Chuyển mạch nhãn đa giao thức - mpls

[zai911]

PhạmTuấn


Giới thiệu về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS




MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép truyền tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (Core) và định tuyến tốt ở mạng biên (Edge) bằng cách dựa vào nhãn (Label). MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP,
tế bào ATM hoặc Frame lớp 2. Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và
MPLS-Enable ATM Switch ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP nguồn và đích. MPLS cho phép các ISP (Internet Service Provider) cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có, cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kì sự phối hợp với công nghệ lớp 2 nào.

MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp 2, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợc việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thẻ giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.

Đặc điểm của mạng MPLS

· Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host.
· MPLS chỉ nằm trên các Router.
· MPLS là gia thức độc lập nên có thể chạy cùng các giao thức khác IP như IPX, ATM, Frame Relay…
· MPLS giúp đơn giản hóa quá trình định tuyến và làm tăng tính linh động của các tầng trung gian.

[zai911]

Phương Thức Họat Động của MPLS

. Phương thức hoạt động

Thay thế cơ chế định tuyến lớp 3 bằng cơ chế chuyển mạch lớp 2. MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP, các Router MPLS phải Enabel MPLS trên từng giao tiếp (Interface). Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS. Nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label) được chèn vào giữa lớp 3 và lớp 2.
Ta sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của MPLS là tự định nghĩa ra chồng nhãn (Label Stack) được dùng chủ yếu trong MPLS
VPN mà chúng ta sẽ nghiên cứu sau này.Công thức để gán nhãn gói tin là :Network Layer Packet + MPLS Label Stack

Không gian nhãn (Label Space): Có hai loại. Một là các giao tiếp dùng chung giá trị nhãn (Per-Platform Label Space). Hai là, mỗi giao tiếp mang giá trị nhãn riêng (Per- Interface Label Space).



Bộ định tuyến chuyển nhãn LSR (Label Switch Router): Ra quyết định chặng kế
tiếp của gói tin dựa trên nội dung của nhãn, các LSR làm việc ít và hoạt động gần giống như Switch.

Con đường chuyển nhãn LSP (LabelSwitchPath): Xác định đường đi của gói tin MPLS gồm 2 loại: HopbyhopsignalLSP – Xác định đường đi khả thi nhất theo kiểu Best Effort và Explicit route signal LSP – Xác định đường đi từ nút gốc.

[zai911]

3. Một số ứng dụng của MPLS

Internet có 3 nhóm ứng dụng chính: Voice, Data, Video với các yêu cầu khác nhau. Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiệu quả. Video cho phép thất thoát dữ liệu ở mức độ chấp nhận được, mang tính thời gian thực (Realtime). Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao. MPLS giúp khai thác cả 3 yếu
tố trên đạt hiệu quả cao dựa trên thế mạnh của nó. Một số ứng dụng đang được triển khai là:
MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo VPN lớp 3 theo mạng đường trục cho nhiều khách hàng, chỉ dùng một cơ sở hạ tầng sẵn có, không cần các ứng dụng encryption hoặc end-user.

MPLS Traffic Enginner: Cung cấp khả năng thiết lập một hoạc nhiều đường đi để điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng.

MPLS QoS (Quality of Service): Các ISP có thể cung cấp nhiều dịch vụ đảm bảo
tố đa về QoS cho khác hàng.

MPLS Unicast, Multicast IP Routing

Tiếp theo thì mình sẽ xem điểm vượt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM

[zai911]

4. Điểm vượt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM

Khi hợp nhất với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng những thuận lợi của các tế bào ATM – chiều dài thích hợp và chuyển với tốc độ cao. Trong mạng đa dịch vụ, chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụ ATM, Frame, Replay và IP Internet trên một mặt phẳng đơn trong một đường đi tốc độ cao. Các nền tảng (Platform) công cộng hỗ trợ các dịch vụ này để tiết kiệm chi phí và đơn giản hóa hoạt động cho các ISP. ISP sử chụng chuyển mạch ATM trong mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp các dòng Cisco, BPX8600, MGX8800, Router chuyển mạch
đa dịch vụ 8540 và các chuyển mạch Cisco ATM giúp quản lí mạng hiệu quả hơn xếp chồng (Overlay) lớp IP trên mạng ATM. Chuyển mạch nhãn tránh những rắc rối gây
ra cho nhiều Router ngang hàng và hỗ trợ cấu trúc phân cấp (Hierarchical Structure)
trong một mạng của ISP.

[zai911]

Điểm vượt trội (tiếp theo)

Sự tích hợp:

MPLS sát nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp chồng lớp IP trên ATM. MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến IP và loại bỏ các yêu cầu ánh xạ giữa các đặc tính giữa IP và ATM. MPLS không cần địa chỉ ATM và kỹ thuật định tuyến.


Độ tin cậy cao hơn:

Với cơ sở hạ tầng ATM, MPLS có thể kết hợp hiệu quả với nhiều giao thức định tuyến IP over ATM thiết lập một mạng lưới (Mesh) dịch vụ công công giữ các Router xung quanh đám mây ATM. Tuy nhiên có nhiều vấn đề xảy ra cho các PVC Link giữa
các Router xếp chồng trên mạng ATM. Cấu trúc mạng ATM không thể thấy bộ định tuyến. Một link ATM bị hỏng làm hỏng nhiều Router-to-Router link, gây khó khăn
cho lượng cập nhật thông tin định tuyến và nhiều quá trình xử lý kéo theo.

Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ:

MPLS sử dụng hàng đợi và bộ đếm của ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau. Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP và loại dịch vụ (Class of Service – CoS) trên chuyển mạch ATM mà không cần chuyển đổi phức tạp sang các lớp ATM Forum Service.

Hỗ trợ hiệu quả cho Multicast và RSVP:

Khác với MPLS, xếp lớp IP trên ATM sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc hỗ trợ
IP Multicast và RSVP (Resource Reservation Protocol). MPLS hỗ trợ các dịch vụ này,
kế thừa thời gian và công việc theo các chuẩn và khuyến khích tạo nên ánh xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP và ATM.

Sựđo lường và quản lí VPN:

MPLS có thể tính được các dịch vụ IP VPN và rất dễ quản lí các dịch vụ VPN quan trong để cung cấp các mạng IP riêng trong cơ sở hạ tầng của nó. Khi một ISP cung cấp dịch vụ VPN hỗ trợ nhiều VPN riêng trên một cơ sở hạ tầng đơn. Với một đường trục MPLS, thông tin VPN chỉ xử lý trên một điểm ra vào. Các gói mang nhãn MPLS đi qua một đường trục và đến điểm ra đúng của nó. Kết hợp MPLS với MP- BGP (Multiprotocol Border Gateway protocol) tạo ra các dịch vụ VPN dựa trên nền MPLS (MPLS-Based VPN) dễ quản lí hơn với sự điều hành chuyển tiếp để quản lí VPN và các thành viên VPN, dịch vụ MPLS-Based VPN còn có thể mở rộng để hỗ trợ hàng trăm nghìn VPN.

Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ mọi thông tin định tuyến để phân cấp. Hơn nữa, có thể tách rời các định tuyến Internet khỏi lõi mạng của ISP. Giống như dữ liệu VPN, MPLS chỉ cho phép truy xuất bảng định tuyến Internet tại điểm ra
và vào của mạng. Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Inernet đầy đủ cũng giúp hạn chế lỗi, tăng tính bảo mật.

Khả năng điều khiển lưu lượng:

MPLS cung cấp các khả năng điều khiển lưu lượng để sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng. Kỹ thuật lưu lương giúp chuyển tải từ những phần quá tải sang những phần còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, tải, thời gian…

[zai911]

2. Các hình thức hoạt động của MPLS

Mạng MPLS dùng nhãn để chuyển tiếp các gói. Khi một gói đi vào mạng, nút MPLS ở nút vào đánh dấu một gói ở lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) cụ thể.




Trong mạng MPLS, nhãn điều khiển mọi hoạt động chuyển tiếp. Điều này có thể
thuận lợi hơn sự chuyển tiếp thông thường:

Sự chuyển tiếp MPLS có thể thực hiện bằng các bộ chuyển mạch (Switch), có thể
tra cứu (Lookup) thay thế nhãn mà không ảnh hưởng đến header lớp mạng. Các bộ chuyển ATM thực hiện chức năng chuyển các tế bào dựa trên giá trị nhãn, điều này cũng áp dụng trên MPLS ở chế độ Frame. ATM-Switch cần được điều khiển bởi một thành phần MPLS dựa vào IP (IP-Base MPLS Control Element) như bộ điều khiển chuyển mạch nhãn LSC (Label Switch Controller). Đây là dạng cơ bản của sự kết hợp
IP với ATM.

Khi một gói vào mạng nó được chuyển đến FEC. Router có thể sử dụng thông tin gói, như cổng vào (Ingress) hay giao tiếp (Interface). Các gói đi vào mạng được gán
các nhãn khác nhau. Tuy nhiên các Router trong MPLS Domain khác nhau có thể phân phối nhãn giống nhau cho cùng một mạng. Quyết định chuyển tiếp các gói được thực hiện dễ dàng bởi Router ngõ vào. Điều này không có trong sự chuyển tiếp thông
thường, vì sự xác định lộ trình của Router khác với thông tin lộ trình trên gói.

Mạng được quản lí lưu lượng buộc các gói đi theo một con đường cụ thể, một con đường chưa được sử dụng. Con đường đó được chọn trước hoặc ngay khi gói đi vào mạng tốt hơn sự lựa chọn bởi các thuật toán định tuyến thông thường. Trong MPLS, một nhãn có thể được dùng để đại diện cho tuyến không cần kèm trong gói, đây là dạng cơ bản của MPLS Traffic Engineering.

CoS được của gói được xác định bởi nút vào MPLS (Ingress MPLS node). Một
nút MPLS có thể hủy tuyến hay sửa đổi lịch trình để điều khiển các gói khác nhau. Các trạm sau có thể định lại ràng buộc dịch vụ bằng cách thiết lập PBH (Per-hop Behavior). Trường hợp này nhãn đại diện cho sự kết hợp của một FEC với độ ưu tiên hoặc lớp dịch vụ. Đây là dạng cơ bản của MPLS QoS.

[zai911]

Miền MPLS (MPLS domain)

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 Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là Transit-LSR hay Core-LSR (gọi tắt là LSR). Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER (Label Edge Router).


Nếu gói tin nhận vào là gói IP truyền thống thì LER sẽ gán nhãn vào gói tin và
chuyển tiếp vào mạng lõi MPLS. Nếu gói tin nhận có nhãn thì LER sẽ gỡ nhãn ra và đưa gói tin vào mạng IP truyền thống. LSR có nhiệm vụ là nhận gói tin chuyển đổi nhãn (Label swapping), rồi sau đó chuyển tiếp gói tin này đến trạm kế tiếp.

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 tùy theo các luồng lưu lượng đang xét.






Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ thuộc vào chiều của luồng lưu lượng



Lớpchuyển tiếp tương đương (FEC-Forwarding Equivalence Class)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC 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 cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào
cùng một nhãn bởi một LSR cho dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp
mạng.