Chương 3: Sự ra đời công nghệ MPLS 1.3.1 Chuyển mạch nhãn là gì? Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là kết quả của quá trình phát tri ển nhiều giải pháp chuyển mạch IP, được chuẩn hoá b ởi IETF. Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như là kỹ thuật chuyển tiếp nằm ở bên dưới. Sự sử dụng từ “đa giao thức” trong tên của nó có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng, không chỉ riêng IP. Ngoải ra các nhà cung c ấp mạng có thể cấu hình và chạy MPLS trên các công nghệ lớp 2 khác nhau như PPP, Fram Relay … không chỉ riêng ATM. V ề mặt kiến trúc điều này là đúng, nhưng trong thực tế MPLS thường tập trung vào việc vận chuyển các dịch vụ IP trên ATM. MPLS là gi ải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãn thành một giải pháp đơn nhất để đạt được các m ục tiêu sau:  Cải thiện hiệu năng định tuyến  Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền thống.  Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới. Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng vi ệc sử dụng xử lý từng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy m ỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP, trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian c ấu hình mạng và một không gian địa chỉ. MPLS chia b ộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin s ử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp của gói tin trong một bảng chuy ển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồi chuyển ra c ổng ra của bộ định tuyến. Việc này đơn giản hơn nhiều so với vi ệc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thi ết bị. Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuy ến chuyển mạch nhãn LSR. Phần chức năng điều khiển của MPLS bao g ồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành bảng định tuyến chuyển m ạch nhãn. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuy ến Internet như OSPF và BGP hay PNNI của ATM. Khi m ột gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển m ạch nhãn không thực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hi ện 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 th ức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn đị nh và phân bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuy ển mạch nhãn LSR. Khi LDP hoàn thành nhiệm vụ của nó, m ột đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng từ lối vào t ới lối ra. Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường tr ong 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 m ạng cho đến khi nó đến LSR lối ra, lúc đó nhãn bị loại b ỏ 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 l ần tại đó thay cho việc xử lý tại từng node trung gian như của IP. T ại các node trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói và th ực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổ i nhãn- quá trình này thực hiện bằng phần cứng. M ặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không ph ải là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp. Trong m ắt của những nhà cung cấp các mạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trả giá về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt. 1.3.2 Tại sao sử dụng MPLS? Sau đây chúng ta nêu ra các sở cứ để lựa chọn công nghệ MPLS. Tốc độ và trễ Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn trong mạng toàn cầu (the Internet) hay trong các liên m ạng. Thậm chí với các kỹ thuật tăng cường, như là tìm kiếm bảng nhanh cho các datagram nào đó, thì tải trên các router thường nhiều hơn lượng tải mà router có thể xử lý. Dẫn đến kết quả là lưu lượng và các k ết nối có thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong m ột mạng dựa trên IP. Ngược lại với chuyển tiếp IP, chuyển mạch nhãn đang chứng t ỏ là một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Chuyển m ạch nhãn nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ở header c ủa gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại router, ngh ĩa là nhãn được sử dụng để tìm kiếm trong bảng. Việc tìm kiếm này ch ỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng, khác với truy nhập b ảng định tuyến truyền thống việc tìm kiếm có thể cần hàng ngàn l ần truy nhập. K ết quả của hoạt động hiệu quả này là ở chỗ lưu lượng người s ử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với chuy ển tiếp IP truyền thống. Jitter. Với các mạng máy tính, ngoài các yếu tố về: tốc độ và s ự đáp ứng của nó, trễ, còn có một thành phần khác, đó là độ biến thiên tr ễ của lưu lượng người sử dụng, nó được gây ra bởi việc các gói đi qua nhiều node mạng trước khi chạm tới đích. Ngoài ra sự tích luỹ của các trễ biến thiên khi các gói tạo ra đường đi từ nguồn đến đích. Tại mỗi node, địa chỉ đích trong gói phải được kiểm tra và so sánh v ới một tập dài các địa chỉ đích có thể trong bảng định tuy ến của node. Khi gói đi qua những node này, nó gặp phải cả trễ và biến thiên tr ễ, phụ thuộc vào việc nó cần thời gian bao lâu để tìm kiếm trong b ảng định tuyến và tất nhiên là phụ thuộc vào cả số các gói ph ải được xử lý trong một khoảng thời gian cho trước. Kết quả cuối cùng là tại node nhận xảy ra hiện tượng biến thiên trễ, nó được là kết quả của sự tích luỹ biến thiên trễ tại mỗi node và giữa ngu ồn với đích. Tình huống này là phiền hà với các gói thoại vì người nghe có th ể nghe các câu nói của ngưòi nói không theo đúng thứ tự như ngư òi nói đã nói. M ột lần nữa, hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ làm cho lưu lượng đượ c gủi qua mạng nhanh hơn và biến thiên trễ ít hơn so với ho ạt động định tuyến IP truyền thống. Khả năng mở rộng mạng Rõ ràng, tốc độ là khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn, và x ử lý lưu lượng nhanh cũng rất quan trọng. Nhưng chuyển mạch nhãn không chỉ cung cấp các dịch vụ tốc độ cao mà nó còn có th ể cung cấp cho mạng khả năng mở rộng. Khả năng mở rộng liên quan đến khả năng mà một hệ thống, trong trường hợp chúng ta quan tâm là Internet, có kh ả năng điều chỉnh để phù hợp v ới một lượng lớn người sử dụng đang tăng lên từng ngày. Hàng ngàn người sử dụng mới và các node hỗ trợ như là router và server đang được đưa vào trong mạ ng Internet mỗi ngày. Chúng ta thử hình dung nhiệm vụ của router nếu nó phải theo kịp lượng người s ử dụng này. Chuyển mạch nhãn cung cấp các giải pháp cho sự phát triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng việc cho phép m ột lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với một hay vài nhãn. Gi ải pháp này giảm đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép router h ỗ trợ nhiều người sử dụng hơn. Tính đơn giản Một khía canh hấp dẫn khác của chuyển mạch nhãn là ở chỗ nó là một giao thức chuyển tiếp cơ bản. Nó đơn giản đến tuyệt vời: chuy ển tiếp gói chỉ dựa vào nhãn. Nhãn được xác nhận thế nào là một vấn đề khác; nghĩa là, các kỹ thuật điều khiển được thực hiện như thế nào để ràng buộc nhãn với lưu lượng người sử dụng là không liên quan t ới hoạt động chuyển tiếp thực sự. Những kỹ thuật điều khiển này là một cái gì đó phức tạp, nhưng chúng không ảnh hưởng đến hiệu quả của dòng lưu lượng người sử dụng. T ại sao khái niệm này lại quan trọng? Nó có nghĩa rằng nhiều phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để thiết lập các ràng bu ộc nhãn với lưu lượng người sử dụng. Nhưng sau khi ràng buộc được thực hiện, các hoạt động chuyển mạch nhãn để chuyển tiếp lưu lượng là đơn giản. Các hoạt động chuyển mạch nhãn có thể đượ c thực hiện bằng phần mềm, bằng các mạch tích hợp chuyên dung, hay b ằng các bộ xử lý đặc biệt. Sử dụng tài nguyên Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không được là gánh n ặng cho mạng. Chúng không nên tiêu tốn nhiều tài nguyên. Nếu chúng làm như vậy, thì lợi ích của nó bị phủ nhận. May mắn thay, các m ạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng (nếu chúng tiêu t ốn nhiều tài nguyên thì là do chúng được thiết kế không tốt). Điều khiển đường đi Trừ một số ngoại lệ, định tuyến trong các liên mạng được th ực hiện bằng việc sử dụng địa chỉ đích IP (hay trong một LAN là địa chỉ MAC đích). Hiện tại cũng có nhiều sản phẩm đang sử dụng các thông tin khác, ch ẳng hạn như trường kiểu dịch vụ IP (TOS) và s ố cổng là một phần trong việc quyết định chuyển tiếp. Nhưng định tuyến dựa theo địa chỉ đích là phương pháp chuyển tiếp phổ biến nhất trong mạng IP. Hình 1.3. Định tuyến dựa trên địa chỉ đích Định tuyến dựa theo địa chỉ đích không luôn luôn là hoạt động hi ệu quả. Để thấy tại sao, chúng ta xem xét hình 1.3. Router 1 nhận lưu lượng từ các router 2 và router 3. Nếu địa chỉ đích IP trong gói IP đến là đị a chỉ của router 6, bảng định tuyến tại router 1 sẽ chỉ đạo router này chuy ển tiếp lưu lượng đi theo router 4 hoặc router 5. Trừ một số ngoại lệ, không có yếu tố nào khác được tính đến ở đây. Chuyển mạch nhãn cho phép các đường đi qua một liên m ạng được điều khiển tốt hơn. Chẳng hạn, một gói tin được dán nhãn xu ất phát từ router 2 dự định đi đến router 6 và một gói tin nhãn khác c ũng định đi đến router 6 nhưng xuất phát từ router 3. Trong m ạng chuyển mạch nhãn, các giá trị nhãn khác nhau của các gói có th ể hướng dẫn router 1 gửi gói đã được dán nhãn tới router 4 và m ột gói với một giá trị nhãn khác đi đến router 5 rồi sau đó m ới đến router 6. Khái niệm này cung cấp một công cụ để điều khiển các node và các tuy ến xử lý lưu lượng hiệu quả hơn, cũng như đưa ra các lớp lưu lượng nào đó với mức dịch vụ khác nhau (dựa trên các yêu c ầu về QoS). Có thể tuyến giữa router 1 và router 4 là DS3; tuyến gi ữa router 1 và router 5 là SONET. Nếu ứng dụng của người sử dụng cần nhiều băng tần hơn, nhãn của người sử dụng có thể được dùng để hướng dẫn router chuyển lưu lượng vào tuyến SONET ch ứ không vào tuyến DS3. Giải pháp dựa trên chính sách này sử dụng chuyển mạch nhãn để cho mạng đáp ứng các yêu cầu của các l ớp lưu lượng - khái niệm này được gọi là kỹ thuật lưu lượng (TE). . Chương 3: Sự ra đời công nghệ MPLS 1 .3. 1 Chuyển mạch nhãn là gì? Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là kết quả của quá trình. các m ạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu