CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG KHÁC
6.6 CÔNG NGHỆ CHUYẾN MẠCH NHẢN ĐA GIAO THỨC
6.6.2 Mô hình và các thành phần của mạng MPLS
Mô hinh OSI Tầng ứng dụng Tầng trình diễn
Tầng phiên
Tầng giao vận Giao thức Internet (IP)
Tấng mạng MPLS
Tầng Hên kết ATM-FR_Ethernet_PPP
Tắng vật lý Tầng vật lý
Hình 6.26: MPLS trong mô hình OSI
Mô hình phân tầng của MPLS là sự lai ghép giữa tầng 2 và tầng 3 trong mô hình OSI, MPLS nằm dưới tầng 3, tầng Internet Protocol và trên các giao thức tầng 2 như ATM, FR, Ethernet... MPLS hồ trợ hầu hết các công nghệ tầng 2 hiện có.
Cấu trúc mạng MPLS: một cách tổng quát, cấu trúc mạng MPLS gồm có 2 phần: biên và lõi. Chức năng các thành phần trong mạng được tách biệt: chức năng chuyển mạch nhăn và chuyển mạch gỏi có xu hướng tập trung ở thành phần lõi, chức năng xử lý gói và định tuyến được đẩy
về thành phần ờ biên. Bộ định tuyến biên Ỉ,Ỉ-R (Label Edge Router) là phần tử biên cùa mạng MPI.S Ihư('me được tích hợp cả các giao thức định tuyến MPLS và định tuyến IP. Phần từ này còn được gọi là bộ định tuyến nhà cung cấp PE (Provider IMse). Tùv theo vị trí của LER đối với chiều đi ciia gói tin mà được aọi l.HR là bộ dịnh tuyến đầu vào (Ingress) hay định tuyến đầu ra (Eỉgress). Bộ định tuyến lõi LSR (Labeỉ Svvitch Router) là phần tử nằm trong mạnẹ MPI.S. thực hiện chức năng định tuyến dựa trên việc chuyền mạch nhãn. Phần lừ này còn được gọi là bộ định tuyến p (Provider - nhà cuni: cấp).
Nhãn (Label): nhãn là một thực thề có dộ dài cố định, không cấu trúc bên trong, được gán vào phần MPLS Header cùa một gỏi tin cụ thể và đại diện cho một nhóm chuyên tiếp tương đưomg FEC (Forwarding lỉquivalence Class). Thường một uói tin dược sán cho một FEC (hoàn toàn hav một phần) dựa trên địa chi đích lớp mạng. Nhãn không phải là dịa chi đích. Dạng cùa nhãn phụ thuộc vào phương tiện Iruyền. Ví dụ các gói ATM sứ dụng giá trị của VPl/VCI làm nhàn. Frame Relay sử dụng DLCI làm nhãn. X.25 nhãn là một IX’N...
Nhóm chuyền tiếp tương dư(me FIíC: là khái niệm dùng đế chì một nhóm các gói tin được đối xử như nhau qua mạng, ngay cả khi có sự khác biệt giữa các thông tin trong tiêu đề IP. Việc quyết định kết hợp một nhãn L vào một FEC F là do LSR thực hiện và nó thông báo cho LSR kề sau nó biết sự kết hợp này. Ẩn định nhãn và kết hợp nhân được thực hiện bởi LSR tuần tự theo hướng biên nguồn dến biên đích.
Ngăn xếp nhàn (Label stack): là mọt tập hợp có thứ tự các nhãn được gán vào gói tin để truyền đi theo nhiều I'F-!C đi theo tuyến chuyển mạch nhãn LSP tương ứng Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp, một nhãn cho ECíP và một nhãn cho IGP và tổ chức đa tuyến chuyển mạch nhàn LSP.
Bàng chuyển mạch chuvên tiếp nhãn i,SFT (I,abel Svvitchine I’or\varding Table) là bảng có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chi điềm tiếp theo.
Tuyến chuyển mạch nhãn LSP (Label Sxvitch Path): là tuyến được tạo ra từ đầu vào cho đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói tin cùa một FEC sừ dụng cơ chế chuyển đổi nhăn (Label Swapping Ponvarding).
Chưang 6; Các công nghệ mạng khàc 329
330 Giào trình Mạng mày tinh
Cơ sở dữ liệu nhãn LIB: là bảng thông tin dịnh tuyến, chứa các giá trị nhãn, ỉ*'iíC được gán vào cống ra. về các thông tin đóng gói các phưcmg tiện truyền Irong LSR.
6.6.3 Kiến trúc và nguyên tắc hoạt động MPLS
Cấu trúc gói tin MPLS: MPLS thực hiện việc gán nhãn các gói tin cần truyền đi bằng cách thêm phần tiêu đề MPLS vào trước các gói tin.
Mục đích của việc gán nhãn là để phân loại thông tin tmyền đi và các loại gói tin khác nhau được xử lý theo độ ưu liên và cách thức khác nhau.
Mỗi một tiêu đề MPLS có một hay nhiều nhãn (Label) được gọi là ngàn xếp nhãn. Mỗi một nhãn có 4 trường:
+ Label (20bit); nội dung nhãn không có cấu trúc cố định.
+ EXP (3bit): phân loại chất lượng dịch vụ, tương đương với 8 mức QoS.
+ s (Ibit): cờ đánh dấu kết thúc chồng nhãn nếu S=1 (Bottom of Stack Flag). MPLS cho phép xếp chồng các miền MPLS, khi một gói tin đến một miền MPLS nàm trong một miền MPLS khác thì gói tin đó sẽ được gán thêm một nhãn. Một bit s = 1 chi thị cuối ngăn xếp nhãn là nhãn cuối cùng của ngăn.
+ TTL (8bit): thời gian tồn tại của gỏi tin. Thời gian sống của gói tin được được khởi tạo tại LER cổng vào và cứ mồi lần đi qua một bộ định tuyển nhãn LSR thì giá ưị này sẽ giảm đi 1. Gói tin sẽ bị loại bỏ khi trường TTL có giá trị bằng 0. Cơ chế này ngăn không cho hiện tượnglồi kênh ảo.
Tải tin (Payload)
Hình 6.27: cấu trúc gói tin MPLS
Nguyên tắc chuyển mạch nhãn MPLS: Cơ chế xử lý nhăn MPLS giống hệt cơ chế xử lý nhận dạng kênh ảo của các công nghệ chuyển mạch khác. Xét một gói tin IPl được gán nhân MPLS được gửi từ máy A sang máy B (hình 6.28) truyền qua mạng MPLS. Gói tin này chuyển đến
IP IP
Header Header
Chương 6: Càc cõng nghệ mạng khac 331
bộ định luyến nhãn biên đầu tiên IJ;R. cồng vào cùa MPl.S. Địa chi IP nguồn và đích cùa gói tin sẽ dưực LỈÍR xác định và phân loại gói tin vào niột lóp chuvển tiếp tương đươne 1-KC. riêu dề MPLS cùa gói tin sẽ dược chèn thêm một hoặc nhiều nhãn phía trước gói tin. rất cả các gói tin thuộc mộl lớp FF’C sẽ sứ dụníi một kênh ào gợi là tuyến chuyến mạch nhãn LSP đề đến Router kế tiếp trên đường đến đích. Giá sừ một kênh ảo đã được thiết lập cho một FEC cùa gói tin IPl từ A đến B. LER cồng đầu vào sẽ chèn nhãn #L1 vào tiêu đề MPLS cùa gói tin. Sau đó các bộ định tuyến trong mạng LSR sẽ tráo đồi nhãn, #L2 thay cho #L1, #L3 thay cho UL2... Cho đến bộ định tuyến cuối cùng, bộ định tuyến nhãn biên LER đầu ra, tiêu đề MPLS sỗ bị loại bò. Phần còn lại, gói tin sẽ được xử lý bởi các bộ định tuyển hay máy chủ không có tính năng MPLS. Như vậy, cơ chế chuyển gói theo các LSP cho thấy tính hướng liên kết của MPLS.
IP2
#L1 IP1
#L1 IP2 #L2 IP2
#L3 IP1
#L3 IP2 Các gói tin đến từ các địa chỉ khác nhau có the tập hợp chung vào một tuyến FEC
IP2
Hình 6.28: Nguyên tắc hoạt động của MPLS
Các bộ định tuyến MPLS thực hiện việc chèn, tráo đổi nhàn và loại bò MPLS Header tuân theo các quv tắc trong cơ sở dừ liệu nhãn LIB riêng của mỗi một bộ định tuyến MPLS.
Cơ chế phân phối nhãn nhằm mục đích trao đổi các thông tin liên kết nhân trong mạng MPLS đảm bảo cho các bộ định tuyến liền kề có thể cập nhật, duy trì và thống nhất với nhau về giá trị nhãn cho các FEC (biểu thị bởi trưÒTíg Destination) trong cơ sở dữ liệu nhãn. Cơ chế này có thể dựa trên giao thức định tuyến BGP, OSPF, RSVP-TƯNNELS hoặc giao thức phân phối nhãn chuyên dụng LDP (Label Distribution
Protocol). Việc trao đổi thông tin nhãn trong MPLS theo nguyên tác ngang hàng (các LSR trao đổi nhãn qua LDP được gọi là LDP Peers) và song hướng (Bi-Directional).
Cơ chế xử lý nhãn và chuyển gói tin: khi một gói tin đã được gán nhàn MPLS được chuyển đến LSR, phần nhăn ngòai cùng sẽ được phàn tích. Tùy theo nội dung của nhân, một trong ba thao tác sau đây sẽ được thực hiện lên chồng nhãn; tráo đổi hay thay nhãn mới (Swap). lẩy nhãn ra (Pop), thêm nhân vào (Push).
Thao tác Push sẽ chèn thêm nhãn vào phía trước của phần nhàn đang có, nghĩa là đóng gói tin (Encapsulating) vào phân lớp khác trong MPLS. Ọuá trình này cho phép gói tin MPLS được định tuyến theo cơ chế phân cấp (Hierarchical routing), đặc biệt là được sử dụng cho dịch vụ VPN.
Thao tác Pop lách nhãn ngoài cùng khỏi gói tin, nghĩa là giái đóng gói tin (Decapsulating). Trong trường hợp bóc nhăn duy trong ngăn nhàn xảy ra ớ bộ định tuyến nhãn biên LER, phần còn lại gói tin là gỏi tin IP thuần túy. Khi dó gói tin sẽ rời mạng MPLS, và không còn thông tin chọn đường trong mạng IP.
Cơ chế điều khiển lưu lượng và chất lượng dịch vụ trong MPLS:
MPLS hỗ trợ chức năng điều khiển lưu lượng nhờ quàn trị mạng tạo ra LSP theo phương pháp định tuyến cưỡng bức để đảm bảo chất lượng dịch vụ hoặc giảm lưu lượng tải qua các node chuyển tiếp, tránh tẩc nghẽn trong các tình huống đặc biệt. Với cơ chế định tuyến ràng buộc, người quàn lý mạng lập trình các điều kiện ràng buộc và mạng MPLS sè tự động thực hiện việc định tuyến thỏa mãn các điều kiện trên. Cơ chế này được hồ trợ bời giao thức LDP để tạo ra các CR-LSP (Compulsory Routing - LSP). MPLS hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên cơ sờ phân loại các luồng lưu lượng theo độ trễ, băng tần... Tại biên của mạng, luồng lưu lượng được nhận dạng thônẹ qua việc phân tích một sổ trường trong Header của gói tin đế phân loại chúng vào các FEC để chuyển đi trong các LSP có thuộc tính CoS hay QoS. Thông tin CoS có thể được truyền trong nhãn của mồi gói hoặc được gán ngầm định cho LSP. Thông tin QoS được hỗ trợ trong trường hợp mạng MPLS chạy trên nền ATM. vấn đề đặt ra trong MPLS là tiêu chí để phân loại gói tin thành các FEC. Điều này phụ thuộc nhiều vào công nghệ xừ lý gói tải tin.
332 G/áo trình Mạng máy tinh
6.6.4 Đánh giá công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS a) ưu điểm
Công nghệ MPLS đcm giàn, có thể giải quyết được vấn đề độ phức tạp và khả năng mở rộng mạng. Có thể thay thế công nghệ ra đời trước đó như Frame Relay, ATM. Có thể nói MPLS hội tụ những ưu điểm của cơ chế định tuyến gói IP và cơ chế hoán đổi nhãn của ATM, cho phép giảm thiểu thời gian xừ lý gói tin mà không cần thay đổi các giao thức dịnh tuyến IP. Nhãn MPLS đơn giàn, kích thước nhỏ và linh hoạt. Có thế xếp nổi tiếp nhãn để tạo thành chồng nhãn có độ phức tạp cao, rất tiện lợi cho việc gán địa chi và taiy tìm.
Nếu so sánh với ATM thì MPLS có ưu điểm là không cần đến các giao thức điều khiển báo hiệu hay chuyển mạch tế bào phức tạp như ATM. Kích thước gói MPLS lớn hơn nhiều so với tế bào ATM nên giảiti đáng kể thông tin mào đầu đóng gói tải tin. Mạng truyền thông hiện đại với công nghệ mạng quang, tốc dộ cực lớn (lOGbiưs) không chi chuyển lải được các gói tin có độ dài 1518byte (kích thước cực đại của gói Ethernet) mà còn chuyển tải được gói tin MPLS có kích thước bất kỳ.
Tóm lại, MPLS cho phép nâng cao độ thông (thông lượng) mạng. Mặc khác, MPLS duy trì được chức nãntĩ kiểm soát lun lượng và điều khiển ngoài băng như Frame Relay hay ATM. MPLS cũng có thể tận dụng cơ sở hạ tầng mạng ATM vì gỏi tin MPLS có thể chuyển vào kênh ảo ATM và ngược lại. So với giải pháp IP/ATM, IP/MPLS có tôpô (cấu trúc liên kết) và cẩu hình mạng đơn gián h(m.
ưu điểm cùa MPLS so với IP là khả năng điều khiển lưu lượng và hồ trợ kiểm soát chất lượng dịch vụ (cao hom DiffServ, thấp hom ATM).
MPLS tách bạch rõ ràng chức năng định tuyến với chức năng chuyển tiếp gói (Routing- Ponvarding) mặc dù có thể sử dụng lại kiểu định tuyến IP nếu cần.
Nhìn chung, MPLS là công nghệ phù hợp và bắt kịp với xu thế và nhu cầu công nghệ truyền thông hiện tại và tưcmg lai. MPLS hiện tại đang được ứng dụng trong mạng lõi NGN, trong kỹ thuật lưu lượng và nền tảng cho dịch vụ VPN.
b) Hạn chế cùa MPLS
MPLS không cung cấp dịch vụ đầu cuối (End-Point) để có thể sử dụng trực tiếp như Ethernet, v ề phưoTig diện này, MPLS tương tự như
Chương 6; Các công nghệ mạng khàc 333
giao thức ppp. MPLS có khả năng bị ảnh hường bời lỗi đường truyền cao hơn các công nghệ khác nên phần nào làm giảm đi độ tin cậy. Đổi thủ cạnh tranh duy nhất hiện nay cùa MPLS là giao thức L2TPv3 troĩìíì lĩnh vực VPN đặc biệt là trong các mạng có lớp lõi thuần túy là IP.
6.6.5 Khả năng ứng dụng và hướng phát triển MPLS
Hướng phát triển mới cùa MPLS là GMPLS, cung cấp mảng điều khiển chung dựa trên cơ sở IP cho tất cả các lớp. GMPLS sẽ sừ dụng kết hợp các thiết bị chuyển mạch gỏi (bộ định tuyến...), các thiết bị chuyển mạch kênh (SDH, ADM) và chuyển mạch quang. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của MPLS là sử dụng định tuyến cưỡng bức chủ yếu để giải quyết các vấn đề về lưu lượng và định tuyến lại nhanh.
Cấu trúc GMPLS là giải pháp phù hợp cho việc thiết kế điều khiển mạng tổng quát, vì nó các phần điều khiển dữ liệu, báo hiệu và định tuyến độc lập với nhau, không phụ thuộc lẫn nhau. GMPLS phát huy tối đa khả năng hoạt động của các bộ định tuyến nhãn LSR và các node cùa mạng. Trong khi LSR chuyển đổi giữa nhãn vào với nhãn ra, thì các node chuyển đổi giữa kênh vào (kênh quang hoặc kênh TDM) thành kênh ra.
Chuyển mạch hoàn toàn độc lập với việc vận tải thông tin trên mạng vì sự mã hoá nhãn của các miền MPLS. GMPLS sẽ được tạo ra bằng cách chấp nhận định tuyến MPLS và các giao thức báo hiệu. Giao thức định tuyến tổng quát có những đặc tính tổng quát mới như dạng kênh, khả năng kết cuối kênh, độ mịn phổ băng tần của kênh, khà năng bảo vệ, phục hồi và đặc tính nhóm chia sẻ kênh. Các giao thức báo hiệu của GMPLS có các đặc tính mới như ỉchả năng thiết lập LSP hai chiều và có khả năng thông báo lỗi. Nhãn có thêm một số trường mới...
Sự phát triển công nghệ MPLS đã đáp ứng cho các nhu cầu đa dịch vụ, đa phương tiện của người sử dụng. Công nghệ MPLS được coi là một trong các công nghệ nền tảng của mạng thế hệ sau NGN. Công nghệ IP không thể đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ, chất lượng dịch vụ của mạng thế hệ sau NGN. Có rất nhiều giải pháp tăng cường cho giao thức IP như IntServ, DiíĩServ, IPv6... Tuy nhiên MPLS là giải pháp tối ưu nhất hiện nay.
334 Giảo trình Mạng mày tinh