Luận văn Kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Trang phụ bìa
VŨ VĂN TRƯỞNG
TÊN CỦA LUẬN VĂN
KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC
Ngành : Công nghệ Điện tử- Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60.52.70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS TRẦN QUANG VINH
Hà Nội - 2009
Trang-2-
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ những nội dung và số liệu trong luận văn thạc
sĩ: “Kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức” là do tôi
tự nghiên cứu và thực hiện.
Học viên thực hiện luận văn
Vũ Văn Trưởng
Trang-3-
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này,
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô
trường Đại học Công nghệ- Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc
biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời
gian học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến
sĩ Trần Quang Vinh đã dành rất nhiều thời gian và tâm
huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận
văn tốt nghiệp.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn
bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy
nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các
bạn.
Hà Nội, tháng 12 năm 2009
Học viên
Vũ Văn Trưởng
Trang-4-
MỤC LỤC
Trang phụ bìa.................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................2
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................3
MỤC LỤC ......................................................................................................4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..............................................................................7
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..........................................................................11
DANH SÁCH CÁC HÌNH MINH HỌA .....................................................11
MỞ ĐẦU.......................................................................................................13
Chương 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS................15
1.1 Tổng quan ...........................................................................................15
1.1.1 Tính thông minh phân tán ...........................................................15
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI..............................................16
1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS...................................................17
1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)......................................................17
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) .........................................18
1.2.3 Nhãn và chồng nhãn....................................................................18
1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) ...............................................19
1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path).............19
1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS .......................................................21
1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS............................21
1.3.1 Mã hóa chồng nhãn .....................................................................21
1.3.2 Chế độ Frame ..............................................................................23
1.3.3 Chế độ Cell...................................................................................23
1.4 Cấu trúc chức năng MPLS................................................................25
1.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)....................................25
1.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) ..............................26
1.4.3 Mặt phẳng điều khiển..................................................................28
1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS ...........................................................28
1.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp....................................28
1.5.2 Gỡ nhãn ở chặng áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping)......29
1.5.3 Một ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói...........................................30
1.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS......................................................31
1.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp..........................................31
1.6.2 Kỹ thuật lưu lượng ......................................................................31
1.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn............................................................31
1.6.4 Mạng riêng ảo VPN.....................................................................31
1.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding)...................32
1.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability)..................................................32
1.7 Tổng kết chương ................................................................................32
Chương 2: ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLS.....................................34
2.1 Định tuyến trong MPLS ....................................................................34
2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing).....................34
2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing).................................35
2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS.................................................................36
2.2.1 Chế độ phân phối nhãn ...............................................................36
Trang-5-
2.2.2 Chế độ duy trì nhãn.....................................................................37
2.2.3 Chế độ điều khiển LSP................................................................38
2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS.........................................39
2.3 Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol) .......40
2.3.1 Hoạt động của LDP .....................................................................40
2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP ............................................................42
2.3.3 Các bản tin LDP [1].....................................................................44
2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu...................45
2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)........................46
2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc ............................................46
2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP).............47
2.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên.......................................................48
2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) [3]......................49
2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP [1]........................................49
2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE [1].............50
2.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu....51
2.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP........................................52
2.6 Tổng kết chương ................................................................................53
Chương 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS............................54
3.1 Kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) .........................................54
3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng ................................54
3.1.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng.....55
3.1.3 Hàng đợi lưu lượng.......................................................................56
3.1.4 Giải thuật Leaky Bucket và Token Bucket .................................59
3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model) .........................62
3.2 MPLS và kỹ thuật lưu lượng..............................................................62
3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) .............................63
3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph).........................................64
3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS...................64
3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính................................................64
3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng ...........................65
3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter)....................65
3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường)
................................................................................................................66
3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption) ................67
3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) ...................................................68
3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing) ..................................................68
3.4 Các thuộc tính tài nguyên...................................................................68
3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier) ......68
3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource-Class).................................................69
3.4.3 Độ đo TE.......................................................................................69
3.5 Tính toán đường ràng buộc................................................................69
3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của liên kết...........................................69
3.5.2 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP)............................................71
3.5.3 Giải thuật chọn đường..................................................................71
3.5.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng..............................72
Trang-6-
3.5.5 Tái tối ưu hóa (Re-optimization)..................................................74
3.6 Bảo vệ và khôi phục đường ................................................................75
3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục.........................................76
3.6.2 Mô hình Makam...........................................................................77
3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup)..............................................77
3.6.4 Mô hình Hundessa........................................................................78
3.6.5 Mô hình Shortest-Dynamic..........................................................79
3.6.6 Mô hình Simple-Dynamic ............................................................79
3.6.7 Mô hình Simple-Static..................................................................80
3.7 Tổng kết chương .................................................................................80
Chương 4: MÔ PHỎNG MPLS-TE VÀ ĐÁNH GIÁ .................................81
4.1 Phương pháp và công cụ mô phỏng ...................................................81
4.1.1 Phương pháp phân tích................................................................81
4.1.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng.........................................................82
4.2 Nội dung và kết quả mô phỏng...........................................................82
4.2.1 Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS.....................................83
4.2.2 Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong mạng MPLS..................84
4.2.3 Mô phỏng hoạt động lấn chiếm (Preemption) với các độ ưu tiên
................................................................................................................87
4.2.4 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Makam........................89
4.2.5 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Haskin (Reverse
Backup)..................................................................................................91
4.2.6 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Shortest-Dynamic.......93
4.2.7 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Simple-Dynamic .........94
4.3 Tổng kết chương .................................................................................96
KẾT LUẬN...................................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................99
PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN CÁC BÀI MÔ PHỎNG.................................... 100
Trang-7-
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAL
AS
ATM Adaptation Layer- Lớp thích ứng ATM
Autonomous System- Hệ thống tự trị
ASIC
Application-Specific Integrated Circuit- Mạch tích hợp ứng
dụng riêng
ATM
bộ
Asynchronous Transfer Mode- Chế độ chuyển tải không đồng
BGP
CBQ
CBR
CBS
CDR
CLIP
CQ
Border Gateway Protocol- Giao thức cổng biên
Class Based Queueing- Hàng đợi theo lớp
Constant Bit Rate- Tốc độ bít không đổi
Committed Burst Size- Kích thước chùm xung cam kết
Committed Data Rate- Tốc độ dữ liệu cam kết
Classical IP- IP truyền thống
Custom Queuing- Hàng đợi chỉ định
CR
Constraint-based Routing- Định tuyến ràng buộc
Constraint-based Routing Label Distribution Protocol- Giao thức
phân phối nhãn dưa trên định tuyến ràng buộc
Constraint-based Routing Label Switched Path- Đường chuyển
mạch nhãn dựa trên định tuyến ràng buộc
Constrained Shortest Path First Diffserv Differentiated Service-
Dịch vụ phân biệt dựa trên đường dẫn ngắn nhất có ràng
buộc
CR-LDP
CR-LSP
CSPF
DLCI
Data Link Connection Identifier- Nhận dạng kết nối liên kết dữ
liệu
DSCP
eBGP
EBS
EGP
ER
Service Code Point- Điểm mã dịch vụ
exterior Border Gateway Protocol- Giao thức cổng biên ngoài
Excess Burst Size- Kích thước chùm xung tới hạn
External (Exterior) Gateway Protocol- Giao thức cổng ngoài
Explicit Route- Định tuyến tường minh
ERB
Explicit Route Information Base- Cơ sở thông tin định tuyến
tường minh
ERO
EXP
Explicit Route Object- Đối tượng định tuyến tường minh
Experimental field- Trường ưu tiên
FDDI
Fibre Distributed Data Interface- Giao diện dữ liệu phân phối
sợi
FEC
FF
Forwarding Equivalence Class- Lớp chuyển tiếp tương đương
Fixed Filter (RSVP reservation style)- Bộ lọc cố định
Trang-8-
FIB
Forwarding Infomation Base- Cơ sở thông tin chuyển tiếp
First-in First-out- Vào trước ra trước
FIFO
FIS
Fault Information Signal- Tín hiệu thông tin lỗi
Frame Relay- Chuyển mạch khung
FR
FRS
Fault Recovery Signal- Tín hiệu khôi phục lỗi
FEC to NHLFE Map- Ánh xạ FEC tới NHLFE
Generic Flow Control (ATM)- Điều khiển luồng chung
Generalized MPLS- MPLS tổng quan
FTN
GFC
GMPLS
HEC
iBGP
IETF
Header Error Control (ATM)- Điều khiển lỗi tiêu đề
interior Border Gateway Protocol- Giao thức cổng biên nội
Internet Engineering Task Force- Nhóm đặc trách kỹ thuật
Internet
IGP
ILM
IP
Interior Gateway Protocol- Giao thức cổng nội
Incoming Label Map- Ánh xạ nhãn đến
Internet Protocol- Giao thức Internet
ISDN
Intergrated Services Digital Network- Mạng số tích hợp đa dịch
vụ
IS-IS
Intermediate System - to - Intermediate System- Hệ thống
chuyển tiếp
IS-IS TE
LC-ATM
IS-IS with Traffic Engineering- IS-IS với kỹ thuật lưu lượng
Label Controlled ATM Interface- Nhãn được điều khiển qua
giao tiếp
ATM
LDP
LER
LFIB
Asynchronous Transfer Mode – Chế độ truyền không đồng bộ
Label Distribution Protocol- Giao thức phân phối nhãn
Label Edge Router- Router biên nhãn
Label Forwarding Information Base- Cơ sở thông tin chuyển
tiếp nhãn
LIB
Label Information Base- Cơ sở thông tin nhãn
Last-in First-out- Vào sau ra trước
LIFO
LSA
LSP
Link State Advertisements- Quảng bá trạng thái liên kết
Label Switched Path- Đường chuyển mạch nhãn
Label Switching Router- Router chuyển mạch nhãn
MPLS module for Network Simulator- Mô đun mô phỏng mạng
MultiProtocol Label Switching- Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
LSR
MNS
MPLS
MPLSCP MPLS Control Protocol- Giao thức điều khiển MPLS
MPLS-TE MPLS Traffic Engineering- Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS
MPOA
MSC
Multiprotocol over ATM- Đa giao thức trên ATM
Mobile Switching Centre- Trung tâm chuyển mạch di động
Trang-9-
MTU
NAM
NCP
Maximum Transfer Unit- Đơn vị truyền cưc đại
Network Animator- Mô phỏng mạng
Network Control Program- Chương trình điều khiển mạng
Next Generation Network- Mạng thế hệ mới
Next Hop Label Forwarding Entry- Mục nhập chuyển tiếp nhãn
ở chặng kế tiếp
NGN
NHLFE
NHRP
tiếp
Next Hop Resolution Protocol- Giao thức phân giải chặng kế
NS
Network Simulator- Mô phỏng mạng
Open System Interconnection- Kết nối các hệ thống mở
Open Shortest Path First- Giao thức lựa chọn đường dẫn ngắn
nhất
OSI
OSPF
OSPF-TE OSPF with Traffic Engineering- OSPF với kỹ thuật lưu lượng
PBS
PDR
PDU
PHP
PoR
PPP
PQ
Peak Burst Size- Kích thước chùm xung đỉnh
Peak Data Rate- Tốc độ dữ liệu đỉnh
Protocol Data Unit- Đơn vị dữ liệu giao thức
Penultimate Hop Popping- Gỡ nhãn ở chặng áp cuối
Point of Repair- Điểm sửa chữa
Point to Point Protocol- Giao thức kết nối điểm điểm
Priority Queuing- Hàng đợi ưu tiên
PSL
PTI
Path Switch LSR- LSR chuyển đổi đường dẫn
Payload Type Identifier (ATM)- Bộ nhận dạng gói
Permanent Virtual Connection- Mạch ảo cố định
Quality of Service- Chất lượng dịch vụ
PVC
QoS
RED
Random Early Detection (Discard)- Sự phát hiện ngẫu nhiên
sớm
RFC
RIB
Request for Comments - Đề nghị duyệt thảo và bình luận
Routing Information Base- Cơ sở thông tin định tuyến
Resource reSerVation Protocol- Giao thức dự trữ tài nguyên
RSVP
RSVP-TE RSVP with Traffic Engineering- RSVP với kỹ thuật lưu lượng
SDH
SLA
Synchronous Digital Hierarchy- Phân cấp số đồng bộ
Service Level Agreement- Thỏa thuận mức dịch vụ
Synchronous Optical Network- Mạng quang đồng bộ
Shortest Path First- Tìm đường ngắn nhất
Transmission Control Protocol- Giao thức điều khiển truyền dữ
liệu
SONET
SPF
TCP
TE
Traffic Engneering- Kỹ thuật lưu lượng
Type/Length/Value - Kiểu/ Độ dài/ Giá trị
Type of Service- Loại dịch vụ
TLV
ToS
Trang-10-
TT
Traffic Trunk- Trung kế lưu lượng
TTL
UBR
UDP
VC
Time To Live- Thời gian sống
Unspecified Bit Rate- Tốc độ bít không xác định
User Datagram Protocol- Giao thức gói tin người dùng
Virtual Circuit- Kênh ảo
VCI
VPI
VPN
WFQ
Virtual Circuit Identifier- Bộ nhận dạng kênh ảo
Virtual Path Identifier- Bộ nhận dạng đường ảo
Virtual Private Network- Mạng riêng ảo
Weighted Fair Queuing- Hàng đợi cân bằng có trọng số
Trang-11-
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1: Một số giao thức phân phối nhãn trong MPLS..................................40
Bảng 2: Các loại bản tin LDP ...........................................................................43
Bảng 3: Các lớp dịch vụ kỹ thuật lưu lượng ....................................................56
DANH SÁCH CÁC HÌNH MINH HỌA
Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI .....................................................16
Hình 2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS............................16
Hình 3: Miền MPLS..........................................................................................17
Hình 4: Upstream và downstream LSR ...........................................................17
Hình 5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS .......................................18
Hình 6: Chồng nhãn..........................................................................................19
Hình 7: Đường chuyển mạch nhãn LSP...........................................................20
Hình 8: Phân cấp LSP trong MPLS .................................................................20
Hình 9: Gói IP đi qua mạng MPLS ..................................................................21
Hình 10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS .................................22
Hình 11: Shim header được “chêm” vào giữa header lớp 2 và lớp 3..............23
Hình 12: Nhãn trong chế độ cell ATM .............................................................24
Hình 13: Đóng gói (encapsulation) gói có nhãn trên liên kết ATM ................24
Hình 14: Cấu trúc của LER và transit-LSR ....................................................25
Hình 15: FTN, ILM và NHLFE........................................................................26
Hình 16: Quá trình chuyển tiếp một gói đến chặng kế....................................27
Hình 17: Một ví dụ NHLFE..............................................................................28
Hình 18: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS..........................................29
Hình 19: Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói........................................................30
Hình 20: Một ví dụ định tuyến ràng buộc........................................................34
Hình 21: Phân phối nhãn không cần yêu cầu...................................................36
Hình 22: Phân phối nhãn theo yêu cầu.............................................................37
Hình 23: Duy trì nhãn tự do .............................................................................37
Hình 24: Duy trì nhãn bảo thủ..........................................................................38
Hình 25: Điều khiển độc lập .............................................................................38
Hình 26: Điều khiển tuần tự .............................................................................39
Hình 27: Vùng hoạt động của LDP ..................................................................40
Hình 28: Trao đổi thông điệp LDP...................................................................41
Hình 29: LDP header ........................................................................................42
Hình 30: Format thông điệp LDP.....................................................................43
Hình 31: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu..........................45
Hình 32: Thiết lập LSP với CR-LDP................................................................47
Hình 33: Tiến trình dự trữ tài nguyên .............................................................48
Hình 34: Thiết lập LSP với RSVP-TE..............................................................52
Hình 35: Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng...................................................57
Hình 36: Hàng đợi CQ ......................................................................................58
Trang-12-
Hình 37: Hàng đợi PQ.......................................................................................59
Hình38: Giải thuật Leaky Bucket.....................................................................60
Hình39: Giải thuật Token Bucket ...................................................................61
Hình 40: Mô hình chồng phủ (Overlay Model)................................................62
Hình 41: Các trung kế lưu lượng......................................................................63
Hình 42: Một ví dụ băng thông dự trữ cho từng mức ưu tiên.........................68
Hình 43: Minh họa cách dùng bit Affinity và Resource-Class........................69
Hình 44: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên..............................70
Hình 45: Xem xét các ràng buộc khống chế.....................................................72
Hình 46: Xem xét tài nguyên khả dụng............................................................73
Hình 47: Chọn đường tốt nhất..........................................................................74
Hình 48: Mô hình Makam ................................................................................77
Hình 49: Mô hình Haskin .................................................................................78
Hình 50: Mô hình Shortest-Dynamic ...............................................................79
Hình 51: Mô hình Simple-Dynamic..................................................................80
Hình 52: Dữ liệu đầu vào và kết xuất của NS ..................................................81
Hình 53: Topology vật lý mạng thực hiện mô phỏng.......................................82
Hình 54: Kết quả băng thông nhận được ở bài 1.............................................83
Hình 55: Mô phỏng trực quan bài 1 trong cửa sổ NAM..................................84
Hình 56: Kết quả băng thông nhận được ở bài 2.............................................85
Hình 57: Mô phỏng trực quan bài 2 trong cửa sổ NAM..................................86
Hình 58: Xuất nội dung bảng LIB ở các LSR ra màn hìn console..................86
Hình 59: Kết quả băng thông nhận được ở bài 3.............................................88
Hình 60: Mô phỏng trực quan bài 3 trong cửa số NAM..................................88
Hình 62 Đường đi của lưu lượng trước thời điểm sự cố..................................90
Hình 63: Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Makam)....................91
Hình 64: Kết quả băng thông nhận được ở bài 5.............................................92
Hình 65: Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Haskin).....................92
Hình 66: Kết quả băng thông nhận được ở bài 6.............................................93
Hình 67: Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Shortest-Dynamic)...94
Hình 68: Kết quả băng thông nhận được ở bài 7.............................................95
Hình 69: Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Simple-Dynamic) .....95
Trang-13-
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP
và sự bùng nổ Internet đã dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh
của các nhà khai thác. Lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục là lưu lượng
IP. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp mạng, hệ quả là tất cả các
xu hướng phát triển công nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP. Nhu cầu thị trường
cấp bách cho mạng tốc độ cao với chi phí thấp là cơ sở cho một loạt các công
nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS.
Công nghệ MPLS đã chứng minh được tính ứng dụng thực tiễn các tính
năng vượt trội của nó so với các công nghệ chuyển mạch truyền thống khác
như ATM. Tập đoàn BCVT Việt Nam đã lựa chọn IP/MPLS làm công nghệ
cho lớp chuyển tải mạng NGN đang triển khai trên phạm vi toàn quốc. Một
trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu
lượng. Đây cũng là đối tượng nghiên cứu chính của học viên khi thực hiện luận
văn này.
Luận văn được tổ chức thành 4 chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức : Giới thiệu tổng
quan công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế
hoạt động của MPLS.
Chương 2 - Định tuyến và báo hiệu MPLS : Trình bày các kỹ thuật định
tuyến được hỗ trợ bởi MPLS, các chế độ báo hiệu và một số giao thức báo hiệu
phân phối nhãn của MPLS.
Chương 3 - Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS : Trình bày các khái niệm
và mục tiêu của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ chế thực hiện kỹ thuật
lưu lượng của MPLS.
Nội dung tập trung vào vấn đề ánh xạ lưu lượng lên topology
vật lý, tức là tính toán đường đi tốt nhất qua mạng của lưu lượng sao cho
mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy. Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một
trong những nhiệm vụ của kỹ thuật lưu lượng cũng được trình bày trong
chương này.
Trang-14-
Chương 4 - Mô phỏng MPLS-TE và đánh giá : Học viên báo cáo kết
quả thực hiện mô phỏng MPLS-TE trên máy tính với phần mềm NS-2 để làm
rõ cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Các mô hình bảo vệ khôi
phục lưu lượng của MPLS cũng được mô phỏng trong phần này.
Trang-15-
Chương 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC
MPLS
1.1 Tổng quan
MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”. Thuật ngữ multi-
protocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao
thức lớp mạng chứ không chỉ riêng có IP. MPLS cũng hoạt động tốt trên bất
kỳ các giao thức lớp liên kết. Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc
tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 (Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2
(Layer 2 switching).[1]
1.1.1 Tính thông minh phân tán
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung
ở mạng lõi (core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng
lõi như các tổng đài chuyển tiếp hay các trung tâm chuyển mạch di động
MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ như
các tổng đài nội hạt, truy nhập…
Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị
trong mạng. Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và
chuyển mạch. Đây là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP.
Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì
mạng càng hoạt động tốt. Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải
chịu tải rất cao. Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực
chuyển tải cao. MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch:
Các router ở biên thực hiện định tuyến và gắn nhãn (label) cho gói. Còn các
router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao
dựa vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra ngoài biên là một trong những ưu
điểm lớn nhất của MPLS[1].
Trang-16-
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI
Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI
MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm
trên lớp 2 nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi nó là lớp 2,5.
Hình 2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS
Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và
chuyển tiếp theo một đường dẫn 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[1].
Trang-17-
1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS
1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)
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[6].
Hình 3: Miền MPLS
Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và
phần mạng biên (edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển
mạch nhãn LSR (Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được
gọi là transit-LSR hay core-LSR (thường được gọi tắt là LSR). Các nút ở
biên được gọi là router biên nhãn LER (Label Edge Router). Nếu một LER là
nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi
là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó được gọi là LER
lối ra (egress-LER). Lưu ý là các thuật ngữ này được áp dụng tùy theo chiều
của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LER
vừa là egress-LER tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét.
Hình 4: Upstream và downstream LSR
Trang-18-
Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ
thuộc vào chiều của luồng lưu lượng như chỉ ra trên hình 4. Các tài liệu
MPLS thường dùng ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký
hiệu Rd để biểu thị cho downstream-LSR.
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là
một tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR. Như vậy, FEC là một
nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn
LSP, được đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi
một LSR cho dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp mạng. Hình 5
dưới đây cho thấy cách xử lý này[1].
Hình 5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS
1.2.3 Nhãn và chồng nhãn
RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố
định, mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC”. Nhãn được “dán” lên
một gói để báo cho LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài
20 bit không cấu trúc, như vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 (hơn một triệu
giá trị). Giá trị nhãn định nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển
tiếp[6].
Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa
trong một nơi gọi là chồng nhãn (label stack). Chồng nhãn là một tập hợp gồm
Trang-19-
một hoặc nhiều chỉ mục nhãn tổ chức theo nguyên tắc vào sau ra trước (LIFO).
Tại mỗi chặng trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh chồng nhãn.
Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói.
Hình 6: Chồng nhãn
Nếu gói tin chưa có nhãn thì chồng nhãn là rỗng(độ sâu của chồng nhãn
bằng 0). Nếu chồng nhãn có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy của chồng nhãn
(bit S trong mục nhập nhãn đặt lên 1) và mức d sẽ ở đỉnh của chồng nhãn. Một
mục nhập nhãn có thể được đặt thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi chồng
nhãn.
1.2.4 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 chồng nhãn và dùng ánh xạ ILM
(Incoming Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một mục nhập chuyển tiếp
nhãn NHLFE. Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để
chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên chồng nhãn. Rồi nó mã hóa chồng
nhãn mới vào gói và chuyển gói đi. Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương
tự nhưng xảy ra ở ingress-LER. LER phải phân tích header lớp mạng để
xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to-NHLFE) để ánh xạ FEC vào
một NHLFE[1].
1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)
Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router lối vào và
router lối 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
Trang-20-
các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi
nhãn. Khái niệm LSP tương tự như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM.
Hình 7: Đường chuyển mạch nhãn LSP
Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử
dụng VPI và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP).
Tuy nhiên ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số
mức phân cấp cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều mục nhập nhãn
trong chồng nhãn. Về lý thuyết, giới hạn số lượng nhãn trong chồng nhãn phụ
thuộc giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết
được dùng dọc theo một LSP[1].
Hình 8: Phân cấp LSP trong MPLS
Trang-21-
1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS
Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói IP đi qua
miền MPLS. Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS được router
A đóng vai trò là một ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi
chuyển tiếp đến router B. Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra
nhãn của gói tin. Nó thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C.
Tại C, việc kiểm tra cũng tương tự như ở B và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói
tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục được đưa đến router D.
Hình 9: Gói IP đi qua mạng MPLS
Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn
và gỡ bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường
đi ra khỏi miền MPLS. Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như
router B và C sẽ không phải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin
mà nó chỉ việc kiểm tra các giá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển
tiếp. Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định
tuyến IP truyền thống. Đường đi từ router A đến router D được gọi là đường
chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)[1].
1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS
1.3.1 Mã hóa chồng nhãn
Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hoá
cùng với một số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói
Trang-22-
để hình thành một mục nhập nhãn. Hình 10 minh họa định dạng một mục nhập
nhãn trong chồng nhãn[1].
Hình 10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS
Nhóm 32 bit ở hình trên là một mục nhập trong chồng nhãn, trong đó phần
giá trị nhãn thực sự chỉ có 20 bit. Tuy nhiên người ta thường gọi chung cho cả
mục nhập 32 bit nói trênlà một nhãn. Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân
biệt là đang xem xét giá trị nhãn 20 bit hay nói về mục nhập 32 bit trong chồng
nhãn. Phần thông tin 12 bit cộng thêm gồm các trường sau đây:
. EXP (một số tài liệu gọi là CoS - Class of Service – Lớp dịch vụ) –
Gồm 3 bit, có thể là một hàm của trường TOS (Type of Service- Loại
dịch vụ) hoặc Diffserv- Dịch vụ phân biệt trong gói IP. Đa số các nhà
sản xuất sử dụng các bit này để mang chỉ thị QoS, thường là copy trực
tiếp từ các bit TOS trong gói IP. Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử
dụng các bit EXP theo cách giống như các bit ưu tiên trong IP.
. S – Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của chồng nhãn. Khi một nhãn nằm ở đáy
chồng nhãn, thì bit S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0. Bit
S là phương tiện để xác định đáy của chồng nhãn nằm ở đâu.
. TTL – Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL của header
IP, được giảm đi 1 qua mỗi chặng để chặn loop định tuyến giống như
IP. Tuy nhiên, các bit TTL cũng có thể được đặt khác với TTL trong
gói IP, thường dùng khi nhà khai thác mạng muốn che giấu topology
mạng MPLS. MPLS có thể hoạt động ở các chế độ: chế độ frame và
chế độ cell.
Trang-23-
1.3.2 Chế độ Frame
Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có trường
nào phù hợp trong header của frame có thể mang nhãn. Vì vậy, chồng nhãn sẽ
được chứa trong header chêm (shim header). Shim header được “chêm” vào
giữa header lớp liên kết và header lớp mạng, như trong hình 11. Đỉnh chồng
nhãn nằm liền sau header lớp 2 và đáy chồng nhãn nằm liền trước header lớp
mạng.
Hình 11: Shim header được “chêm” vào giữa header lớp 2 và lớp 3
Router gởi frame phải có cách để báo cho router nhận biết rằng frame
này có chứa shim header, cách thức này khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2.
Ethernet sử dụng cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang
mang gói MPLS unicast và multicast tương ứng. PPP sử dụng NCP
(Network Control Program) sửa đổi gọi là MPLSCP (MPLS Control
Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa shim header bằng giá trị
0x8281 trong trường PPP Protocol.
1.3.3 Chế độ Cell
Chế độ Cell được dùng khi ta có một mạng gồm các ATM-LSR (là
các chuyển mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao
thức phân phối nhãn MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo
hiệu ATM. Nhãn được mã hoá trong trường gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc
VCI của header cell ATM (RFC 3035).
Trang-24-
Hình 12: Nhãn trong chế độ cell ATM
Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload. Để chuyển tải gói tin
có kích thước lớn hơn 48 byte từ lớp trên đưa xuống (ví dụ gói IP),
ATM phải chia gói tin thành nhiều phần nhỏ hơn, việc này gọi là phân đoạn
(fragmentation). Quá trình phân đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer)
đảm trách. Cụ thể, AAL5 PDU sẽ được chia thành nhiều đoạn 48 byte, mỗi
đoạn 48 byte này được thêm header 5 byte để tạo ra một cell ATM[2].
Hình 13: Đóng gói (encapsulation) gói có nhãn trên liên kết ATM
Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ chồng nhãn được đặt
trong AAL5 PDU. Giá trị thực sự của nhãn đỉnh được đặt trong trường
VPI/VCI, hoặc đặt trong trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một
đường ảo ATM (VP). Mục nhập đỉnh chồng nhãn phải chứa giá trị 0 (coi như
mục nhập “giữ chỗ”) và được bỏ qua khi nhận. Lý do các nhãn phải chứa ở cả
trong AAL5 PDU và header ATM là để mở rộng độ sâu chồng nhãn. Khi các
cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp lại. Nếu có nhiều nhãn trong
chồng nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn hiện hành trên đỉnh
chồng nhãn sẽ được đặt vào trường VPI/VCI.
Trang-25-
1.4 Cấu trúc chức năng MPLS
1.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)
Hình 14 minh họa mặt phẳng điều khiển và chuyển tiếp của LSR
và LER. Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếp
với các LSR, LER khác hoặc các router IP thông thường bằng các giao
thức định tuyến IP. Kết quả là một cơ sở thông tin định tuyến RIB (Routing
Information Base) được tạo lập gồm các thông tin miêu tả các các route khả
thi để tìm đến các prefix địa chỉ IP. LER sẽ sử dụng các thông tin này để
xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Forwarding Information Base)
trong mặt phẳng chuyển tiếp[1].
Hình 14: Cấu trúc của LER và transit-LSR
Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS dùng để giao tiếp với
các LSR khác bằng một giao thức phân phối nhãn. Kết quả là một cơ sở
thông tin nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan
đến các gán kết nhãn đã được thương lượng với các router MPLS khác. Thành
phần báo hiệu MPLS nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây
dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information
Trang-26-
Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp. Một LER có thể có thể chuyển tiếp các gói
IP, gắn nhãn vào gói (label push), hoặc gỡ nhãn ra khỏi gói (label pop), trong
khi đó một transit-LSR chỉ có khả năng chuyển tiếp gói có nhãn, thêm hoặc bỏ
bớt nhãn.
1.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu)
Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu
của user. Nó sử dụng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB để thực hiện
chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ vào giá trị của nhãn nằm trên đỉnh
chồng nhãn.
1.4.2.1 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 chặng 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 mục nhập là ILM (incoming label
map) và FTN (FEC-to-NHLFE). NHLFE là mục nhập phụ chứa các trường như
địa chỉ chặng kế, các tác vụ chồng nhãn, giao diện ra và thông tin header lớp 2.
ILM ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE. Nhãn trong gói đến sẽ dùng
để chọn ra một mục nhập ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE. Còn FTN ánh xạ
mỗi FEC vào một hoặc nhiều NHLFE. Nhờ các mục nhập FTN, gói chưa có
nhãn được chuyển thành gói có nhãn[1].
Hình 15: FTN, ILM và NHLFE
Trang-27-
Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS,
ingress-LER sẽ sử dụng một mục nhập LFIB loại FTN để chuyển gói không
nhãn thành gói có nhãn. Sau đó, tại các transit-LSR sử dụng một mục nhập
LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vào bằng nhãn ra. Cuối cùng, tại egress-LER
sử dụng một mục nhập LFIB loại ILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói
không nhãn đến router kế tiếp.
1.4.2.2 Thuật toán chuyển tiếp nhãn
Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ
mục để tra bảng LFIB. Khi tìm thấy mục nhập tương ứng với nhãn đến, nút
MPLS thay thế nhãn trong gói bằng nhãn ra và gởi gói đi qua giao diện ra để
đến chặng kế được đặc tả trong mục nhập phụ NHLFE. Nếu mục nhập phụ 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[1].
Hình 16: Quá trình chuyển tiếp một gói đến chặng kế
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 ASIC.
1.4.2.3 Mục nhập chuyển tiếp nhãn ở chặng kế tiếp (NHLFE )
NHLFE là mục nhập phụ của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông tin sau:
- Hop kế (chặng tiếp theo) của gói
- Tác vụ sẽ được tiến hành trên chồng nhãn của gói như sau:
Trang-28-
- Swap: Thay nhãn ở đỉnh của chồng nhãn bằng một nhãn mới được chỉ định.
- Pop: Bóc một nhãn ra khỏi chồng nhãn.
- Push: Chồng thêm một nhãn vào trong chồng nhãn.
Hình 17: Một ví dụ NHLFE
Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:
- Đóng gói lớp liên kết dữ liệu để sử dụng khi truyền gói
- Cách thức mã hóa chồng nhãn khi truyền gói
- Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác.
1.4.3 Mặt phẳng điều khiển
Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối các
thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB.
Trong hình 14, một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến
RIB hoạt động kết hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng
thông tin nhãn LIB để phân phối cácnhãn. Việc phân tách mặt phẳng điều
khiển và mặt phẳng chuyển tiếp cho phép cài đặt một giao thức điều khiển
MPLS trên một ATM switch. Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi
các router IP cổ điển chỉ cần định tuyến IP? Một lý do quan trọng phải dùng
giao thức báo hiệu MPLS kết hợp với một giao thức định tuyến xuất phát từ sự
cần thiết phải thực hiện định tuyến ràng buộc của đường chuyển mạch nhãn
MPLS.
1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS
1.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp
FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong header
IP được dùng bởi FIB. Một FEC được dùng thường dựa theo luật “longest
prefix match” trên địa chỉ IP đích. Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16 bit đầu có
dạng “a.b.*.*” (trong đó * đại diện cho giá trị hợp lệ bất kỳ) được biểu diễn là
“a.b/16” cho mục nhập FEC đầu tiên trong bảng FIB. FEC còn có thể căn cứ bổ
Trang-29-
sung theo các trường khác trong header IP như ToS hay Diffserv. FIB sử dụng
FEC để xác định ra giao tiếp đi đến chặng kế cho các gói IP, cách thực hiện
giống như các router cổ điển.
Hình 18: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS
Cho các ví dụ từng hoạt động LFIB ở hình 18. Phần ILM (incoming
label map) của LFIB thao tác trên một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào
(incoming label) tới một tập các mục nhập NHLFE. ILM được thể hiện
trong hình bởi các cột IN-IF và IN-LBL, nhưng cũng có thể là một bảng
riêng rẽ cho một giao tiếp. FTN (FEC-to-NHLFE) của FIB ánh xạ một FEC tới
một tập hợp gồm một hoặc nhiều NHLFE. Như ví dụ trong hình, nhãn A được
gắn (push) lên các gói IP thuộc FEC “d.e/16”. Lưu ý là ILM hoặc FTN có thể
ánh xạ tới nhiều NHLFE, chẳng hạn để dùng trong cân bằng tải[1].
1.5.2 Gỡ nhãn ở chặng áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping)
Một tối ưu hóa quan trọng mà MPLS hỗ trợ là tránh việc tra cứu
nhãn (label lookup) phải xử lý ở egress-LER trong trường hợp một gói đi
trên một LSP mà yêu cầu tra cứu IP (IP lookup) tiếp ngay sau đó. Ở trong hình
18, một gói đến có nhãn A được gỡ nhãn (pop) và chuyển sang FIB để tra cứu
Trang-30-
tiếp trên header IP. Để tránh việc xử lý phát sinh thêm này, MPLS định nghĩa
một tiến trình gọi là gỡ nhãn ở chặng áp cuối PHP (penultimate hop
popping), trong đó router áp cuối trên LSP sẽ gỡ nhãn thay vì egress-LER phải
làm việc đó. Nhờ vậy cắt giảm được việc xử lý ở router cuối cùng trên LSP.
1.5.3 Một ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói
Trong ví dụ này thể hiện đường đi và các hoạt động chuyển tiếp được
thực hiện ở mỗi nút cho 2 LSP là LSP-1 và LSP-2. LSP-1 bắt đầu từ LER E1,
tại đó có một gói IP đến với địa chỉ đích là “a.b.c.d”. LER E1 kiểm tra bảng
FIB của nó và xác định rằng gói này thuộc về FEC “a.b.c/24”, nó gắn nhãn A
lên gói và xuất ra trên giao tiếp số 2. Tiếp theo, LSR S1 thấy có gói gắn nhãn
A đến trên giao tiếp số 1, LFIB của nó chỉ thị rằng gói sẽ xuất ra trên giao tiếp
số 4 và nhãn sẽ được thay thế bằng nhãn D. Gói có nhãn đi ra trên giao tiếp số
4 trên LSR S1 nối đến giao tiếp số 1 trên LSR S4.
Hình 19: Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói
Vì LSR S4 là chặng áp cuối của LSP-1 nên thao tác được chỉ thị trong
LFIB của nó là gỡ nhãn (pop) và gởi gói đi ra trên giao tiếp số 4. Cuối cung, ở
đích là LER E4, mục nhập FIB thao tác trên FEC “a.b.c/24” và chuyển phát gói
đến chặng kế trên giao tiếp ra số 3. Đối với ví dụ ở LSP-2, các mục nhập trong
FIB và LFIB cũng được thể hiện tương tự như đã trình bày đối với LSP-1.
Tải về để xem bản đầy đủ
126 trang
14/04/2025
100
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_ky_thuat_luu_luong_trong_mang_chuyen_mach_nhan_da_g.pdf
