2.1 Một số vấn đề cơ bản
2.1.2 Một sồ vấn đề liên quan đến nhãn (Label)
Không gian nhãn
Nhãn có thể được ấn định giữa các LSR được lấy từ không gian nhãn. Có 2 dạng không gian nhãn đó là: Không gian nhãn theo từng giao diện và Không nhãn theo từng node (theo tất cả các giao diện). Cả 2 loại không gian nhãn này được minh hoạ trong hình 2.1.
Dạng không gian nhãn thứ nhất là Không gian nhãn theo từng giao diện. Nhãn được kết hợp với một giao diện nào đó trên một LSR, chẳng hạn như giao diện DS3 hay SONET. Không gian nhãn này thường được sử dụng với các mạng ATM và FR, trong đó các nhãn nhận dạng kênh ảo được kết hợp với 1 giao diện. Không gian nhãn loại này được sử dụng khi 2 thực thể đồng cấp được kết nối trực tiếp trên một giao diện, và nhãn được sử dụng chỉ để nhận dạng lưu lượng gửi trên giao diện. Nếu LSR sử dụng một giá
trị giao diện để giữ một bản ghi các nhãn trên mỗi giao diện, thì một giá trị nhãn có thể được tái sử dụng tại mỗi giao diện. Theo một nghĩa nào đó, bộ nhận dạng giao diện này trở thành một nhãn bên trong tại LSR, khác với nhãn bên ngoài được gửi giữa các LSR.
Không gian nhãn theo t ừng node (t ất cả giao di ện) LSR
a-giao diện b-giao diện Không gian nh ãn
1-5000
Không gian nh ãn 1-5000
Không gian nhãn theo t ừng giao di ện
LSR
Tất cả các giao diện Không gian nh ãn
1-5000
Hình 2.1. Các loại không gian nhãn
Dạng không gian nhãn thứ 2 là Không gian nhãn theo từng node. Trong không gian nhãn này, nhãn đến được dùng chung với tất cả các giao diện ở trên node. Điều này có nghĩa là node (host hay LSR) phải ấn định nhãn trên tất cả giao diện.
Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn
Một yêu cầu cần thiết với nhãn đó là một nhãn phải nhận dạng một FEC sao cho không có sự nhầm lẫn. Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng cũng không quá dễ để thực hiện. Chẳng hạn, một node nào đó có thể nhận được 1 nhãn giống nhau từ 2 node khác đến, hay một ví dụ khác đó là một nhãn có thể nhận được từ một node không kết nối trực tiếp.
Bất cứ trường hợp nào xảy ra thì một LSR không được ràng buộc nhãn với 2 FEC khác nhau trừ khi nó có phương pháp nào đó để nhận biết rằng gói đang đến là của LSR nào. Vì vậy, mặc dù MPLS có nhiều qui tắc trong việc ràng buộc các nhãn với các FEC, song ý tưởng chính phải nhớ đó là: mỗi LSR phải có khả năng hiểu và thông dịch nhãn với FEC tương ứng của nó.
Hình 2.2 đưa ra 4 kịch bản về việc MPLS thiết lập các qui tắc về tính duy nhất của nhãn trong không gian nhãn như thế nào. Trong các kịch bản này, chúng ta sử dụng kí hiệu Ru và Rd cho LSR đường lên và LSR đường xuống.
FEC F
LSR- Ru1 LSR- Rd
FEC F
LSR- Ru1 LSR- Rd
L1
L2
FEC F1
LSR- Ru2 LSR- Rd
FEC F2
LSR- Ru2 LSR- Rd
L
L
(1)
(2)
(3)
(4)
Kh«ng gian nh·n 1-5000
Hình 2.2. Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn
Kịch bản 1: LSR Rd ràng buộc nhãn L1 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru1.
Kịch bản 2: LSR Rd ràng buộc nhãn L2 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru2.
Kịch bản 3: LSR Rd ràng buộc nhãn L với FEC F1 và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru1.
Kịch bản 4: LSR Rd ràng buộc nhãn L2 với FEC F2 và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru2.
Với kịch bản 1 và 2, đó là vấn đề cục bộ liệu L1 có bằng L2. Với kịch bản 3 và 4, qui tắc sau được áp dụng: Nếu khi Rd nhận được 1 gói mà nhãn trên cùng của nó là L, Rd có thể xác định liệu nhãn đó được đặt vào bởi Ru1 hay Ru2, lúc đó MPLS không yêu cầu F1 bằng F2. Do đó, với kịch bản 3 và 4, Rd đang sử dụng các không gian nhãn khác nhau để phân bổ ràng buộc tới Ru1 và Ru2, đó là ví dụ về việc sử dụng không gian nhãn theo từng giao diện.
Ngăn xếp nhãn
Chuyển mạch nhãn được thiết kế để mở rộng các mạng lớn, và MPLS hỗ trợ chuyển mạch nhãn với các hoạt động phân cấp; sự hỗ trợ này dựa trên khả năng của MPLS đó là có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói. Ngăn xếp nhãn cho phép các LSR được thiết kế để hoán đổi thông tin với một LSR khác và tác động như các node biên trong miền các mạng lớn và các LSR khác. Cần chú ý rằng những LSR này là các node bên trong và không liên quan đến chính chúng với các đường đi liên miền hay với các nhãn được kết hợp với những tuyến đường này.
Quá trình xử lý một gói đã được dãn nhãn là độc lập hoàn toàn với mức phân cấp;
nghĩa là, mức nhãn là không liên quan tới LSR. để làm cho quá trình đơn giản, quá trình xử lý luôn dựa vào nhãn trên cùng, mà không xem xét đến khả năng đó là: có thể một số nhãn khác đã ở trên nó trước đây hay một số nhãn khác đang ở bên dưới nó lúc này.
Nếu ngăn xếp nhãn của gói có độ sâu m, nhãn tại đáy của ngăn xếp được xem như là nhãn mức 1, nhãn trên nó là nhãn mức 2, và nhãn trên cùng là nhãn mức m. Trong hình 2.3, chúng ta có 3 LSR là các thành viên của cùng một miền (miền B) và LSR A và LSR C là các LSR biên. Ví dụ này cũng thừa nhận rằng miền này là miền chuyển tiếp (nghĩa là gói không bắt đầu hay kết thúc tại miền này). Người ta muốn cô lập các LSR bên trong miền khỏi những hoạt động này.
LSR X và LSR Y là các router biên được thiết kế cho miền A và miền C. Để phát hành các địa chỉ từ miền C, LSR Y phân phát thông tin tới LSR C, LSR C lại phân phát thông tin đến LSR A, sau đó LSR A phân phát thông tin tới LSR X. Thông tin không được phân phát tới LSR B bởi vì LSR B là LSR bên trong.
X
Domain A Exterior LSR
Y
Domain C Exterior LSR
A
B
C
Exterior LSR
Interior LSR
Exterior LSR
Domain B Label Set 1
Label Set 2
Hình 2.3. Ngăn xếp nhãn và cấu trúc phân cấp
Hai mức nhãn được sử dụng. Khi lưu lượng đi qua miền B, mức nhãn thứ nhất được sử dụng và các nhãn liên quan đến các hoạt động liên miền được đẩy xuống trong ngăn xếp nhãn của gói.
a C
b c
A
B
D e
a b E s b F d
H
c
IN OUT
a.21 b.42
c.push 33 c.push 33
IN OUT
a.33 e.14
IN OUT
b.14 s.pop
IN OUT
b.21 b.42
d.70 c.61
Table Table Table Table
IP 21 IP 21 33 IP 21 14 IP 21
G
IP 70
IP 42 IP 42 33 IP 42 14 IP 42 IP 61
Hình 2.4. Ví dụ về ngăn xếp nhãn: LSR E lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp
Hình 2.4 biểu diễn các ví dụ về ngăn xếp nhãn. Các node A, B, G, và H là các node bên ngoài (các LSR lối ra và lối vào) còn miền bên trong gồm các node C, D, E và F. Các bảng LSR tại node C và F có ngăn xếp nhãn với độ sâu là 2. Các bảng LSR D và LSR E có ngăn xếp nhãn với độ sâu 1. Trong ví dụ này, các khả năng MPLS được mở rộng ra
ngoài tới các node A, B, G và H. Dó đó, đằng sau những node này có thể là những node không có khả năng MPLS, chẳng hạn như các trạm làm việc hay các server.
Node A gửi 1 gói tới node C với nhãn 21. Node C hỏi bảng nhãn của nó và quyết định rằng nhãn được đẩy xuống và nhãn 33 được sử dụng giữa node C và node D. Gói gửi tới node D có 2 nhãn, nhưng nhãn 21 không được kiểm tra bởi node D. Bảng nhãn của nó chỉ đạo nó hoán đổi nhãn 33 cho nhãn 14 và chuyển tiếp gói ra giao diện e, tuyến nối đến node E.
Khi node E nhận được gói này, bảng nhãn của nó hướng dẫn node E lấy nhãn tiếp theo và sau đó gửi gói tới giao diện s. Bây giờ chỉ có 1 nhãn trong tiêu đề. Tại node F, giá trị nhãn 21 trên giao diện b được ràng buộc với nhãn 70 trên giao diện d, tuyến nối tới node G.
Ví dụ thứ 2 trong hình 2.4 là một gói đến từ node B, với giá trị nhãn 42. Bảng nhãn tại node C chỉ ra rằng nhãn này được đẩy vào ngăn xếp, và nhãn 33 được sử dụng như là nhãn bên ngoài. Quá trình xử lý sau đó là giống như trong ví dụ thứ nhất cho đến khi gói đến node F. Đến đây, nhãn 42 được lấy ra và được ràng buộc với nhãn 61 trên giao diện c, tuyến nối đến node H.
Trong ví dụ này, chỉ một ràng buộc nhãn được cần tại các LSR bên trong để xử lý 2 nhãn bên ngoài. Tất nhiên, có thể ràng buộc hàng ngàn nhãn từ các node bên ngoài tới một ràng buộc nhãn ở bên trong miền.
a C
b c
A
B
D e
a b E s b F d
H
c
IN OUT
a.21 b.42
c.push 33 c.push 33
IN OUT
a.33 e.14
IN OUT
b.14 s.12
IN OUT
b.12 b.12
d.pop c.pop
Table Table Table Table
IP 21 IP 21 33 IP 21 14
G
IP 70
IP 42 IP 42 33 IP 42 14 IP 61
IP 21 12
IP 42 12
Hình 2.5 biểu diễn một ví dụ khác. Trong ví dụ này, LSR F thực hiện lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp chứ không phải là LSR E làm điều đó. LSR E xử lý nhãn bên ngoài như là LSR D đã làm.
Hình 2.5. Ví dụ về ngăn xếp nhãn: LSR F lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp
a C
b c
A
B
D e
a b E s b F d
H
c
IN OUT
a.21 b.42
c.push 33 c.push 33
IN OUT
a.33 e.14
IN OUT
b.14 s.pop
IN OUT
b.21 b.42
d.pop c.pop
Table Table Table Table
IP 21 IP 21 33 IP 21 14
G
IP
IP 42 IP 42 33 IP 42 14 IP
IP 21
IP 42
Hình 2.6. Ví dụ về ngăn xếp nhãn: nhãn được lấy 2 lần tại LSR E và F
Hình 2.6 biểu diễn thêm một ví dụ về ngăn xếp nhãn. Trong ví dụ này, các node G và H không là các LSR. Chúng là các trạm đầu cuối, chẳng hạn như là các router hay server, chúng không được cấu hình để hỗ trợ các hoạt động MPLS. Có 2 sự lấy nhãn trong ngăn xếp xảy ra, đầu tiên là tại LSR E và thứ hai là tại LSR F.
Cả 3 kịch bản về ngăn xếp nhãn trong các hình 2.4, 2.5 và 2.6 đều được cho phép sử dụng trong mạng MPLS.
Sự duy trì nhãn
MPLS định nghĩa 2 chế độ để duy trì nhãn.
Chế độ thứ nhất là chế độ duy trì đầy đủ. Trong chế độ này các ràng buộc nhãn và các tiền tố địa chỉ được lưu giữ trong cả các node đường lên và các node đường xuống.
Chế độ thứ hai là chế độ duy trì nhãn hạn chế. Trong chế độ này LSR chỉ lưu trữ ràng buộc nhãn được ấn định bởi LSR đường xuống.
Để tóm tắt các chế độ duy trì nhãn, các đặc tả MPLS đưa ra những phương pháp sau để duy trì hay huỷ bỏ nhãn.
Một LSR Ru có thể nhận 1 ràng buộc nhãn với 1 FEC nào đó từ một LSR Rd, mặc dù Rd này không là chặng kế tiếp của Ru (hay không còn là chặng kế tiếp của Ru) với FEC đó.
Ru có hơn 1 sự lựa chọn liệu có giữ một bản ghi về các ràng buộc như vậy, hay là loại bỏ các ràng buộc như vậy.
Nếu Ru giữ một bản ghi những ràng buộc như vậy, nó có thể sử dụng lại ràng buộc nếu sau đó Rd trở thành chặng kế tiếp của sau đó. Nếu Ru loại bỏ những ràng buộc như vậy thì sau đó nếu Rd trở thành chặng kế tiếp, ràng buộc sẽ phải yêu cầu lại.
Nếu một LSR hỗ trợ “chế độ duy trì nhãn đầy đủ”, nó duy trì các ràng buộc giữa một nhãn và một FEC nhận được từ các LSR không là chặng kế tiếp của FEC đó. Nếu LSR hỗ trợ “chế độ duy trì nhãn hạn chế”, nó sẽ loại bỏ các ràng buộc như thế.
Tổng hợp FEC
Một cách để phân chia lưu lượng vào trong các FEC là tạo 1 FEC riêng biệt cho mỗi tiền tố địa chỉ xuất hiện trong bảng định tuyến, như biểu diễn trong hình 2.7(a). Giải pháp này có thể tạo ra 1 tập các FEC cho phép cùng đi một đường tới node lối ra. Trong tình huống này, bên trong một miền MPLS, những FEC riêng biệt thực là vô ích. Theo quan điểm MPLS, hợp nhất những FEC đó thành một FEC. Tình huống này tạo ra một sự lựa chọn: Ràng buộc một nhãn riêng với 1 FEC, hay ràng buộc 1 nhãn với tổ hợp FEC và sử dụng nhãn kết hợp cho tất cả lưu lượng bên trong tổ hợp, như biểu diễn trong hình 2.7(b).
Egress
Routing Table Node
172.16.10.5/16 172.16.17.3/16 172.16.12.8/16 192.168.14.7/24 192.168.14.20/24
Ingress Node
1 Prefix = 1 FEC
(a) Các FEC riêng biệt cho mỗi tiền tố địa chỉ
Egress Node
Routing Table 172.16.10.5/16 172.16.17.3/16 172.16.12.8/16 192.168.14.7/24 192.168.14.20/24
Ingress Node
n Prefix = 1 FEC
(b) Tổng hợp FEC
Hình 2.7. Không tổng hợp và tổng hợp FEC
Thủ tục ràng buộc 1 nhãn duy nhất với tổ hợp các FEC, để tạo thành 1 FEC (trong cùng miền MPLS), và áp dụng nhãn đó cho tất cả lưu lượng trong tổ hợp FEC được gọi là sự tổng hợp (aggregation). Sự tổng hợp có thể làm giảm số các nhãn được cần để xử lý một tập các gói và cũng có thể giảm lưu lượng điều khiển phân bổ nhãn.
Một tập các FEC có thể (a) được tổng hợp vào trong một FEC duy nhất, (b) được tổng hợp vào trong một tập các FEC, (c) hay không được tổng hợp tý nào. Đặc tả về MPLS sử dụng thuật ngữ “hạt” để mô tả sự tổng hợp (ở đây có thể hiểu khái niệm hạt là liên quan đến kích thước và mức mô tả, phân biệt chi tiết của dòng lưu lượng đến đâu, và rõ ràng là khi tổng hợp thì các dòng lưu lượng nhỏ tạo thành dòng lưu lượng lớn hơn nên các tham số mô tả dòng lớn sẽ không chi tiết, cụ thể như các dòng nhỏ - do đó người ta nghĩ đến việc dòng lưu lượng lúc này thô như các hạt đang chảy), có những kiểu hạt sau đây: (a) dạng hạt thô nhất, (b) dạng hạt mịn nhất.
Hợp nhất nhãn
Với hợp nhất nhãn, nhiều gói đến với nhãn khác nhau được áp một nhãn duy nhất trên giao diện lối ra (cùng giao diện). Ý tưởng được minh hoạ trong hình 2.8. LSR C gửi
3 gói tới LSR D, với nhãn 21, 24, và 44 trong các tiêu đề nhãn. LSR D hợp nhất những nhãn này vào trong nhãn 14 và gửi 3 gói tới LSR E.
C c a D e b E
IN OUT
a.21 a.24 a.44
e.14 e.14 e.14
Table
IP 24 IP 21
IP 44
IP 14 IP 14
IP 14
Hình 2.8. Hợp nhất nhãn
MPLS hỗ trợ cả 2 loại LSR, đó là loại LSR có thể thực hiện hoạt động hợp nhất và LSR không hỗ trợ hoạt động hợp nhất. Những qui tắc cơ bản cho cả 2 loại LSR này là khá đơn giản: (a) một LSR đường lên hỗ trợ hợp nhất nhãn chỉ cần được gửi 1 nhãn cho các FEC; (b) một LSR đường lên không hỗ trợ hợp nhất nhãn phải được gửi 1 nhãn cho mỗi FEC; (c) nếu một LSR đường lên không hỗ trợ hợp nhất nhãn, thì nó phải yêu cầu 1 nhãn cho mỗi FEC.
Nhiều kết quả xung quanh việc hợp nhất nhãn giải quyết vấn đề thực hiện MPLS trên các mạng ATM. Do đó, chúng ta sẽ nói vấn đề này rõ hơn trong phần ứng dụng của MPLS – MPLS với mạng ATM.
2.1.3 Một số vấn đề liên quan đến ràng buộc nhãn (FEC/Label)