đủ đáp ứng. Kĩ thuật lưu lượng được sử dụng khi vấn đề ở đây là việc ánh xạ không hiệu quả giữa luồng dữ liệu và tài nguyên mạng. Trong những mạng như vậy, một phần của mạng chịu tắc nghẽn trong 1 thời gian dài trong khi các phần khác thì không. Khái niệm kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng. Nó ứng dụng các nguyên lý khoa học công nghệ để đo lường, mô hình hoá, đặc trưng hoá và điều khiển lưu lượng nhằm đạt được các mục tiêu khác nhau. Thuật ngữ TE được sử dụng rộng rãi trong thế giới thoại. TE có nghĩa là lưu lượng được đo đạc và phân tích. Sau đó một mô hình thống kê được sử dụng để thực hiện ước lượng lưu lượng mạng. Nếu mô hình lưu lượng được dự đoán trước không phù hợp với tài nguyên mạng, nhà quản trị sẽ thay đổi mô hình này để đạt được việc sử dụng tối ưu tài nguyên đồng thời giảm chi phí đến mức thấp nhất. Trong mạng truyền số liệu, kĩ thuật lưu lượng cung cấp 1 giải pháp tích hợp để điều khiển lưu lượng ở lớp 3 của mô hình OSI. Phương pháp này thay đổi việc chuyển tiếp gói dựa trên địa chỉ đích sang di chuyển lưu lượng từ nơi bị tắc nghẽn đến nơi không bị nghẽn. Việc chuyển đổi này có thể được thực hiện bởi mô hình chồng phủ. Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng Phân loại Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng có thể phân theo hai hướng: Hướng lưu lượng (traffic oriented) Hướng tài nguyên (resource oriented) Các mục tiêu hướng lưu lượng liên quan đến việc tăng cường QoS cho các luồng lưu lượng. Trong mô hình đơn lớp, các mục tiêu này gồm: giảm thiểu mất gói và trễ, tăng tối đa thông lượng và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ (LSA)…các mục tiêu hướng lưu lượng bị chặn thống kê cũng rất hữu ích cho mô hình dịch vụ phân biệt (diffserv). Các mục tiêu hướng tài nguyên liên quan đến việc tối ưu hoá sử dụng tài nguyên.Băng thông là một tài nguyên cốt yếu của mạng, do đó chức năng trọng tâm của kỹ thuật lưu lượng là quản lý tài nguyên băng thông hiệu quả. Bài toán nghẽn Nghẽn thường xảy ra theo hai cách như sau: Khi bản thân các tài nguyên mạng không đủ để cấp cho tải yêu cầu. Khi các dòng lưu lượng được ánh xạ không hiệu quả lên các tài nguyên làm cho một số tập con tài nguyên trở nên quá tải trong khi số khác nhàn rỗi Có thể giải quyết tắc nghẽn bằng các cách: Tăng dung lượng hoặc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn cổ điển (giới hạn tốc độ, điều khiển luồng, quản trị hàng đợi, điều khiển lịch trình…) Dùng kỹ thuật lưu lượng nếu nghẽn là cấp phát tài nguyên chưa hiệu quả Đối tượng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng là nghẽn kéo dài chứ không phải nghẽn nhất thời do bùng phát lưu lượng. Mô hình chồng phủ Hình 3-1: Mô hình chồng phủ Trong mô hình chồng phủ, các router (thiết bị lớp 3) không biết về cấu trúc vật lí cũng như băng thông sẵn có trên từng liên kết. Các giao thức định tuyến nội IGP coi các PVC (Permanent Vitual Circuit)hoặc SVC (Switches Vitual Circuit) như là các liên kết điểm-điểm và thực hiện chuyển tiếp 1 cách phù hợp. Nếu mạng lớp 2 cung cấp full mesh giữa các router, IGP sẽ thấy tất cả các router như được kết nối trực tiếp và các router này sẽ sử dụng các liên kết logic này để chuyển tiếp gói tin. Full mesh cũng giúp quản lí đầy đủ ở lớp 2 việc phân phối lưu lượng. Việc cấu hình thủ công các PVC cũng như các tham số của giao thức PNNI (Private Network - to - Network Interface) cho phép quản lí chính xác việc lưu lượng sử dụng băng thông sẵn có như thế nào. Các đặc tính của mô hình chồng phủ Trong mô hình chồng phủ, PVC và SVC mang lưu lượng qua mạng. Trong trường hợp của mạng Frame Relay, 1 công cụ quản lí thường được sử dụng để thiết lập SVC. Nó giúp nhà quản trị tính toán con đường tối ưu nhất qua mạng lớp 2 tương ứng với băng thông sẵn có và các yêu cầu ràng buộc khác có thể được áp dụng với từng liên kết riêng. ATM có thể sử dụng công cụ giống như Frame Relay hoặc có thể sử dụng phương pháp SVC. Phương pháp này cho phép các router sử dụng 1 giao thức để thiết lập động SVC. Router chỉ cần yêu cầu thiết lập 1 SVC với các thuộc tính nào đó đến các router sử dụng giao thức PNNI. Giao thức này, tại chuyển mạch ATM lối vào, sử dụng thông tin trạng thái liên kết để tính toán trước 1 danh sách quá giang định rõ (DTL-Designated Transit List), trong đó gồm các đường đi được đề xuất qua mạng ATM. Tuyến đề nghị này sau đó được thông qua bởi các chuyển mạch trong mạng ATM cấp SVC đó. Hình 3-2: Ví dụ về ưu điểm của mô hình chồng phủ Trong ví dụ trên hình, lưu lượng từ R2 đến R3 sử dụng 1 PVC theo tuyến ngắn nhất trong khi lưu lượng từ R1 đến R3 lại sử dụng 1 PVC không theo tuyến ngắn nhất. Kĩ thuật lưu lượng tại lớp 2 được áp dụng cho phép PVC sử dụng các liên kết ít được sử dụng và vì vậy giúp tránh việc sử dụng quá mức đường ở trên. Nhược điểm của mô hình chồng phủ Các router không được kết nối trực tiếp với nhau, đồng thời cũng cần thêm chi phí cho các thiết bị ở lớp 2 như các chuyển mạch ATM hoặc Frame Relay. Cả hai mạng ở lớp 2 và lớp 3 đều cần được quản lí do đó cần phải có thêm các nhân viên. Mạng lớp 3 cần phải ở dạng mắt lưới để lợi dụng các lợi ích của mạng lớp 2. Điều này gây ra vấn đề về mở rộng cho IGP do số lượng các nút láng giềng lớn Mạng chồng phủ yêu cầu 1 lớp phụ để đóng gói. Một header Frame Relay sẽ được thêm vào gói IP, hoặc trong mạng ATM gói IP sẽ bị phân thành các cell, mỗi cell lại mang 1 header ATM. Điều này làm lãng phí băng thông trong mạng. Các thiết bị lớp 2 không có hiểu biết về lớp 3. Một khi router truyền gói IP qua liên kết vật lí đến switch đầu tiên thì mọi thông tin về IP sẽ mất đi. Khi đó nếu xảy ra nghẽn trong mạng lớp 2, các switch không có khả năng loại bỏ gói IP có lựa chọn hoặc sắp xếp lại. Mạng lớp 2 cũng không có khả năng phân biệt dịch vụ ở lớp IP. MPLS và kỹ thuật lưu lượng Khái niệm trung kế lưu lượng (Traffic Trunk) MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực hiện các mục tiêu kỹ thuật lưu lượng. Trung kế lưu lượng đơn giản là một tập hợp các luồng dữ liệu chia sẽ một số thuộc tính chung nào đó. Thuộc tính này có thể là lưu lượng chia sẻ cùng một điểm vào và một điểm ra. Các đặc tính phức tạp của luồng dữ liệu như băng thông, các yêu cầu về độ trễ… Các thuộc tính này có thể được tăng lên bằng cách xác định các trung kế riêng rẽ cho các loại dịch vụ khác nhau Trung kế lưu lượng là đơn hướng. Hình 3-3: Các trung kế lưu lượng Một khi trung kế lưu lượng được xác định, công nghệ sử dụng để gửi dữ liệu qua mạng là MPLS. Dữ liệu đi vào trung kế lưu lượng được chỉ định một đường chuyển mạch nhãn MPLS để xác định con đường đi qua mạng. Tuy nhiên trung kế lưu lượng khác với LSP MPLS ở 2 điểm: Không cần thiết phải có 1 ánh xạ 1-1 giữa trung kế lưu lượng và LSP. Hai trung kế có thể được xác định giữa 2 điểm và có thể đi trên cùng con đường qua mạng. Vì vậy chúng có cùng nhãn MPLS. Trung kế lưu lượng cũng không cần sử dụng 1 con đường cố định để đi qua mạng. Khi tài nguyên trong mạng lõi thay đổi hoặc xảy ra lỗi, trung kế lưu lượng có thể được định tuyến lại đi trên 1 đường chuyển mạch nhãn khác. Cấu hình trung kế lưu lượng bao gồm việc xác định các thuộc tính và đặc tính mà nó yêu cầu. Việc xác định các yêu cầu này có lẽ là khía cạnh quan trọng nhất của kĩ thuật lưu lượng. Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) Đồ hình nghiệm suy gần giống như topology ảo trong mô hình chồng phủ. Nó được ánh xạ trên mạng vật lý thông qua việc lựa chọn các LSP cho các trung kế lưu lượng. Một đồ hình nghiệm suy gồm một nhóm các nút LSR được kết nối luận lý với nhau bằng các LSP. Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băng thông cơ bản trong một miền MPLS đặt ra chính làm thế nào để ánh xạ hiệu quả đồ hình nghiệm suy trên topology mạng vật lý. Đồ hình nghiệm suy được công thức hoá như sau: Đặt G = (V, E, C) là một đồ hình mô tả topology của mạng.Trong đó, V là tập hợp các nút mạng, E là tập hợp các đường link, C là tập hợp các khả năng và ràng buộc cho E và V.Ta coi G là topology cơ sở. Đặt H = (U, F, D) là đồ hình MPLS nghiệm suy. Trong đó, U là tập con thuộc V gồm một nhóm các LSR tại các đầu của LSP, F là tập hợp các LSP. Tham số D là tập hợp các yêu cầu và chế tài cho F. Như vậy, H là một đồ hình trực tiếp và phụ thuộc vào các đặc tính chuyển tải của G. Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS Có 3 vấn đề cơ bản liên quan đến kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là: Ánh xạ các gói trên các lớp chuyển tiếp tương đương. Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng. Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên các topology mạng vậy lý thông qua các LSP Các phần sau của chương sẽ tập trung vào vấn đề thứ ba, tức là tính toán đường đi ngắn nhất qua mạng cho các trung kế lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy. Đây chính là bài toán ánh xạ đồ hình nghiệm suy H lên topology mạng cơ sở G. Trung kế lưu lượng và các thuộc tính Để xây dựng và duy trì trung kế lưu lượng, người ta tìm cách mô hình hoá nó bằng các tham số.Một thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến các đặc trưng hành vi của trung kế lưu lượng. Các thuộc tính có thể được gán cụ thể thông qua hành động quản trị hoặc được gán ngầm ẩn bởi các giao thức bên dưới khi các gói được phân loại và ánh xạ vào FEC tại lối vào miền MPLS. Thực tế, một trung kế lưu lượng có thể đặc trưng hoá bởi: LSR lối vào và LSR lối ra của trung kế lưu lượng Tập các FEC được ánh xạ vào trung kế lưu lượng Một tập các thuộc tính nhằm xác định các đặc trưng hành vi của trung kế Hai vần đề cơ bản có ý nghĩa đặc biệt là: Tham số hoá các trung kế lưu lượng và những quy luật sắp đặt và duy trì đường dẫn cho các trung kế lưu lượng. Các hoạt động cơ bản của trung kế lưu lượng Là các tiến trình khác nhau xảy ra trong thời gian tồn tại của một trung kế lưu lượng: Establish : Tạo ra các trung kế lưu lượng bằng cách lựa chọn LSP, chỉ định nhãn và quan trọng nhất là chỉ định tài nguyên cho trung kế. Activate : Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu hoạt động bằng cách sử dụng một vài chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế. Deactivate : Dừng chuyển dữ liệu bằng trung kế bằng cách sử dụng chức năng định tuyến và ngừng đưa dữ liệu vào trung kế. Modified Attributes : Thay đổi các đặc điểm của trung kế lưu lượng (ví dụ như băng thông sẵn có). Reroute : Chọn một con đường đi khác cho trung kế lưu lượng. Destroy : Loại bỏ hoàn toàn trung kế lưu lượng và thu hồi tất cả các tài nguyên được cấp phát cho nó. Các thuộc tính trung kế lưu lượng MPLS TE Trung kế lưu lượng được đặc trưng hóa bởi 1 số thuộc tính ảnh hưởng đến việc thiết lập và duy trì đường: Thuộc tính tham số lưu lượng: Đặc tả lượng băng thông yêu cầu bởi trung kế lưu lượng. Các đặc điểm lưu lượng bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước cụm cho phép...Các tham số lưu lượng rất quan trọng vì nó chỉ ra các yêu cầu về tài nguyên của trung kế. Thuộc tính quản lí và chọn đường : Đặc tả cách mà các router đầu trung kế chọn tuyến tường minh cho trung kế lưu lượng. Thuộc tính quan hệ (Affinity) lớp tài nguyên: Cho phép nhà quản trị mạng áp dụng các chính sách chọn đường để chấp nhận hoặc loại bỏ các liên kết. Mỗi liên kết được chỉ định một thuộc tính lớp tài nguyên. Quan hệ lớp tài nguyên là một chuỗi 32 bit kết hợp với mặt nạ lớp tài nguyên 32 bit. Mặt nạ chỉ rõ các bit trong lớp tài nguyên cần được xem xét. Liên kết sẽ được chấp nhận trong LSP ràng buộc khi chuỗi quan hệ lớp tài nguyên tương ứng với thuộc tính lớp tài nguyên. Thuộc tính thích nghi: Chỉ ra xem trung kế lưu lượng có nên được tái tối ưu hóa và định tuyến lại trên một đường khác hay không khi có sự thay đổi tài nguyên. Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm: Đóng vai trò quan trọng trong các tình huống tranh chấp khi có nhiều trung kế cùng cạnh tranh tài nguyên. Có 2 loại độ ưu tiên được chỉ định cho trung kế: Ưu tiên thiết lập (priority) : chỉ ra tầm quan trọng của trung kế lưu lượng và xác định thứ tự mà việc chọn tuyến được thực hiện khi thiết lập kết nối hoặc tái định tuyến khi xảy ra lỗi. Độ ưu tiên cầm giữ (holding priority): xác định quyền lấn chiếm của các trung kế cạnh tranh và đặc tả độ ưu tiên cầm giữ tài nguyên. Thuộc tính này xác định xem trung kế này có thể lấn chiếm trung kế khác hay không. Việc lấn chiếm có thể được sử dụng để đảm bảo rằng các trung kế có độ ưu tiên cao được định tuyến trên những con đường thuận lợi trong môi trường phân biệt dịch vụ. Lấn chiếm cũng được sử dụng để thực hiện các chính sách hồi phục ưu tiên hóa khác nhau sau khi xảy ra lỗi. Thuộc tính đàn hồi: Xác định các hành động của trung kế khi xảy ra lỗi và có thể đặc tả: Không tái định tuyến trung kế lưu lượng. Tái định tuyến trên đường đáp ứng yêu cầu tài nguyên. Tái định tuyến đến bất kì đường nào không quan tâm đến tài nguyên liên kết. Thuộc tính cầm giữ: Xác định các hành động trong tình huống khi mà lưu lượng trên trung kế vượt quá băng thông yêu cầu. Các hành động này bao gồm: Giới hạn tốc độ của lưu lượng (lưu lượng vượt quá sẽ bị loại bỏ). Lưu lượng vượt quá bị tag nhưng vẫn được chuyển tiếp. Lưu lượng vượt quá được chuyển tiếp vô điều kiện. Tính toán đường ràng buộc Thuộc tính tài nguyên liên kết Việc tính toán đường ràng buộc thực hiện tại router đầu trung kế phải được cung cấp 1 vài thuộc tính tài nguyên trước khi LSP thực sự được chọn. Các thuộc tính này bao gồm: Thuộc tính tài nguyên liên kết cung cấp các thông tin về tài nguyên trên mỗi liên kết. Thuộc tính trung kế lưu lượng đặc trưng cho trung kế lưu lượng. Hệ số nhân cấp phát cực đại Trong các thuộc tính tài nguyên liên kết, quan trọng nhất là hệ số nhân cấp phát cực đại. Thuộc tính này đề cập đến băng thông còn lại trên mỗi liên kết. Hơn thế nữa, do có nhiều mức ưu tiên cho trung kế, thông tin này cần được cấu hình cho mỗi mức ưu tiên. Có 3 thành phần trong thuộc tính này: Băng thông cực đại: Cung cấp thông tin về băng thông cực đại có thể được sử dụng trên mỗi liên kết theo mỗi hướng. Tham số này thường được thiết lập là băng thông được cấu hình trên mỗi liên kết. Băng thông dự trữ tối đa: Cung cấp thông tin băng thông dự trữ tối đa, mặc định được thiết lập ở mức 75% băng thông tối đa. Băng thông chưa được dự trữ: Cung cấp thông tin về băng thông còn lại chưa được dự trữ. Một nhân tố quan trọng đối với việc tính toán LSP là băng thông sẵn có trên liên kết mà lưu lượng sẽ đi qua được cấu hình trên từng độ ưu tiên. Khi 1 lượng băng thông nào đó được dự trữ ở 1 độ ưu tiên, băng thông sẵn có ở các mức ưu tiên thấp hơn sẽ bị trừ đi còn ở các mức cao hơn vẫn được giữ nguyên. Hình 3-4: Ví dụ về băng thông trên từng độ ưu tiên Hoạt động lấn chiếm Hình 3-5: Hoạt động lấn chiếm Ý tưởng cơ bản là các đường hầm quan trọng hơn sẽ có độ ưu tiên cao hơn và có khả năng giành lấy tài nguyên đang được sử dụng cho các đường hầm có độ ưu tiên thấp hơn. Khái niệm này được gọi là quá trình lấn chiếm. Trong ví dụ trên ban đầu chỉ có 1 đường hầm là (LSP1) được thiết lập từ router A đến router D với băng thông yêu cầu là 42 Mbps và độ ưu tiên là 5/5. Các liên kết đều có băng thông dự trữ tối đa là 110 Mbps. Sau đó, router B thiết lập 1 đường hầm khác (LSP2) đến D với độ ưu tiên là 4/4 với yêu cầu băng thông là 75 Mbps. Trong quá trình thiết lập, router B không quan tâm đến sự tồn tại của các đường hầm khác với các mức ưu tiên khác nhau. Tất cả những gì nó biết là băng thông sẵn có ở mức ưu tiên của nó, trong trường hợp này là 110 Mbps. Như vậy router B xem như vẫn có đủ băng thông dự trữ cho đường hầm LSP2 này. Kết quả là băng thông dự trữ cho LSP1 không còn đủ nữa và đường hầm này buộc phải ngừng hoạt động. Sau khi đường hầm ngừng hoạt động, router A sẽ cố gắng tìm đường đi mới cho nó trong thời gian sớm nhất. Lớp tài nguyên liên kết Một thuộc tính tài nguyên liên kết khác là lớp tài nguyên liên kết. Liên kết được đặc trưng bởi chuỗi thuộc tính lớp tài nguyên 32 bit mặc định có giá trị 0 được so trùng với thuộc tính quan hệ (affinity) lớp tài nguyên trung kế và cho phép chấp nhận hoặc ngăn chặn việc sử dụng các liên kết trên trung kế. Các chính sách trong suốt quá trình tính toán đường LSP có thể được thực thi sử dụng các bit quan hệ (affinity) lớp tài nguyên của trung kế lưu lượng và các bit lớp tài nguyên của liên kết mà lưu lượng đi trên đó. Hình 3-6: Ảnh hưởng của quan hệ bit trong việc chọn đường Trong ví dụ trên, với các giá trị mặc định của bit quan hệ (affinity) lớp tài nguyên trung kế và các bit lớp tài nguyên liên kết, có 2 con đường sau khi tính toán ràng buộc là ADEB và ADCEB. Nếu các bit tài nguyên trung kế của liên kết D-E được thiết lập là 0010 và mặt nạ là 0011 thì liên kết giữa D-E sẽ bị loại bỏ khỏi việc tính toán đường. Nếu chỉ thiết lập mặt nạ là 01 (tức là chỉ quan tâm đến bit đầu tiên từ phải sang) thì liên kết D-E vẫn được tính đến. Tất nhiên việc này còn phụ thuộc vào các thuộc tính liên kết khác hoặc băng thông sẵn có. Ta cũng có thể thiết lập trung kế đi theo 1 con đường cụ thể. Liên kết A-D-E-B tất cả đều được thiết lập giá trị lớp tài nguyên là 0010. Liên kết D-C-E giữ nguyên giá trị lớp tài nguyên là 0000. Các bit quan hệ lớp tài nguyên trung kế được thiết lập là 0010 với mặt nạ là 0011. Khi đó chỉ có 2 bit cuối của giá trị trung kế lớp tài nguyên được so trùng với 2 bit quan hệ lớp tài nguyên trung kế cuối. Kết quả là chỉ có LSP qua A-D-E-B được chọn. TE metric Mỗi liên kết có 1 giá trị phí tổn hoặc metric để tính toán tuyến trong hoạt động bình thường của IGP. Khi tính toán đường đi cho trung kế, liên kết nên sử dụng 1 metric khác với IGP metric đó là metric đặc tả ràng buộc hay trọng lượng quản lí (administrative weight). Quảng bá các thuộc tính liên kết Các thuộc tính liên kết phải được quảng bá trên toàn mạng trước khi quá trình tính toán đường LSP bắt đầu. Vì việc quảng bá các thuộc tính này chỉ đạt được bằng cách sử dụng các giao thức trạng thái liên kết, OSPF hoặc IS-IS được mở rộng để hỗ trợ MPLS-TE sử dụng 2 bản tin: đối với IS-IS là TLV và OSPF là LSA. Việc quảng bá các thuộc tính bởi IGP diễn ra dưới các điều kiện : Khi liên kết thay đổi trạng thái (up hay down). Khi lớp tài nguyên của liên kết thay đổi. Khi các nút kiểm tra thuộc tính tài nguyên theo chu kì, nếu tài nguyên thay đổi, bản cập nhật sẽ được quảng bá. Khi thiết lập LSP thất bại. Để tránh việc tràn ngập các bản tin quảng bá trong mạng, người ta thiết lập các mức ngưỡng cho tài nguyên. Nhược điểm của phương pháp này là các thay đổi không được quảng bá ngay lập tức và liên kết đó vẫn nằm trong quá trình tính toán LSP và khi LSP đã được thiết lập thì nút có liên kết thiếu tài nguyên cũng không thể thiết lập đường và cập nhật cho toàn mạng. Mức ngưỡng tài nguyên được thiết lập theo cả 2 hướng khi tài nguyên vượt quá ngưỡng cũng như giảm dưới mức ngưỡng. Khi mức ngưỡng bị vượt qua, nút tạo ra bảng cập nhật mang thông tin tài nguyên mới. Tính toán đường ràng buộc Đầu cuối (Headend) của trung kế lưu lượng có thể nhìn thấy cả cấu trúc mạng và tài nguyên mạng. Thông tin này được quảng bá qua mạng thông qua IGP. Đường chuyển mạch nhãn LSP cho trung kế lưu lượng có thể được cấu hình tĩnh hoặc động. Việc tính toán này tính đến các tài nguyên sẵn có, các trung kế khác và các thuộc tính liên kết. Kết quả là 1 chuỗi các địa chỉ IP đại diện cho các chặng của LSP từ điểm đầu đến điểm cuối của trung kế lưu lượng. RSVP được sử dụng để báo hiệu thiết lập LSP. Tính toán đường ràng buộc được thực hiện tại điểm đầu của trung kế lưu lượng. Việc tính toán này được thực hiện khi: Một trung kế mới hình thành. Thiết lập đường chuyển mạch nhãn thất bại. Tái tối ưu hóa trung kế lưu lượng đang tồn tại. Việc tính toán đường LSP được giới hạn bởi 1 số yếu tố. Đường chuyển mạch nhãn LSP có thể chỉ được tính toán khi: Điểm đầu cuối của trung kế lưu lượng nằm trong cùng miền OSPF hoặc IS-IS. Các liên kết bị loại bỏ do chuỗi bit lớp tài nguyên liên kết hoặc do không cung cấp băng thông yêu cầu. Chọn đường ràng buộc Quá trình tính toán đường ràng buộc lựa chọn đường đi cho trung kế dựa trên trọng lượng quản lí (TE cost) trên từng liên kết riêng rẽ. Trọng lượng quản lí này mặc định bằng với giá trị phí tổn trong IGP. Giá trị này chỉ được sử dụng trong quá trình tính toán đường ràng buộc. Nếu có nhiều lựa chọn cho LSP các tiêu chuẩn lựa chọn theo thứ tự lần lượt là: Băng thông tối thiểu lớn nhất. Số lượng hop là nhỏ nhất. Nếu sau khi áp dụng cả 2 tiêu chuẩn trên mà vẫn có hơn 1 đường thì ta sẽ lựa chọn ngẫu nhiên. Khi LSP được tính toán, RSVP được sử dụng để dự trữ băng thông, cấp phát nhãn và cuối cùng là thiết lập LSP. Kết quả của quá trình tính toán ràng buộc là 1 đường hầm đơn hướng MPLS TE (trung kế lưu lượng) chỉ được nhìn thấy bởi các điểm đầu cuối của đường hầm. Các trung kế lưu lượng sẽ không được nhìn thấy trong các tính toán IGP. Các đường hầm khi được thiết lập sẽ không khởi động quá trình cập nhật trạng thái liên kết trong các tính toán SPF. Các hoạt động còn lại liên quan đến đường hầm được thực hiện bởi cơ chế chuyển tiếp MPLS và các cơ chế liên quan khác. Lưu lượng IP sử dụng các đường hầm thực sự chỉ được chuyển tiếp vào đường hầm bởi router headend. Phần còn lại của mạng không nhìn thấy đường hầm này. Với đặc điểm autoroute, trung kế lưu lượng: Xuất hiện trong bảng định tuyến IP. Có 1 giá trị metric IP kết hợp. Được sử dụng để chuyển tiếp đến các đích đằng sau trung kế Thậm chí với đặc điểm autoroute, thông tin về đường hầm cũng không nằm trong cập nhật trạng thái liên kết và phần còn lại của mạng cũng không có thông tin gì về nó. Ví dụ trong chọn đường Hình 3-7: Quá trình chọn đường Ví dụ về tính toán đường ràng buộc và chọn đường LSP với yêu cầu trung kế lưu lượng được thiết lập giữa R1 và R6 phải có: Băng thông yêu cầu tại mức ưu tiên 3 là 30 Mbps. Các bit quan hệ lớp tài nguyên được thiết lập là 0010 với mặt nạ là 0011. Liên kết giữa R4-R3 sẽ bị loại bỏ khỏi quá trình tính toán LSP do giá trị lớp tài nguyên liên kết không trùng với các bit quan hệ lớp tài nguyên trung kế. Tham số được kiểm tra tiếp theo là phí tổn TE ( trọng lượng quản lí) của mỗi liên kết mà trung kế lưu lượng có thể đi qua đó. Đường có phí tổn thấp nhất được tính toán là R1-R4-R6 với phí tổn toàn bộ là 30. Tất cả các con đường khác đều có phí tổn cao hơn. Khi xét đến các yêu cầu về tài nguyên, đường có phí tổn thấp nhất đó không có đủ băng thông để thỏa mãn yêu cầu của trung kế lưu lượng (yêu cầu 30 Mbps trong khi chỉ có 20 Mbps sẵn sàng). Kết quả là liên kết R4-R6 cũng bị loại bỏ khỏi quá trình tính toán đường LSP. Cuối cùng ta thấy có 2 con đường có thể thỏa mãn yêu cầu là R1-R2-R3-R6 và R1-R5-R6. Cả 2 con đường đều có phí tổn là 40 do đó cần phải xét thêm các yếu tố khác: Đầu tiên băng thông cực tiểu lớn nhất được so sánh, cả 2 đường đều có khả năng cung cấp băng thông nhỏ nhất là 50 Mbps. Sau đó ta sẽ so sánh đến số lượng hop tối thiểu trên LSP. Vì đường R1-R5-R6 có số hop nhỏ hơn nên nó sẽ được chọn và quá trình tính toán ràng buộc kết thúc. Bước tiếp theo trong quá trình thiết lập LSP là báo hiệu qua RSVP-TE. Thiết lập đường hầm LSP Thiết lập đường LSP Việc thiết lập đường chuyển mạch nhãn luôn được thiết lập tại headend của trung kế lưu lượng. Một danh sách các router về hướng cuối trung kế tạo ra tuyến tường minh cho trung kế lưu lượng. Tuyến tường minh được sử dụng với giao thức RSVP mở rộng để gán nhãn và dự trữ băng thông trên từng liên kết. Nhãn được cấp phát theo kiểu xuôi dòng theo yêu cầu (downstream on demand). Việc thiết lập tuyến bị ảnh hưởng bởi các thuộc tính đường hầm sau: Băng thông. Độ ưu tiên. Thuộc tính quan hệ (Affinity). Các bước thiết lập đường Thiết lập đường tại headend router Module điều khiển TE sẽ định kì kiểm tra cơ sở dữ liệu cấu trúc và các thuộc tính tài nguyên để tính toán con đường tốt nhất hiện tại để đến đích. Khi đường đã được tính toán thì module sẽ chuyển đường này đến module RSVP để báo hiệu thiết lập đường. Nếu quá trình báo hiệu thành công, cuối cùng bản tin báo hiệu sẽ trở lại thiết bị và RSVP sẽ thông báo ngược trở lại module điều khiển rằng việc thiết lập đã hoàn tất. Sau đó module điều khiển sẽ thông báo cho module định tuyến IGP đường hầm đã sẵn sàng. Module định tuyến IGP sẽ thêm thông tin của đường hầm vào bảng định tuyến của nó. Hình 3-8: Các bước thiết lập LSP tại headend router Thiết lập tuyến tại các điểm giữa đường hầm Hình 3-9 : Thiết lập LSP tại các điểm giữa đường hầm Module RSVP nhận bản tin báo hiệu (PATH) từ các router ngược dòng sau đó sẽ chuyển nó đến đích, nhận bản tin RESV từ đích và chuyển nó ngược trở lại router đầu đường hầm. Hành động đầu tiên RSVP thực hiện là thực thi module điều khiển chấp nhận liên kết (Link Admission Control). Module sẽ quyết định xem tài nguyên có sẵn sàng để chấp nhận đường hầm hoặc các đường hầm (phiên) có độ ưu tiên thấp có bị lấn chiếm hay không. Thông tin sẽ được thông báo cho module RSVP. Tùy thuộc vào việc cấp phát tài nguyên, module RSVP có thể nhờ module IGP flooding thực hiện quảng bá thông tin dự trữ. Nếu phiên đã được chấp nhận bởi Link Admission Control, module RSVP sẽ sử dụng nhãn nhận được từ router xuôi dòng để thiết lập 1 chỉ mục (entry) thích hợp trong bảng chuyển tiếp MPLS qua bảng quản lý nhãn MPLS. Sử dụng RSVP trong thiết lập đường RSVP đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập đường LSP và hỗ trợ các ứng dụng unicast hoặc multicast. RSVP thích ứng với các thay đổi trong nhóm multicast hoặc trong bảng định tuyến. Việc duy trì được thực hiện thông qua việc gửi các bản tin làm tươi định kì gửi theo LSP để duy trì trạng thái. Trong kỹ thuật lưu lượng , các phiên RSVP xảy ra giữa các router ở các điểm đầu cuối trung kế. Các bản tin được sử dụng trong quá trình thiết lập đường bao gồm: PATH, RESV, PATH_TEAR, PATH_ERR, RESV_ERR. Module quyết định RSVP Một phần trong quá trình RSVP là để xác nhận xem việc dự trữ này có được chấp nhận tại mỗi router trên đường đó hay không. Có 2 cơ chế được sử dụng để kiểm tra : Điều khiển chính sách (Policy control) : kiểm tra xem nơi yêu cầu việc dự trữ này có quyền ưu tiên để thực hiện dự trữ hay không. Điều khiển chấp nhận (Admission control) : kiểm tra xem tài nguyên còn sẵn sàng để được cấp phát hay không. Việc dự trữ có thể không thành công do các bản tin quảng bá không đến kịp, tài nguyên đã được cấp phát có thể được coi là vẫn sẵn sàng đối với router yêu cầu thiết lập trung kế lưu lượng. Nếu cả 2 phương pháp kiểm tra đều thất bại, việc dữ trữ này bị từ chối. Bản tin PATH_ERR được gửi đi theo chiều ngược lại với bản tin PATH. Tương tự là trường hợp của bản tin RESV và RESV_ERR. Sau đó, bản tin PATH_TEAR được gửi đi sau PATH_ERR hoặc RESV_ERR để gỡ bỏ các phần còn lại của con đường này. Điều khiển chấp nhận liên kết và trung kế : Một trong những bước cần thiết thực hiện tại mỗi hop trên tuyến đến điểm cuối của đường hầm LSP là điều khiển chấp nhận (Admission Control), được thực hiện bởi bản tin PATH đi từ router đầu dòng đến cuối dòng. Mỗi hop trên đường đi xác định xem tài nguyên được đặc tả trong thuộc tính phiên (session attribute) có sẵn sàng hay không. Có 2 tình huống xảy ra: Không có đủ băng thông trên liên kết được đặc tả mà trung kế lưu lượng muốn thiết lập trên đó. Module LCAC (Link level admission control) thông báo RSVP biết về việc thiếu tài nguyên và RSVP tương ứng sẽ tạo ra bản tin PATH_ERR với mã là “Requested bandwidth unavailable”. Thêm vào đó việc quảng bá thông tin của nút cũng được khởi động. Nếu băng thông sẵn sàng, băng thông sẽ được dự trữ và sẽ chờ để bản tin RESV xác nhận việc dự trữ. Thêm vào đó khi mức ngưỡng tài nguyên bị vượt quá, thông tin về tài nguyên ngay lập tức được quảng bá bởi IGP. Trong suốt quá trình điều khiển chấp nhận (admission control), các độ ưu tiên cũng được kiểm tra. Nếu băng thông yêu cầu có sẵn, nhưng đang được sử dụng bởi các phiên có độ ưu tiên thấp hơn, các phiên có độ ưu tiên thấp hơn có thể bị lấn chiếm (bắt đầu từ độ ưu tiên thấp nhất) để giải phóng băng thông. Khi được hỗ trợ lấn chiếm, bản tin PATH_ERR hoặc/và RESV_ERR sẽ được gửi đi với mã “ policy control failure”. Chỉ định nhãn cho trung kế lưu lượng RSVP làm việc bằng cách gửi đi các bản tin PATH để thiết lập đường đi qua mạng. Trong trường hợp của kĩ thuật lưu lượng MPLS, con đường này phải nằm trong bản tin PATH bằng cách cấu hình tuyến tường minh hoặc tính toán tuyến động. Khi bản tin RESV đi theo đường ngược lại nó tương tác với MPLS để chỉ định nhãn. Nhãn cuối cùng trên đường đi là implicit-null để thông báo cho router trước đó biết đó là điểm cuối cùng của trung kế. Khi việc dự trữ RESV hoàn tất thì cũng là lúc MPLS LSP hình thành. Xét ví dụ sau để làm rõ quá trình chỉ định nhãn cho trung kế và các đích sau trung kế Hình 3-10 : Quá trình chỉ định nhãn cho trung kế Để định tuyến gói tin đến mạng của khách hàng (R7) , các bản tin hello LDP được gửi một cách tường minh đến R7. Các bản tin này tạo ra các nhãn cho phần cuối con đường đến mạng của khánh hàng. Lúc này một chồng nhãn được sử dụng. Nhãn trên cùng của chồng nhãn (nhãn 22 tại R1) xác định con đường bên trong mạng ISP.Khi nhãn trên cùng này bị gỡ bỏ khỏi chồng nhãn tại R3, 1 nhãn khác (nhãn 46) được thêm vào chồng nhãn định nghĩa con đường đến mạng khách hàng. R6 có thể sử dụng nhãn khác trong mạng của khách hàng (nhãn 44) hoặc tiếp tục gỡ bỏ nhãn 46 để đưa gói IP đến R7. Lưu lượng đến R3 có thể chỉ sử dụng nhãn trên cùng của chồng nhãn, khi đó R3 sẽ gỡ bỏ nhãn ra khỏi gói tin và chuyển gói tin IP này đến R6. Gói tin này sẽ được định tuyến đến R7 trên lớp IP. Các đối tượng RSVP Trong bản tin PATH và RESV có 5 đối tượng mà TE có liên quan: Đối tượng label_request được mang trong bản tin PATH và yêu cầu việc gán nhãn. Yêu cầu về hoán đổi nhãn cho đường hầm LSP được đề xướng bởi router lối vào. Đối tượng label nằm trong bản tin RESV. Các nhãn được cấp phát xuôi dòng và phân phối bằng các bản tin RESV. Đối tượng Explicit_Route trong bản tin PATH để yêu cầu hoặc đề xuất 1 tuyến cho trung kế lưu lượng (là 1 chuỗi các hop hình thành nên tuyến đó). Đối tượng này được sử dụng khi nút gửi biết được 1 tuyến đáp ứng được yêu cầu QoS của đường hầm và sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng. Đối tượng Record_Route được thêm vào bản tin PATH và RESV cho phép nút gửi nhận được các thông tin về con đường thực sự mà đường hầm LSP đi qua. Đối tượng Session_Attribute được thêm vào bản tin PATH để hỗ trợ việc nhận dạng phiên và chẩn đoán. Thông tin điều khiển thêm, ví dụ như độ ưu tiên thiết lập và cầm giữ, các quan hệ (affinity) tài nguyên, bảo vệ cục bộ cũng nằm trong đối tượng này. Yêu cầu thiết lập đường RSVP Hình 3-11: Bản tin PATH Quá trình thiết lập đường được khởi xướng bởi router đầu dòng với bản tin PATH mang các thông tin như sau: Đối tượng Label_Request Đối tượng này được sử dụng để yêu cầu các router trung gian thực hiện hoán đổi nhãn cho phiên. Nó cũng xác định giao thức lớp mạng trên đường đó. Lí do là giao thức lớp mạng được gửi qua LSP không nhất thiết phải là IP và giao thức này cũng không thể được suy luận từ mào đầu lớp 2 vốn chỉ nhận biết giao thức lớp cao hơn như MPLS. Đối tượng này có thể có 3 Class_Types: Loại 1 : yêu cầu nhãn thông thường, là nhãn MPLS 32 bit nằm giữa mào đầu lớp liên kết và lớp mạng. Loại 2 : yêu cầu này đặc tả số lượng tối thiểu các giá trị VPI và VCI được hỗ trợ bởi switch đầu tiên. Loại này được sử dụng khi nhãn MPLS được mang trong mào đầu ATM. Loại 3: loại này đặc tả số lượng tối thiểu các giá trị DLCI được hỗ trợ trên switch đầu tiên. Loại này được sử dụng khi nhãn MPLS được mang trong mào đầu Frame Relay. Khi bản tin PATH đến một LSR, đối tượng Label_Request được lưu giữ trong khối trạng thái đường để sử dụng cho các bản tin làm tươi trong tương lai. Khi bản tin PATH đến đầu nhận, đối tượng này yêu cầu đầu nhận cấp phát nhãn và đặt nhãn đó trong đối tượng Label của bản tin RESV. Nếu nút không thể thực hiện hoán chuyển nhãn nó sẽ gửi lại bản tin PATH_ERR với lỗi “unknown object class”. Nếu đối tượng Label_request không được hỗ trợ end to end, nút gửi sẽ được thông báo bởi nút đầu tiên không cung cấp hỗ trợ này. Đối tượng Explicit_Route (ERO) Đối tượng này được sử dụng để đặc tả một đường rõ ràng đi qua mạng độc lập với đường đặc tả bởi IGP. Nội dung của ERO là 1 chuỗi mục dữ liệu có chiều dài thay đổi gọi là các đối tượng phụ (subobjects). Một đối tượng phụ là 1 nút trừu tượng, có thể là 1 nút hoặc 1 tập hợp nút như 1 miền tự trị. Điều này có nghĩa là đường tường minh có thể đi qua nhiều miền tự trị. Đối tượng phụ này chứa 1 bit L (Loose Route). Nếu bit này được thiết lập bằng 1, nó sẽ xác định đối tượng phụ này là 1 hop lỏng (loose hop) trên đường tường minh. Nếu bit này được thiết lập bằng 0, nó sẽ xác định rằng đối tượng phụ này là 1 hop chặt (strict hop). Một hop chặt xác định hop này kế cận về mặt vật lí với nút trước đó trên đường. Đối tượng phụ này cũng chứa 1 trường Type bao gồm các giá trị sau: 1: tiền tố IPv4, xác định 1 nút trừu tượng với 1 tập hợp tiền tố IP nằm trong tiền tố Ipv4 này.Mỗi tiền tố có độ dài 32 bit là 1 nút đơn. 2: tiền tố Ipv6, xác định 1 nút trừu tượng với 1 tập hợp tiền tố IP nằm trong tiền tố Ipv6 này.Mỗi tiền tố có độ dài 128 bit là 1 nút đơn 32 :số miền tự trị, xác định 1 nút trừu tượng bao gồm 1 tập hợp các nút thuộc về miền tự trị. Ví dụ về strict hop: Trong hình LSR ngõ vào A gửi bản tin PATH đến LSR D với ERO xác định 1 hop chặt qua B(192.213.1.1), C(192.213.2.1) và D(192.213.3.1). Khi B nhận bản tin PATH, nó sẽ quảng bá bản tin này đến C, và C quảng bá bản tin này đến D. Ở chiều ngược lại, D gửi bản tin RESV đến A qua cùng con đường. Mỗi nút trong danh sách ERO sẽ loại bỏ thông tin của nó khỏi bản tin PATH trước khi chuyển tiếp nó đi. Hình 3-12: Ví dụ về hop chặt Ví dụ về loose hop: Trong hình LSR ngõ vào A gửi bản tin PATH đến LSR D với ERO xác định hop chặt đến B. Từ router B hop lỏng được sử dụng. Khi B nhận bản tin PATH nó có thể chuyển tiếp bản tin PATH đến D qua bất kì con đường nào sẵn có. Trong hình ta thấy có 2 con đường đến D, một qua kết nối trực tiếp đến C và 1 đường khác qua router E. Việc chọn đường nào phụ thuộc vào tuyến IGP đến D đang sẵn sàng. Hình 3-13 : Ví dụ về hop lỏng Các LSR trung gian giữa đầu gửi và đầu nhận có thể thay đổi bằng cách chèn các đối tượng phụ. Ví dụ như khi LSR thay đổi 1 tuyến lỏng bằng 1 tuyến chặt buộc lưu lượng đi theo 1 đường cụ thể. Sự hiện diện của các nút lỏng trong tuyến tường minh có thể dẫn đến lặp vòng. Vấn đề này có thể được xác định bởi đối tượng Record_Route (RRO). Đối tượng Record_Route (RRO) RRO được sử dụng để thu thập thông tin tuyến chi tiết, xác định lặp vòng hoặc chẩn đoán. Bằng cách thêm RRO vào bản tin PATH, đầu gửi có thể nhận được thông tin về đường thực sự mà LSP đi trên đó. Con đường cuối cùng được ghi nhận bởi RRO có thể khác với ERO được đặc tả bởi đầu gửi. RRO có thể hiện diện trong cả bản tin PATH và RESV. RRO hiện diện trong bản tin RESV nếu RRO được ghi nhận trong bản tin PATH cần phải được gửi trở về LSR ngõ vào. RRO ban đầu chỉ chứa địa chỉ IP của đầu gửi. Khi các router trung gian nhận bản tin PATH chứa RRO, chúng sẽ lưu trữ 1 bản sao của RRO này trong khối trạng thái đường đồng thời thêm địa chỉ IP của nó vào RRO và chuyển tiếp bản tin PATH đến router tiếp theo. Khi đầu nhận gửi RRO lại cho đầu gửi qua bản tin RESV, RRO mang thông tin tuyến LSP trọn vẹn từ ngõ vào đến ngõ ra. Đối tượng Session_Attribute Đối tượng này cho phép RSVP TE thiết lập các độ ưu tiên, lấn chiếm và các đặc điểm định tuyến nhanh khác nhau. Chúng được sử dụng để chọn các LSP khác khi xảy ra lỗi trong mạng. Đối tượng này bao gồm các trường như độ ưu tiên thiết lập, độ ưu tiên cầm giữ. Các trường này ảnh hưởng đến việc 1 phiên này có thể lấn chiếm hoặc bị lấn chiếm bởi các phiên khác. Trường cờ (flag) được sử dụng với các lựa chọn như các router chuyển tiếp có thể sử dụng các cơ chế cục bộ để can thiệp vào ERO và thực hiện sửa chữa cục bộ. Các cờ khác chỉ ra rằng nút ngõ vào có thể lựa chọn để tái định tuyến mà không cần loại bỏ đường hầm. Các router trung gian trên đường thực hiện điều khiển chấp nhận (admission control) bằng cách xem xét nội dung trong đối tượng Session_Attribute. Nếu nút không thể đáp ứng được yêu cầu nó sẽ gửi lại bản tin PATH_ERR, nếu có thể đáp ứng thì thông tin nút đó sẽ được lưu trong Record_Route. Đối tượng Session Đối tượng này được thêm vào bản tin PATH giúp nhận dạng và chẩn đoán phiên. LSP_TUNNEL_IPv4 C-Type mới chứa địa chỉ IPv4 của nút ngõ vào đường hầm và một chuỗi 16 bit độc nhất tồn tại vĩnh viễn với LSP đó, thậm chí cả khi đường hầm được tái định tuyến. Đáp ứng thiết lập đường RSVP Bản tin RESV được truyền từ LSR ngõ ra ngược trở về LSR ngõ vào khi nhận được bản tin PATH. Bản tin RESV được sử dụng với nhiều chức năng bao gồm : phân phối nhãn, yêu cầu dự trữ tài nguyên dọc theo tuyến và đặc tả kiểu dự trữ (FF hoặc SE). Bản tin RESV chứa các đối tượng như Label, Record_Route, Session và Style. Các đối tượng Session và Record_Route cũng giống như trong bản tin PATH. Đối tượng Label chứa nhãn hoặc chồng nhãn được gửi từ nút xuôi dòng đến nút ngược dòng. Đối tượng Style đặc tả kiểu dự trữ. Khi bản tin RESV đến router đầu dòng, việc thiết lập tuyến LSP đã hoàn thành. Hình 3-14: Bản tin RESV Các kiểu dự trữ tài nguyên Mỗi đường hầm LSP được thiết lập với kiểu dự trữ được lựa chọn độc quyền bởi LSR ngõ ra. Tuy nhiên, LSR ngõ vào có thể chỉ cho LSR ngõ ra biết kiểu dự trữ mà nó yêu cầu bằng cách thiết lập hoặc xóa cờ “SE style desired” trong đối tượng session_attribute của bản tin PATH. Kiểu dự trữ wildcard-filter (WF) không được sử dụng trong định tuyến tường minh vì các luật hợp nhất của nó. Trong kiểu dự trữ này việc dự trữ được chia sẻ bởi tất cả người gửi cho 1 phiên. Tổng băng thông dự trữ trên liên kết không đổi không quan tâm đến đến số lượng người gửi. Kiểu này chỉ được sử dụng cho các ứng dụng mà các sender không gửi lưu lượng tại cùng 1 thời điểm. Nếu các sender gửi cùng lúc thì sẽ không có cách nào để dự trữ băng thông thích hợp. Điều này giới hạn khả năng ứng dụng của WF cho TE. Kiểu fixed-filter (FF) Đặc tả tường minh 1 danh sách các sender và tạo ra dự trữ riêng cho từng sender. Mỗi sender, được nhận dạng bởi 1 địa chỉ IP và 1 LSP ID, được dự trữ băng thông riêng và không chia sẻ với các sender khác. Bởi vì mỗi sender có dự trữ băng thông riêng của nó,1 nhãn duy nhất và 1 đường hầm LSP được tạo ra cho mỗi cặp router vào ra. Trong RSVP TE, kiểu dự trữ FF đa đường hầm LSP điểm-điểm unicast. Nếu các đường hầm LSP đi qua trên cùng 1 liên kết, tổng băng thông dự trữ trên liên kết được chia sẻ là tổng dự trữ của từng router gửi riêng rẽ. FF có thể được ứng dụng với các lưu lượng đồng thời và độc lập bắt nguồn từ các router ngõ vào khác nhau. Hình 3-15 : Kiểu dự trữ fixed - filter Trong hình LSR ngõ vào A và B tạo ra dự trữ kiểu FF hướng đến LSR D. Tổng băng thông dự trữ trên liên kết C-D bằng với tổng băng thông dự trữ được yêu cầu bởi A và B. LSR D gán các nhãn khác nhau trong bản tin RESV hướng đến A và B. Nhãn 10 được gán cho A và nhãn 20 được gán cho B. Điều này tạo ra 2 đường LSP điểm-điểm riêng biệt đó là A-C-D và B-C-D. Kiểu Shared-Explicit (SE): Kiểu này cho phép router nhận lựa chọn dự trữ tài nguyên cho 1 nhóm các router gửi thay vì chỉ dự trữ trên từng router gửi riêng rẽ như trong FF. Dự trữ kiểu SE có thể được cung cấp sử dụng 1 hoặc nhiều LSP đa điểm-điểm mỗi router gửi. Các LSP đa điểm-điểm có thể được sử dụng khi bản tin PATH không mang ERO hoặc khi các bản tin PATH có ERO tương tự nhau. Trong cả 2 trường hợp, nhãn chung được sử dụng. Các bản tin PATH từ các router gửi khác nhau có mang ERO của chính nó và các đường được lựa chọn có thể hội tụ hoặc tách rời tại bất kì điểm nào trong mạng. Khi bản tin PATH có các ERO khác nhau, các LSP riêng rẽ cho các ERO phải được thiết lập Hình 3-16: Kiểu dự trữ Shared - explicit Trong hình LSR A và B sử dụng kiểu SE để thiết lập 1 phiên với LSR D. Dự trữ tài nguyên cho liên kết C-D được chia sẻ giữa A và B. Cả 2 bản tin PATH có cùng ERO và hội tụ tại router C. D cấp phát nhãn 10 trong bản tin RESV vì vậy tạo ra LSP đa điểm-điểm. Quá trình thiết lập đường Hình 3-17: Quá trình báo hiệu thiết lập đường Quá trình thiết lập LSP được khởi xướng bởi router đầu dòng bằng cách gửi đi các bản tin PATH. Bản tin PATH chứa các các đối tượng bao gồm Session để xác định đường hầm. Các yêu cầu lưu lượng cho đường hầm nằm trong Session_Attribute. Label Request trong bản tin được xử lí bởi router cuối dòng, cấp phát nhãn tương ứng cho LSP. Đối tượng Explicit_Route (ERO) là một danh sách các hop trên LSP cần thiết lập có thể được cấu hình tĩnh hoặc qua quá trình tính toán CBR (ở đây R2-1 là giao tiếp ngõ vào trên R2). PHOP và Record_Route (RRO) là địa chỉ giao tiếp ngõ ra của router Khi router R2 nhận được bản tin PATH, nó đặt nội dung của ERO vào khối trạng thái đường (path state) và gỡ bỏ địa chỉ của nó ra khỏi ERO. R2 cũng thay đổi PHOP thành địa chỉ giao tiếp ngõ ra của nó (R2-2) và thêm địa chỉ này vào RRO. Bản tin PATH này tiếp tục được chuyển đến router tiếp theo. Một số chức năng khác cũng được thực hiện tại mỗi nút bao gồm giám sát chấp nhận lưu lượng (admission control). Khi bản tin PATH đến router cuối dòng R3, khối trạng thái đường được tạo ra và địa chỉ của R3 được gỡ bỏ khỏi ERO. RRO lúc này chứa toàn bộ đường đi từ R1. Bản tin RESV được tạo ra. Đối tượng Label_Request trong bản tin PATH yêu cầu R3 cấp phát nhãn cho LSP. Vì R3 là router cuối dòng, nó sẽ không cấp phát nhãn cụ thể mà sẽ sử dụng nhãn implicit-null. Địa chỉ giao tiếp của R3 được đưa vào RRO và PHOP. Bản tin RESV được chuyển tiếp đến địa chỉ hop kế trong khối trạng thái đường của R3. Bản tin RESV được chuyển tiếp trở lại router đầu dòng. Tại mỗi hop, quá trình nhãn được thực hiện (bao gồm cả admission control). Địa chỉ giao tiếp của R2 được thêm vào RRO và đặt vào PHOP. Nhãn có giá trị 5 được cấp phát cho LSP. Bản tin RESV được chuyển tiếp đến hop kế (thông tin này trong khối trạng thái đường). Khi bản tin RESV đến router đầu dòng, quá trình thiết lập LSP kết thúc. Nhãn được cấp phát bởi router hop kế tiếp (R2) được lưu trữ và tuyến tường minh mà đường hầm sẽ đi qua nằm trong RRO. Duy trì đường hầm LSP Giám sát đường Sau khi thiết lập đường, LSP phải được giám sát liên tục để duy trì trung kế lưu lượng mạng ở trạng thái mong muốn. Các thuộc tính QoS phải được chú ý trong quá trình thiết lập đường và được giám sát để hỗ trợ tái tối ưu hóa. Các phương pháp chẩn đoán khác nhau được thực hiện trên các đường LSP và nếu cần thiết các đường hầm sẽ bị lấn chiếm theo việc điều khiển chính sách quản trị hoặc tái định tuyến động trong trường hợp cấu trúc mạng thay đổi. Các đường hầm cũng được giám sát trong trường hợp có sự thay đổi băng thông sẵn có. Tái định tuyến, tái tối ưu hóa LSP phải được tái định tuyến khi xảy ra lỗi hoặc có sự thay đổi tài nguyên. Khi tài nguyên ở các phần khác của mạng sẵn sàng, các trung kế lưu lượng có thể được tái tối ưu hóa. Tại các thời điểm nào đó việc kiểm tra các đường tối ưu nhất cho đường hầm LSP được thực hiện và nếu đường hiện tại không phải là đường tối ưu nhất quá trình tái định tuyến được khởi xướng. Router đầu dòng cố gắng báo hiệu một đường LSP tốt hơn và chỉ sau khi thiết lập thành công đường LSP mới thì lưu lượng mới được chuyển sang đường mới. Lỗi liên kết Khi một liên kết mang trung kế lưu lượng bị lỗi, router đầu dòng xác định lỗi đó bởi các cách thức sau: IGP gửi một gói trạng thái liên kết mới với thông tin về sự thay đổi đã xảy ra. RSVP cảnh báo bằng cách gửi bản tin PATH_TEAR cho router đầu dòng. Xác định lỗi khi không có đường được thiết lập hoặc tính toán trước sẽ đẫn đến quá trình tính toán đường LSP mới. Khi router dọc theo tuyến LSP động xác định lỗi nó sẽ gửi đi bản tin PATH_TEAR cho headend. Bản tin này báo hiệu cho headend biết đường hầm đã down. Headend xóa phiên RSVP bắt đầu tính toán đường mới (PCALC) sử dụng thuật toán CSPF. Kết quả của quá trình tính toán này có thể là: Không có đường nào được tìm thấy. Headend thiết lập đường hầm down. Tìm thấy một đường khác. Quá trình thiết lập đường mới được khởi động bởi báo hiệu RSVP. Các bảng phụ cận (adjacency) được cập nhật cho giao tiếp đường hầm. Bảng CEF được cập nhật cho tất cả các chỉ mục resolve giao tiếp đường hầm. Khoảng thời gian trôi qua từ khi xác định lỗi đến khi thiết lập đường LSP mới có thể gây ra trễ cho các lưu lượng quan trọng. Do đó người ta sử dụng 1 đường dự phòng đã được thiết lập trước. Khi đó sẽ có 2 đường hầm cùng đi đến 1 đích. Ngay khi đường hầm chính hỏng toàn bộ lưu lượng sẽ được chuyển qua đường dự phòng. Lưu lượng sẽ trở lại đường hầm chính khi có các điều kiện cho việc thiết lập lại. Khi có sự hiện diện của 2 đường hầm, có 2 tùy chọn định tuyến: Định tuyến tĩnh với 2 tuyến tĩnh chỉ đến các đường hầm. Định tuyến động (autoroute). Trong trường hợp này metric của đường hầm là phí tổn IGP đến điểm cuối đường hầm, không quan tâm đến con đường thực sự. Bằng cách điều chỉnh metric này đường hầm chính có thể được ưu đãi hơn. Việc điều chỉnh metric này có thể là: Tuyệt đối (gán giá trị metric dương cho các đường hầm) Tương đối (giá trị metric IGP có thể là dương, âm hay bằng 0. Ví dụ giả sử metric nhỏ sẽ tốt hơn ta có primary: -1(metric của đường hầm giảm đi 1), secondary: 0 (giá trị metric không đổi). Tái tối ưu hóa, tái định tuyến không phá vỡ (non-disruptive) Quá trình tái định tuyến không phá vỡ được minh họa trong hình vẽ. Đối tượng Explicit_Route liệt kê các hop trên LSP R1-R2-R6-R7-R4-R9 với R1 là điểm đầu và R9 là điểm cuối trung kế. Băng thông sẵn có trên liên kết R2-R3 thay đổi dẫn đến quá trình tái tối ưu hóa. Con đường mới R1-R2-R3-R4-R9 được báo hiệu và 1 phần đường này chồng lấp lên con đường cũ. LSP hiện thời vẫn được sử dụng. Trên các liên kết chung cho LSP cũ và mới, tài nguyên được sử dụng bởi LSP cũ sẽ không được giải phóng cho đến khi luu lượng được chuyển sang LSP mới và dự trữ băng thông cũng không tăng gấp đôi. Sau khi LSP mới được thiết lập thành công, luu lượng được tái định tuyến đến con đường mới và tài nguyên dự trữ trên con đường cũ sẽ được giải phóng. Việc giải phóng này được thực hiện khi bởi router cuối dòng bằng cách thiết lập bản tin PATH_TEAR Hình 3-18: Tái định tuyến không phá vỡ Khởi tạo trước khi phá vở (Make before break) Nhược điểm của việc cấu hình 2 đường hầm và băng thông tăng gấp đôi có thể được khắc phục bằng cách dự trữ băng thông trên cùng liên kết. Các cơ chế tái tối ưu hóa này được thực hiện trong suốt quá trình tái tối ưu hóa đường hoặc khi cố gắng tăng băng thông đường hầm. Trong bản tin PATH đầu tiên, nút đầu vào hình thành đối tượng session và sender_template với cờ “shared explicit” được thiết lập. Quá trình thiết lập đường hầm sau đó diễn ra theo trình tự bình thường. Khi nhận bản tin PATH nút ngõ ra gửi lại bản tin RESV cho nút ngõ vào trong đó chỉ ra đường “shared explicit”. Khi nút ngõ vào muốn thay đổi đường đã được thiết lập, nó tạo bản tin PATH mới. Đối tượng session đang tồn tại với 1 LSP_ID mới trong đối tượng Sender_template. Nút ngõ vào tạo ERO cho tuyến mới. Bản tin PATH mới được gửi đi. Các router khi nhận bản tin PATH nhận ra việc dự trữ lần thứ 2 (dựa trên LSP_ID) này thuộc về cùng 1 phiên và chỉ dự trữ băng thông cho 1 phiên. Hình 3-19: Make before break Bảo vệ liên kết và bảo vệ tuyến Để tăng tốc quá trình tái định tuyến hoặc tái tối ưu hóa đường trong khi headend tính toán đường mới, tùy chọn Fast Reroute được sử dụng. Chuyển mạch bảo vệ MPLS triển khai đường LSP thứ cấp được thiết lập trước để dự phòng cho LSP chính đang tồn tại bằng cách bỏ qua các nút hoặc liên kết lỗi. Bằng cách này, thời gian cần để chuyển hướng lưu lượng sang đường dự phòng không bao gồm hoạt động tính toán hoặc trễ do báo hiệu. Khi xảy ra lỗi liên kết hoặc lỗi nút trên LSP chính mà không có LSP dự phòng, LSR ngõ vào sẽ tiếp tục chuyển tiếp lưu lượng đến đích như là gói IP sử dụng đường ngắn nhất theo IGP nếu đường đó tồn tại. Các loại bảo vệ trong MPLS TE bao gồm: Bảo vệ nút : mục đích của bảo vệ nút là để bảo vệ LSP khi xảy ra lỗi nút. Trong bảo vệ nút, đường LSP dự phòng tách rời khỏi khỏi LSP chính tại các nút cụ thể được bảo vệ. Khi nút bị lỗi, lưu lượng trên đường LSP chính sẽ được chuyển sang đường LSP dự phòng tại nút upstream kết nối trực tiếp với nút bị lỗi. Bảo vệ đường : bảo vệ LSP khi xảy ra lỗi tại bất kì điểm nào trên đường đã được định tuyến. Trong bảo vệ đường LSP dự phòng tách rời hoàn toàn khỏi đường LSP chính. Ưu điểm của bảo vệ đường là LSP dự phòng có thể bảo vệ tất cả các lỗi xảy ra trên LSP chính ngoại trừ điểm đầu và cuối đường. Bảo vệ đường hiệu quả hơn bảo vệ nút và bảo vệ liên kết ở khía cạnh sử dụng tài nguyên. Tuy nhiên, thời gian chuyển sang đường dự phòng của bảo vệ nút và liên kết nhanh hơn đáng kể so với bảo vệ đường khi phải mất nhiều thời gian hơn để thông báo lỗi cho các nút ở xa vị trí lỗi. Bảo vệ liên kết : mục đích của bảo vệ liên kết LSP là để bảo vệ 1 LSP khỏi lỗi liên kết cụ thể. Đường LSP dự phòng tách rời khỏi đường LSP chính tại các liên kết yêu cầu bảo vệ. Khi liên kết được bảo vệ hỏng, lưu lượng trên LSP chính sẽ được chuyển sang LSP dự phòng tại điểm đầu của liên kết lỗi. Bảo vệ liên kết Khi liên kết được bảo vệ hỏng, bản tin PATH_ERR và các cơ chế trạng thái liên kết IGP được sử dụng để thông báo cho headend. Một cờ đặc biệt trong bản tin PATH_ERR liên kết hỏng có 1 đường dự phòng. Hình 3-20: Bảo vệ liên kết Tái định tuyến với đường hầm được cấu hình trước hầu như rất nhanh. Quá trình chỉ diễn ra trong khoảng 50ms và độ trễ chỉ là thời gian xác định liên kết lỗi và chuyển mạch sang đường dự phòng (bao gồm cả việc xử lí nhãn). Khi liên kết R2-R4 bị lỗi lưu lượng sẽ được tái định tuyến sang đường hầm dự phòng NHOP R2-R3-R4 Bảo vệ nút Trong bảo vệ nút, LSP dự phòng bỏ qua nút next-hop trên đường LSP chính. Các đường LSP dự phòng này thường được gọi chung là đường hầm dự phòng next-next-hop (NNHOP) vì chúng kết cuối tại nút theo sau nút next- hop trên đường LSP chính. Khi xảy ra lỗi, đường hầm dự phòng NNHOP nút trước nút bị lỗi tái định tuyến lưu lượng trên đường LSP chính sang NNHOP vì vậy bỏ qua nút next-hop bị lỗi. Đường hầm dự phòng NNHOP cũng cung cấp bảo vệ liên kết bởi vì chúng bỏ qua các liên kết bị lỗi đi cùng với nút đó. Hình 3-21 : Bảo vệ nút Bảo vệ băng thông Các đường hầm dự phòng NHOP và NNHOP cũng có thể thực hiện bảo vệ băng thông bằng cách kết hợp băng thông dự phòng với các đường hầm này. Bảo vệ băng thông đảm bảo rằng đường dự phòng cụ thể có dung lượng đủ để đáp ứng yêu cầu băng thông của LSP được tái định tuyến. Đường hầm dự phòng này có thể được cấu hình để bảo vệ 2 loại băng thông dự phòng sau: Băng thông dự phòng giới hạn: đường hầm dự phòng cung cấp bảo vệ băng thông mà trong đó băng thông yêu cầu được đảm bảo. Vì vậy, băng thông dự phòng đầy đủ sẵn sàng khi tái định tuyến đến đường hầm dự phòng loại này, và toàn bộ băng thông của các LSP sử đụng đường hầm dự phòng này không được vượt quá băng thông dự phòng của đường hầm dự phòng. Băng thông dự phòng không giới hạn: đường hầm dự phòng không cung