Tài liệu Chuyển mạch nhãn đa giao thức mpls

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ Bưu CHÍNH VlỄN THÔNG Cơ Sở TẠI TP. HỒ CHÍ MINH Biên soạn: T S . T R Ầ N C Ô N G H Ù N G CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS NHÀ XUẤT BẢN THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THQNG MỤC LỤC LỜI NÓ I Đ Ầ U ..... ............................. ........................................................................................5 CHƯOÍNG 1: GIỚI THIỆU...................... .................................................................. 13 1.1. C Á C Y Ế U T Ố D Ã N Đ Ế N V IỆ C N G H IÊ N C Ú tJ C H U Y Ể N M Ạ C H N H Ã N 14 1.1.1. Sự p h á t triển cùa Internet.............................................................................................14 1.1.2. Giá cả và hiệu quả.........................................................................................................15 ỉ. 1.3. Sự tích hợp IP trên ATM ...............................................................................................16 1.1.4. M ở rộng các chức năng định tuyến......... .................................................................. 19 1.2. T Ó M T Ẳ T L ỊC H S Ừ ........................................................................................................ 20 1.2.1. Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR cùa Toshiba.............................................. 20 1.2.2. Chuyển mạch IP [ 4 ] ......................................................................................................21 1.2.3. Chuyển mạch th ẻ ........................................................................................................... 21 1.2.4. ARIS cùa IB M ................................................................................................................. 21 1.2.5. Chuyển mạch nhăn đa giao thức M P L S.................................................................... 22 1.3. KẾT LUẬN................................................................................. :............. ,........22 CH Ư Ơ N G 2: L Ý TH U Y ẾT cơ BẢ N C Ủ A CHUYỂN M ẠCH N H Â N ..................23 2.1. TỔNG QUAN....................................................................................................... 23 2.2. KHÁI NIỆM VÀ HOẠT ĐỘNG c ơ BẢN TRONG MPLS..............................25 2.2. ỉ. Mặt phảng d ừ liệu và m ặt phằng đ iầ i k h iển .............................................................25 2.2.2. M ặtphẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong IP ............................................. 26 2.2.3. Mặt phẳng dữ liệu và mặt phằng điều khiển trong M PLS.......................................26 2.2.4. Những lớp chuyển tiếp tương đương FEC .............................. ............................ 27 2.2.5. Định tuyển nhất q u á n ....................................................................................................28 2.3. T H À N H P H Ầ N Đ ỊN H T U Y Ế N .................................................................................... 28 2.3.1. Nhãn là g ì? ............................................................. ........................................................ 28 2.3.2. Bảng chuyển mạch nhãn................................. ............................................................. 29 2.3.3. Khả năng mang nhãn trong g ó i....................................................................................31 2.3.4. Thuật toán định tuyến chuyển mạch nhãn ..................................................................31 2.3.5. Thuật toán định tuyến đơn........... ................................................................................ 32 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 2,3.6. Đa giao thức: trên và d ư ớ i........................ ................................................................. 33 2.4. TH À N H PH À N Đ IỀU K H IỂ N ..................................................................................... 34 2 .4 J. Kết hợp trong và kết hợp ngoài.................................................................................. 35 2.4.2. Kết hợp ngược dòng và kết hợp xuôi dòng................................................................35 2.4.3. Nhãn tự d o ..................................................................................................................... 36 2.4.4. Kết hợp nhãn luyến điều khiển và tuyển dữ liệu.......................................................36 2.4.5. Phân bố thông tin kểt hợp nhãn...................................................................................41 2.4.6. Điều khiển ‘‘định tuyến tức thời”............................................................................... 45 2.5. THIẾT BỊ ở RÌA .............................................................................................. 46 2.6. Q U A N H Ệ G IỮ A C H U Y ÊN M Ạ C H N H Ằ N V À V IỆC Đ ỊN H T U Y ẾN , Đ Á N H Đ ỊA CH Ỉ LỚ P M Ạ N G .............................................................................................. 46 2.7. C H U Y ỂN M Ạ C H I P ....................................................................................................... 47 2.7. ỉ . Tổng quan về chuyển mạch IP .................................................................................... 47 2.7.2. Các thành phần cơ bản của chuyển mạch I P ............................................................51 2.7.3. Giao thức quản lý luồng Ipsilon IFMP....................................................................... 53 2.7.4. Giao thức quản lý chuyển mạch chung GSM P.........................................................57 2.7.5. Thực tế ............................................................................................................................59 2.8. TÓ M T Ắ T ................... ...........................;........................................................................... 60 CHƯƠNG 3: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS...................... 61 3.1. T Ổ N G Q U A N C H U Y Ể N M Ạ C H T H Ẻ .......................................................................61 3.1.1. H ỗ trợ cho định tuyển dựa vào địa chi đích ..............................................................61 3.1.2. Định tuyển phân cấp.....................................................................................................66 3.1.3. M ulticast........................................................................................................................ 69 3.1.4. Chuyển mạch thẻ trên A T M .............................. ..........................................................72 3.1.5. Kiểm soát'lặp vòng trong định (uyển tức thời............................................................74 3.2. C H U Y ỂN M Ạ C H N H Ã N Đ A G IA O TH Ứ C M P L S ...............................................75 3.2. ỉ. Những điểm quan trọng của kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS... 76 3.2.2. Các thành phần cùa mạng M PL................................................................................. 76 3.2.3. Điều khiển LSP thứ tự và điều khiển LSP độc ỉập.................................................... 78 3.2.4. Đóng gói dữ liệu........................................................................................................... 80 3.2.5. Giao thức phân phối nhãn LDP...................................................................................81 3.2.6. Các kiểu phân phổi nhãn............................................................................................. 84 3.2.7. A T M ..... ......... ................................................................................................................ 85 3.3. TÓM TẮT......................................................................................................... 87 Mục lục 9 CHƯƠNG 4: CHÁT LƯỢNG DỊCH v ụ ................................................... .............. 88 4.1. CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG DỊCH v ụ .......................... ......................... 89 4.1.1. Các khái niệm và thuật toán....................................................................................... 89 4.L2. Dịch vụ tích hợp........................................................... ................................................ 93 4.1.3, Dịch vụ phân biệt............................................................................................................. :...........98 4.2. KÊNH THUÊ RIÊNG Ả o .............................................................................. 108 4.2.1. Dịch vụ đảm bảo băng thông...................................................... ..............................108 4.2.2. Các đặc íỉnh của m ặíphảng điều khiển....................................................................108 4.2.3. Các đặc tỉnh của mặt phang chuyển tiếp................................................................. ¡09 4.2.4. Các bước thực hiện để đảm báo chất lượng dịch vụ trong mạng lôi................... 110 4.2.5. Các dịch vụ hăng thông đàm hảo vởi M PLS........................................................... 111 4.3. TÓ M T Ắ T ....................................... ....................................................... ...........................112 CHƯƠNG 5: ĐỊNH TUYẾN........................................................... ......................... 114 5.1. T Ó N G Q U A N G IA O TH Ứ C Đ ỊN H T U Y Ế N .......................................................... 114 5.2. CÁ C G IA O TH Ứ C Đ ỊN H T U Y Ế N .........................................................................114 5.2.1. Giao thức thông tin định tuyến RIP.......................................................................... 114 5.2.2. Giao thức định tuyển cổng nội IG R P ....................................................................... 115 5.2.3. Giao thức định tuyển nội cao cấp EIG RP................................................................115 5.2.4. Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên mở OSPF................................................. 116 5.2.5. Giao thức cổng biên BGP...........................................................................................122 5.2.6. Cấu hình RIP, OSPF và BG P..... .............................................................................. 128 5.3. K IÉ N TR Ú C Đ ỊN H TU Y ẾN IN T E R N E T ....................................................... ; 131 5.3.1. Định tuyến chinh sá c h ................................................................................................ 135 5.3.2. Tinh ổn định................................................................................................................. 136 5.4. Đ ỊN H T U Y Ế N R À N G B U Ộ C ..................................................................................139 5.4.1. Định tuyến ràng buộc là g ì? ...................................................................................... 139 5.4.2. Những yêu cầu kỹ thuật của chức năng định tuyển ràng buộc..............................140 “ 5.4.3. CSPK .............. .................................... ............................' .........................................141 5.5.MPLS. ............................................................................................................. 143 5.5.1. Giao thức RSVP mở rộng........................................................................................... 143 5.5.2. CR-LDP........................................................................................................................ 149 5.5.3. So sánh giữa CR-LDP và R SV P ................................................................................ 154 5.5.4. Giao thức giành trước tài nguyên hỗ trợ phân phổi nhãn RSVP-TE.................... 155 5.5.5. ứ n g dụng chức năng định tuyển ràng buộc vào vấn đề quản lý lưu lượng..... 162 5.5.6. Chất lượng dịch vụ Ọ o S ..........................................................................................170 10 . Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 5.6. TÓM TẮT........................................................................................................171 CHƯƠNG 6: MẠNG RIÊNG Ả o .............................................................................173 6.1. NHƯ THẾ NÀO LÀ MẠNG RIÊNG Ả o - VPN?........................................173 6.2. MÔ HÌNH CHỒNG LÁP..............................................................................174 6.3. M Ô H ÌN H N G A N G C Ấ P ............... ..........................................................................176 6.4. P H Â N BỐ R À N G B U Ộ C T H Ô N G T IN Đ ỊN H T U Y Ế N ...................................178 6.5. B Ả N G Đ A C H U Y Ể N T IẾ P .......................................................................................180 6.6. ĐỊACHỈVPN-IP.............................................................................................181 6.7.MPL S.................................................................................... ....................... 182 6.7.1. Bào mật.........................................................................................................................184 6.7.2. H ỗ trợ chất lượng dịch vụ.......................................................................................... 184 6.7.3. Khả năng mở rộng...................................................................................................... 187 6 .8 .T Ó M T Ẳ T ...............................................................................................................................' ......:........... CHƯƠNG 7: XÂY DựNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC M PLS................................189 7.1. M Ạ N G M PLS T R Ê N G Ó I............................................................................................ 189 7.2. M Ạ N G M PLS T R Ê N A T M ..........................................................................................190 7.3. M Ạ N G M PLS T R Ê N H Ỏ N H Ợ P G IỮ A A T M V À G Ó I ...................................... 191 7.4. TÍCH HỢP MPLS VÀO MẠNG ATM............................................................. 192 7.4.1. Những vấn đề cần quan tâm khi chọn thiết bị LSR A T M ở rìa............................. 194 7.4.2. Những yêu cầu trong lựa chọn LSR ATM ................................................................194 7.5. X Â Y D Ự N G M Ạ N G M P L S .........................................................................................195 7.5.1. Thiết kế điểm truy cập PoP.................. ..................................................................... 195 7.5.2. Thiết kể PoP của một LSR A T M đơn ở r ìa ..............................................................195 7.5.3. Thiết kế PoP cho các LSR ở rìa và LSR A T M ........................................................ 195 7.5.4. Thiết kế bộ tập trung, LSR ở rìa và một LSR A T M .................................................196 7.5.5. Thiết kếP oP cùa một L S R ......................................................................................... 197 7.6. Đ ỊN H H ÌN H L IÊ N K Ế T Đ Ư Ờ N G T R Ụ C M P L S ...................................................197 7.6.1. Thiết kế điểm truy c ậ p ................................................................................................198 7.6.2. ước tính lưu lượng từ mỗi P o P ...................................... ..........................................198 7.6.3. ước tính ma trận ¡ưu lượng đơn hướ ng.................................................................. 199 7.6.4. ước tỉnh ma trận lim lượng song hướng............................................................... 199 7.6.5. Thiết kế cấu hình írung kế đường trục..................................................................... 200 7.6. ố. ước tính băng thông kết n ố i............................................................ ......................... 201 Mục lục 11 7.6.7. Gán dung lượng kết nố i............................................................................................. 202 7.6.8. Điểu chỉnh dự p h ò n g ................................................................................................. 202 7.6.9. Lựa chọn thiết bị thích hợp........................................................................................202 7.7. TH IẾ T K Ế Đ ỊN H T U Y Ế N LÓ P 3 ...................... ...................................................... 202 7.8. ĐỊNH HÌNH LVCMPLS............. ;.............................................................. 204 7.8.1. Tiền tổ địa chi đích.....................................................................................................204 7.8.2. LVC và dồn v c ........................................................................................................... 205 7.8.3. Thiết kể tinh toán cho LSR ở rìa [3]........................................................................ 206 7.8.4. Thiết kể tinh to.ản cho LSR A T M với dồn v c .......................................... .......... 207 7.8.5. Thiết kể tinh toán cho L SR A T M m à không dồn v c .............................................. 207 CHƯƠNG 8: MẠNG QUANG, GMPLS VÀ M P X S ............................................. 209 8.1. W D M V À M Ạ N G Q U A N G ........................................................................................ 209 8.2. C H U Y ỂN M Ạ C H LA M B D A Đ A G IA O T H Ứ C ...................................................210 8.2.1. Ảnh xạ giữa chuyển mạch nhãn đa giao thức và bước sóng qua n g .................... 210 8.2.2. Loi cùa các kết noi quang.................................................................... .....................212 8.2.3. Tương thích điều khiển...............................................................................................213 8.3. G M PLS V À D Ù N G G M PLS CH O M Ạ N G Q U A N G ...........................................213 8.3.1. Xem xét liên mạng giữa tầng 1 Lambda và tầng 2 n h ã n ....................................... 214 8.3.2. Các hoạt động của GMPLS.............................. ......................................... ....... 214 CHƯƠNG 9: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG MẠNG MPLS VÀ DIFFSERV ..222 9.1. CẤ U TR Ú C N S ............................................................................................................... 222 9.2 .D IF F S E R 9.3. V .................................................................. ................................................226 C H Ư Ơ N G T R ÌN H M Ô PH Ỏ N G H O Ạ T Đ Ộ N G M Ạ N G M PLS; M N S ....230 9.3.1. Giới thiệu......................................................................................................................230 9.3.2. MNS hỗ trợ các chức năng sau cho M PLS.............................................................. 230 9.3.3. Minh hoạ một số hoại động cơ bản trong mạng M PLS......................................... 233 PHỤ LỤC A: ỨNG DỤNG CỦA M P L S .......................................................................239 A .l. CÁ C Ứ N G D Ụ N G C Ủ A M P L S ................................................................................. 239 A .I.l. Kỹ thuật lưu lượng..................................................................................................... 239 A.1.2. Mạng riêng ảo VPN ................................................................................................... 239 A .2 .M P L S V À A T M ...............................................................................................................241 A.2.1. Tổng quan ATM ........................................................................................................... 241 A.2.2. Các dạng phát triển và tich hợp của IP trên ATM ................................................. 242 12 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS A.2.3. Đặc điểm thích hợp cùa A TM cho M PLS................................................................244 A.2.4. Liên mạng giữa MPLS và ATM ................................................................................ 248 A.3. M PL S V À FR A M E R E L A Y ....................................................................................... 252 Đặc điểm thích hợp cùa Frame Relay cho M P L S.............................................................252 PHỤ LỤC B: CẢC BÀI LAB CẤU HÌNH OSPF VÀ BG P.....................................254 L a b l: .......................................................................................................................................254 L a b 2 ........................................................................................................................................256 L a b 3 ........................................................................................................................................ 258 L a i 4 ............................................................................................................................................. 261 L a b s ........................................................................................................................................ 263 PHỤ LỤC C: KÊNH THUÊ RIÊNG Ả o LỚP 2 VÀ LỚP 3 ..................................Ì65 Cấu hình cho mạng lõi...,...................................................................................................... 265 Kênh thuê riêng ảo IP................................................................................................... 267 Kênh thuê riêng ảọ lớp 2 ...................................................................................................... 267 PHỤ LỤC D: HIỆN THựC MPLS TRÊN LINUX............................................... 270 Giời thiệu................................................................................................................................ 270 MPLS trên Linux.................................................................................................................... 270 Ỷ tưởng cơ bản của MPLS Linux Project...........................................................................270 PHỤ LỤC E: DERIVEIT - CHƯƠNG TRÌNH GIẢ LẬP CHO MẠNG GMPLS/MPLS......................................................................................... .................. 276 M Ụ C Đ ÍC H V À Đ Ố I T Ư Ợ N G sử D Ụ N G .................................................................. 276 Y Ê U C Ầ U H Ệ T H Ố N G ........ ................................................................................................ 276 Đ Ặ C Đ IỂ M C H ÍN H ............................................................................................................... 277 H O Ạ T Đ Ộ N G ........................................................................................................................... 277 Router chuyển mạch nhãn (LSR)......................................................................................... 277 Con đường chuyển mạch nhãn (LSP)..................................................................................278 Kiển trúc phân tầng L S P ...................................................................................................... 279 Các liên kểt T E .......................................................................................................................280 KÉT LUẬN.................................................................................................................. 286 « THUẬT N G Ữ VIỂT TÁT..................................................................................................287 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 293 CIIƯƠI\G 1: GIỚI T IlIỆ r Internet là một môi trường khá lý tường cho nhũTig phát minh về kỹ thuật mới. Khi những kỹ thuật về mạng mới ra đời thì có một vài ý tưởng hấp dẫn đối với các nhà nghiên cúai và đầu tư. Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) là một trong những kỹ thuật đó. Chúng ta sẽ khảo sát sơ lược về kỹ thuật MPLS và trà lời một số câu hỏi về kỹ thuật này, như là, MPLS là gì? nó hoạt động như thế nào? và nó sẽ mang lại những lợi ích gì? MPLS đirợc phát triển từ những kỹ thuật tương tự đã được ngliiên cứu giữa thập niôn 90 của thế kỷ 20. Trong đó, kỹ thuật được biết đến nhiều nhất là chuyền mạch IP (IP Switching) do các kỹ sư của công ty Ipsilon nghiên cím, nhưng trước đó Toshiba đã mô tá một cách thức tương ụr từ nghiên cứu bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR (Cell Switching Router) của họ và nhiều nghiên círu khác đã được công bố, đáng chú ý là chuyến mạch thè (Tag Switching) cùa Cisco và chuyển mạch IP dựa trên định tuyến tổng họp ARIS (Aggregate Route-based IP Switching) của IBM. Tất cả các nghiên cứu trên có vài đặc điếm chung là họ đều sử dụng kỹ thuật trao đổi nhãn để định hướng dừ liệu, dùng nhĩmg mẫu điều khiến của bộ giao thức Internet. Nghĩa là, họ sử dụng địa chi IP và các giao thức chuan định hướng dữ liệu dùng trong Internet như OSPF và BGP. Tuy nhiên, những nghiôn cứii đó khác nhau chủ yéu ở mục đích của nó cũng như chi tiết xây dựng tạo thành. Với các hoạt động như vậy, IETF (Internet Engineering Task Force) đã thành lập một nhóm nghiên cứu để chuẩn hóa những kết quả chung dựa trên những ý tirởng trên. Vì không muốn trùng tên với các sản phẩm của các công ty, IETF đã đặt tên cho nhóm là MPLS (Multiprotocol Label Switching). Kỹ thuật MPLS dần đang trở thành một chuẩn công nghiệp. Chúng ta sẽ nghiên cửu tổng quan và phân tích về kỹ thuật MPLS cũng như những vấn đề liên quan. Để dễ dàng hơn trong quá trình tim hiổu, chúng ta sẽ làm rõ vài thuật ngữ được sử dụng thường xuyên: • Chuyển tiếp (forwarding): là hoạt động chuyển (switch) và định tuyến (route) một gói (packet): nhận gói ở một ngõ vào, xác định nó cần đi đến đâu bằng cách xem xét trưòíng thông tin trong nó và gửi nó ra đúng ngõ ra thích hợp. • Nhãn (label): đcm giản là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định được dùng để định tuyến các gói. Giá tìị của nhãn thường được gắn với 1 liên kết đơn (single link). Nhãn không có cấu trúc, nghĩa là nó không bao gồm những thành phần phân biệt. Một thiết bị chuyển mạch nhãn sẽ thay nhãn trong một gói bằng một giá trị mới trước khi chuyển tiếp nó tới điểm tiếp theo, do đó chúng ta gọi thuật toán định tuyến là thuật toán trao đổi nhãn. Ngoài ra chúng ta còn định nghĩa một thiết bị chuyển mạch nhãn là Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router), dùng những giao thức điều khiển IP chuẩn (ví dụ giao thức định tuyến RSVP) để xác định phải chuyển tiếp gỏi đi đâu. 14 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Chúng ta cÈng sẽ khảo sát những kỹ thuật có trước MPLS, các kỹ thuật này đều là kỹ thuật chuyển mạch nhãn, nhưng mỗi cái có cách thực hiện riêng. Những tên khác được các nhà nghiên cứu đặt cho LSR là Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR (Cell Switching Router), chuyển mạch IP (IP Switching), Bộ định tuyến chuyển mạch thẻ TSR (Tag Switching Router) hay chuyển mạch thè (Tag Switch) và Bộ định tuyến chuyển mạch tích hợp ISR (Integrated Switch Router). Ngoài ra còn có nhiều nghiên cứu khác mà chúng ta khệng đề cập ở đây vì nó không khác bốn nghiên cứu trên lắm. Chúng ta cũng không xét đến các bộ định tuyến dựa trên chuyến mạch (Switch-based Routers), có hoạt động giống một router bình thường nhưng được làm bên trong một Switch hỗn hợp. Những thiết bị đó là những thiết bị hữu dụng nhưng dùng để giải quyết các vấn đề khác chứ không phải là LSR, Trước khi xem xét chi tiết các nghiên cứu trên, chúng ta cần nên biết qua một số yếu tố sau: 1.1. CÁ C YẾU TÓ DẪN ĐẾN V IỆC N G H IÊN c ứ u CH UYÊN M ẠCH NHÃN Có nhiều yếu tố dẫn đến sự phát triển của chuyển mạch nhãn. Trước kia người ta chi quan tâm đến một yếu tố, đó là yêu cầu có những bộ định tuyến IP giá rẻ, nhưng tốc độ nhanh. Nó có thể đúng cho một hoặc hai nghiên cứu trước MPLS, chúng ta sẽ đề cập ở phần sau, nói chung chũyển mạch nhãn được thúc đẩy phát triển bời nhiều yếu tố khác hơn là yêu cầu về tốc độ. Trong phần sau, ta sẽ đề cập đến tầm quan trọng của tìmg yếu tố trong 6ự phát triên của chuyển mạch nhãn. Tuy nhiên, sự kết hợp của tất cả các yếu tố đó lại sẽ cho ta thấy tại sao MPLS dường như chắc chắn là một phần của công nghệ về mạng trong hiện tại và tương lai. 1.1.1. S ự p h á t triển của In te rn e t Internet rõ ràng đang phát triển không ngừng, và chính sự phát triển này đã cho thấy các điểm yếu của các kỹ thuật cũ. Sự gia tăng cà về số lượng người dùng đã làm tăng yêu cầu về băng thông được cung cấp từ các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Đe thỏa mãn yêu càu về băng thông, các ISP cần có những sản phẩm chuyển mạch và định tuyến có hiệu quả cao. Chúng ta sẽ thảo luận về ảnh hưởng và hiệu quả trong phần kế tiếp. Khi phát triển nhanh, các mạng phải đổi mặt với sự gia tăng số lượng nút mạng, số lượng router trong các bảng định tuyến, số lượng các luồng đi qua một nút m ạng,.... Nhìn chung, các nhà cung cấp mạng cần quan tâm đến vấn đề khả năng phát triển, nghĩa là, khả năng phát triển ở mọi hướng. Chuyển mạch nhãn được thúc đẩy một phần cũng do nhu cầu của vấn đề phát triển. Nhưng có lẽ yếu tố quan trọng nhất là nhu cầu đa dạng chức năng định tuyến của Internet và của mạng IP (IP Network) nói chung. Sự phát triển của Internet liên tục đặt ra những yêu cầu mới cho các giao thức định tuyến. Trước kia, các chức năng định tuyến khó có thể đa dạng, một phàn lý do là sự giống nhau giữa vấn đề định tuyến và chuyển tiếp trong mạng IP. Ví dụ, xem xét quá trinh xử lý ưong việc sừ dụng định tuyến liên miền không phân lớp CIDR (Classless Interdomain Routing). Sự ảnh hường của CIDR là để nói về tiền tố mạng IP, trước kia là 8, 16 hay 24 bit, giờ có thể lấy tùy ý. Sự mờ rộng này cho phép mở rộng địa chi và thông tin định tuyến. Tuy nhiên, thực hiện thay đổi này cũng yêu cầu thay đổi giải thuật định tuyến của tất cả các bộ định tuyến IP, bởi vi tiền tố có thể lấy bát cứ giá Chương 1: Giới thiệu 15 trị nào. Những giải thuật này đã được thực hiện ở cả phần cứng lẫn phần mềm, do đó việc thay đổi nó không phải là chuyện đơn giàn. Một trong những điểm thú vị của chuyển mạch nhãn là giải tìiuật định tuyến thi cố định và những cách điều khiển mới có thể sử dụng mà không cần phải thay đổi nó, và chúng ta sẽ thấy trong các phần tiếp là các cách điều khiển khác nhau có thể được sử dụng để điều khiển quá trình chuyển mạch nhãn và chúng hàu như sử dụng chung giải thuật định tuyến. Do đó, có thể đưa toàn bộ việc thực hiện giải thuật định tuyến bằng phần cứng hay bằng một phần mềm có tốc độ cao mà không quan tâm đến việc phải tối ưu lại nó mỗi khi triển khai một chức năng định'tuyến mới. Nó hứa hẹn hấp dẫn trong việc phát triển và triển khai những chức năng mới trong mạng IP. Và đây có thể chính là lợi ích lớn lứiất của chuyển mạch nhãn và kết quả là chuyển mạch nhãn dường như thực hiện nền móng cho thế hệ tiếp theo của kiến trúc định tuyến. 1.1.2. Giá cả và hiệu quả Trong bất kì mạng nào mà dựa trên bộ giao thức của Internet, thì một trong các thành phần quan trọng là bộ định tuyến (router). Nhiệm vụ cơ bản nbất của một router là định tuyến các gói IP (hoặc datagram) qua mạng. Ngoài ra, router còn thực hiện các chức năng khác như là lọc ra một luồng của các gói từ những phần khác Iihau của mạng. Thật sự, tính chất quan trọng nhất của một router cho nhiều ứng dụng không phải là tốc độ mà là sự đa dạng về chức năng mà nó cung cấp. Một bộ phận quan trọng khác ttong mạng đó là chuyển mạch (switch). Trong khi router là thiết bị lóp 3 (nó định tuyến các gói IP) thì switch là thiết bị lớp 2 (nó định tuyến các gói của giao thức lớp 2). So sánh với router thì switch đơn giản hơn, nó chì cung cấp một số lượng rất giới hạn các giao thức và các kiểu giao tiếp, còn router thường cung cấp một lượng lớn các giao thức, nhiều kiểu giao tiếp và tốc độ. Giải thuật định tuyến của switch thì đơn giản và ít thay đổi, nhiều kiểu chuyển mạch (switch) như chuyển mạch ATM (ATM switch) hay chuyển mạch Frame Relay (Frame Relay switch) sử dụng giải thuật định tuyến dựa trên việc trao đổi nhãn. Với sự khác nhau như vậy giữa switch và router, thì đương nhiên có sự khác nhau về giá cả / hiệu quả giữa chúng. Nhumg trước hết chúng ta phải xem hiệu quả là gì trong trường hợp này, việc này khá phức tạp vì bị ảnh hưởng bời nhiều yếu tổ, tuy nhiên thông thưÒTig nó được tính là số lượng gói mà thiết bị có thể định tuyến trong 1 giây giữa ngõ vào và ngõ ra trên tổng dung lượng băng thông cùa nó. Khi chúng ta xem xét giá cả / hiệu quả của switch và router, ta thấy switch thường trội hơn. Nghĩa là, với một mức hiệu quả định trước, giá của một router thường cao hơn giá của một switch tương đương, ngược lại, với một chi phí cho trước, một switch thường cho hiệu quả cao hom một router vì ta thấy router phải định tuyến gói và thực hiện các dịch vụ khác trong khi đó switch chi định tuyến gói. vấn đề mà chúng ta bàn đến ở đây nhằm mục đích chi ra là switch thường có hiệu quả cao hơn router. Switch dẫn ra một sổ yếu tố thúc đẩy đưa ra chuyển mạch nhãn. Chúng ta có thể xây dựng một thiết bị mà có thể thực hiện hầu hết các công việc của một router mà sừ dụng phần cứng giống một switch. Khi quy mô Internet được m ở rộng và IP là giao thức duy nhất được sử dụng thi việc định tuyến IP ở mức giá cả / hiệu quả của một switch quả là hấp dẫn. 16 Chuyền mạch nhãn đa giao thức MPLS 1.1.3. Sự tích họp IP trên ATM Chúng ta biết rằng kiến trúc của ATM rất khác với kiến trúc của IP, trong khi IP phân phối các datagram và sừ dụng kiểu không kết nối thi ATM dựa trên kiểu hưÓTig kết nối hay kết nổi ảo. ATM và IP cũng hoàn toàn khác nhau trong cách đánh địa chỉ các host. Những sự khác nhau này đã đưa ra nhiều thách thức lớn, chuyển mạch nhãn ra đời cũng nhằm đáp ứng các thách thức này. Với những UXI điếm của ATM và sự phát triền ngày càng lớn của Internet đà đưa ra vấn đề làm sao đưa kiến trúc IP vào mạng ATM. Sự khác nhau về hiệu quà giữa các chuyển mạch ATM và các router hiện tại đã làm cho vấn đề thêm phức tạp. Phần lớn mạng hôm nay được xây dựng theo kiểu là các router tốc độ chậm bao xung quanh các chuyển mạch ATM (ATM switch) như hình 1.1. H ình L l : Mô hình IP tích hợp trên A T M [1]. Router Switch o Mạng ATM Kiểu của mạng này thường gọi là kiểu xếp chồng, ý tưởng là mạng IP nằm bên trên mạng ATM. Mạng ATM cung cấp kết nối tốc độ cao và mạng IP gồm các router được kết nối với nhau bời các kết nối ảo của ATM. Vấn đề ánh xạ IP vào ATM được nghiên cứu bởi nhiều nhóm ngoài hai tổ chức chính là ATM Forum và IETF như là: Chương 1: Giới thiệu 17 • Nhóm IP ATM (The IP over ATM) nghiên cứu việc gói các IP datagram vào lớp PDU của ATM và một giao thức phân giải địa chỉ ATMARP để ánh xạ địa chỉ IP vào địa chi ATM. • Nhóm IPLPDN (IP over Large Public Data Networks) và sau đó là nhóm ROLC (Routing over Large Clouds) đưa ra NHRP (Next Hop Revolution Protocol) cho phép các host và router có the tạo một kết nối ảo trực tiếp thông qua mạng ATM. • Nhóm LANE (The LAN Emulation) đưa ra nhừng thủ tục để làm cho mạng ATM hoạt động giống mạng LAN đa ừTiy cập. • Nhóm MPOA (Multiprotocol over ATM) đã kết hợp và phát triển các kết quả các nhóm khác để đưa ra sự hỗ trợ nhiều giao thức (protocol) lớp mạng (trong đỏ có IP). Hầu hết các nhóm trên đều đưa ra vài kiểu server (ATMAPR, MARS, NHRP, BUS,...) để thực hiện việc ánh xạ này cũng như những giao thức cần thiết để giao tiếp với các server này. vấn đề tiếp theo là phải có thêm các server khác cùng với các giao thức đồng bộ để giữ chúng hoạt động đồng bộ với nhau. Tại sao vấn đề lại phức tạp như vậy, là do các giao thức Internet và các giao thức ATM được phát triển độc lập với nhau và hoạt động trên các điểm khác nhau. Và có nhiều người tự hỏi nếu một chuyển mạch ATM (ATM switch) có thề sử dụng các giao thức khác ngoài nhừng giao thức do ATM Forum và ITU như là các giao thức phù hợp với kiến trúc IP hơn thì sè giảm nhiều sự phức tạp của việc ánh xạ. Nhiều kỹ thuật chuyển mạch nhàn thực sự tạo ra những giao thức như vậy, nó có thể điều khiển một chuyển mạch ATM (ATM switch) hoạt động như là định tuyến các gói IP một cách tự nhiên mà không cần nhờ đến các server ánh xạ giừa IP và ATM. Thay vì có hai kiến trúc giao thức khác nhau với sự khác nhau về cách đánh địa chi, các giao thức định tuyến, các kế hoạch định tài nguyên,... thi chuyển mạch nhân cho phép nhừng giao thức điều khiển IP chạy trực tiếp trên phần cứng của ATM. Nhừng chuyển mạch ATM (ATM switch) thì vẫn định tuyến các gói nhờ kỹ thuật trao đổi nhãn, nhưng cách thức mà nó tạo bảng định tuyến và tính toán tài nguyên đều được điều khiển bởi các giao thức điều khiên của IP. Với cách thức điều khiển như vậy, chuyển mạch ATM (ATM switch) ừở thành các router của IP do đó loại bỏ yêu cầu phải ánh xạ giữa IP và ATM. * Vấn đề p h át triển Đây là vấn đề ít được biết đến nhưng lại trờ nên quan trọng khi một mạng IP được xây dựng xép chồng trên một lớp 2 khác kiểu, như là Frame Relay hay ATM. Xem xét mạng trong hinh 1.2, mạng ATM ở trung tâm cung cấp kết nối tốc độ cao cho tất cả các router bằng các kênh ảo nối giữa chúng, như ta thấy luôn có một switch nằm giữa các cặp router và điều này có thể gây ra nghẽn tại switch này. Tuy nhiên, một kết nôi hoàn toàn các kênh ào cho phép các router có thể nối trực tiếp đến các router còn lại. Trong hình 1.2 chỉ vẽ những kênh ảo cho 1 router để tránh làm rối hình, chứ thật sự là có n(n-l)/2 kênh ảo, là 55 trong hình. Đẻ có thể hiểu rõ vấn đề ở đây, chúng ta cần biết qua cách hoạt động cùa các giao thức định tuyến. Mỗi router thường được cấu hình có. một chỉ số gắn cho mỗi router kỉiác kết nối tạrc tiếp với nó, chỉ số này cho phép router luôn biết những router cỏ kểt nối đến nó 18 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và biết cả kết nổi nào không thể hoạt động, nó còn được dùng để trao đổi thông tin định tuyển giữa các router. H ình 1.2: Các kênh ảo giữa các router trong mạng IP/A TM []]. Router Switch Mạng ATM Mạch ảo Đường vật lý Nhiều nghiên cửu đã thực hiện để làm giảm nhẹ vấn đề phát triển. Trong đó có cách là không làm kết nối hoàn toàn giữa các router, nghĩa là có vài kết nối giữa hai router phải qua một router trung gian khi mà hiệu quà của router trung gian này chấp nhận được. Cách khác, Next Hop Resolution Protocol (NHRP) cho phép router thiết lập những kênh ào đến những trạm mà nó cần gửi dữ liệu mà không cần phải thiết lập các chi số định tuyến qua kênh ảo. Tuy nhiên, nó có những vấn đề riêng như là nó cần phải có các NHRP server và phải có khả năng không cho xảy ra việc định tuyến lặp vòng. NHRP chi phù hợp cho các lưu lượng unicast, nó không hỗ trợ cho multicast. Những nghiên cứu khác giải quyết vấn đề này bằng chuyển mạch nhãn. Đầu tiên, nhắc lại là một LSR sử dụng các giao thức điều khiển của IP, bao gồm cả các giao thức định tuyến chạy trên phần cứng của ATM. Do đó, với cấu trúc mạng như hình 1.2, chúng ta có thể giảm đáng kể số lượng chi số của các router sử dụng giao thức của IP trên nền ATM, có thể thấy điều này trên hình 1.3. Vì chuyển mạch ATM có thể chạy các giao thức định tuyến của IP, nên các ứạm trung gian thay vì là các router thì nay là các LSR, do đó số lượng các chỉ số mà các router phải có giảm đáng kể và sẽ không tăng theo kích thước của mạng. Chú ý rằng ở hình 1.2 các Chương 1: Giới thiệu 19 router có 10 chi số thì nay chỉ có 1 (nối với LSR), và LSR có không quá 5 chỉ số, 3 nối với 3 router, 2 nối với LSR khác. Ta thấy nó luôn giừ chỉ số đỏ khi mạng được mở rộng, và vấn đề phát triển đã có thể được chấp nhận. H ình L3: Thay chuyển mạch A TM bằng LSR [1]. Router LSR 1.1,4. M ở rộng các chức năng định tuyến Điều quan trọng chúng ta phải chú ý ở đây là chuyền mạch nhãn không chỉ nhằm biến một phần cứng ATM hoạt động'giống một router mà nó còn cung cấp những chức năng mới mà các kỹ thuật định tuyến IP hiện tại không cho phép. Đây cũng là một yếu tố thúc đẩy sự ra đời cùa chuyển mạch nhãn, ờ phần này chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về sự phát triển của việc định tuyến đã nói trong phần trước. Hiện nay, việc định tuyến trong mạng IP là dựa vào địa chỉ đích, nghĩa là quyết định phải gửi gói đi đâu là dựa vào địa chỉ đích, về nguyên tắc, các tnrofng khác trong tiêu đề IP (IP header) (địa chỉ nguồn, kiểu của dịch vụ) đều có thể được sừ dụng trong việc quyết định cho gói tin nhưng hầu hết các nghiên cứu thiết kế cho router đều chỉ sừ dụng địa chỉ đích. Trong khi đó các kỹ thuật mạng mà có sừ dụng kỹ thuật trao đổi nhãn như là Frame Relay hay ATM có thể cung cấp những chức năng khác nhau. Đe có thể hiểu chuyển mạch nhãn hỗ trợ những kỹ thuật mới như thế nào, ta xét mạng có cấu trúc trong hình 1.4. 20 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS H ình L4: Đường dẫn chuyển mạch nhãn. 'ầ>Ỷ, Router Đây là một ví dụ điển hình về các chức năng mà kiểu định tuyến truyền thống khó thể cung cấp. Xem xét trưòng hợp khi router B là một router kiểu truyền thống, định tuyến các gói bằng cách sử dụng địa chi IP đích. Khi một gói đến B từ một trong các router lân cận, quyết định định tuyến chỉ dựa vào địa chỉ đích mà không bị ảnh hưởng bởi bất cứ yếu tố khác. Nhưng giờ già sử ta muốn “những gói đi tìt router A để đến router F thì đi qua router D, còn những gói khác đến router F thì đi qua router E”, rõ ràng cơ chế định tuyến chỉ dựa vào địa chi đích không thể thực hiện được điều này. Nhưng sẽ dễ dàng thực hiện điều này tại router B nếu B định tuyến gói bằng kỹ thuật chuyển mạch nhãn. Nguyên nhân chính là A và c sử dụng các nhãn khác nhau, giả sử A sử dụng nhãn có giá trị là 5 cho các gói có đích là F còn c sử dụng nhãn 12. Do đó, tại B khi các gói đến nó sẽ định tuyến gói có nhãn 5 đến D và gói có nhãn 12 đến E. Mặc dù ví dụ nhỏ này không đi sâu vào chi tiết nhvmg nó cho ta thấy chuyển mạch nhãn hỗ trợ nhiều chức năng định tuyến mới mà kiểu định tuyển truyền thống không thể hỗ trợ. 1.2. TÓ M TẮ T L ỊC H s ử Bây giờ chúng ta đã biết những lý do tại sao các nhà nghiên cứu lại quan tâm đến kỹ thuật chuyển mạch nhãn, và chúng ta cũng nên có một cái nhìn tổng quan về các sự kiện đã dẫn đến tình hình hiện nay. 1.2.1. Bộ định tuyến chuyển m ạch tế bào CSR của Toshiba Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào (Cell Switching Router) của Toshiba là nghiên cứu đầu tiên về chuyển mạch nhãn được công bố. Kiến trúc của CSR đã giới thiệu ý tưởng là một phần cứng ATM hỗn hợp có thể được điều khiển bỏd IP (như là các giao thức định tuyến IP hay Rsyp) hơn là các giao thức báo hiệu của ATM (như Q.2931). Theo nghiên cứu này thi có thể bỏ các báo hiệu ATM và cả chức năng ánh xạ giữa IP và ATM. Ý tưởng CSR đầu tiên được trình bày trước IETF vào cuối năm 1994 và đầu 1995, vào thời điểm này cũng có nhiều nhóm nghiên cứu khác đang tập trung vào phát triển ý tường tương tự. . Chương .1: Giới thiệu 21 1.2.2. C huyển m ạch IP [4] Với nhiều nguyên do, bao gồm tối ưu về thời gian, sàn phẩm có chất lượng, cách thức tiếp thị hiệu quả, chuyển mạch IP (IP Switching) được định nghĩa ban đầu bởi công ty Ipsilon đã ảnh hưởng lớn lên thị trường và giới kỹ thuật hcm là nghiên cứu CSR. Ipsilon công bố nghiên cứu của họ vào đầu năm 1996. v ề mặt kỹ thuật thl hai nghiên cứu có nhiều điếm tương đồng, tuy nhica những ưu điểm của'chuyển mạch IP hơn các nghiên cứu trước đó có thể dễ dàng thấy được như sau: • Chuyển mạch IP cho phép 1 thiết bị với hiệu quả của một chuyển mạch ATM mà có thể thực hiện công việc của một router. • Những router tốc độ cao (không phải là chuyển mạch ATM) có thể thực hiện bởi vì IP và các giao thức của Internet đang là những giao thức chủ yếu hiện nay mà các router hiện tại thì quá chậm. • Báo hiệu ATM và việc ánh xạ IP vào ATM đã trở nên quá phức tạp, cho mục đích định tuyến IP chúng ta cũng không cần các giao thức điều khiển ATM. Những tài liệu cùa Ipsilon được công bố trong một số các tài liệu Internet là RFC. Mặc dù không phải tất cả RFC đều là tiêu chuẩn, các tài liệu của Ipsilon được coi là nghiên cứu “mở” vì vài giao thức được công bố đã được thực hiện. Một đóng góp có giá ứỊ nữa là việc làm rõ một giao thức điều khiển chuyển mạch đon giản GSMP cho phép biến bất cứ một chuyển mạch ATM nào thành một chuyền mạch IP với những chức năng mới được bổ sung. Để rõ ràng, chúng ta sẽ sừ dụng thuật ngữ chuyển mạch IP là nói về nghiên cứu của Ipsilon, mặc dù nó ứiường được sừ dụng ở chỗ khác để đề cập đến việc mờ rộng vấn đề của các nghiên cứu khác. Thuật ngữ tổng quát được sừ dụng khi cần thiết thì chúng ta sử dụng thuật ngữ chuyển mạch nhãn. 1.2.3. C huyển m ạch thẻ Vài tháng sau khi Ipsilon công bố nghiên cứu của họ, Cisco Systems công bố một nghiên cứu khác về chuyển mạch nhãn mà họ đặt tên là chuyển mạch thè (Tag Switching). Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau, chuyển mạch thè là một kỹ thuật xuất sắc xuất phát từ các nghiên cứu chuyển mạch IP và CSR. Ví dụ là nó không dựa trên dòng lưu lượng dừ liệu để thiết lập bảng định tuyến trong chuyển mạch và nó còn được làm để phù hợp với nhiều kỹ thuật lórp liên kết (link layer) khác nừa ngoài ATM. Giống Ipsilon, Cisco dùng 1 RFC để mô tả nghiên cứu của họ, nhưng không giống Ipsilon, Cisco công bố phát minh của họ để thuyết phục sự tiêu chuẩn hóa của chuyển mạch thẻ qua IETF. Và sau đó, một lượng lớn các bài viết về Internet được công bố, mô tả những kì vọng cùa chuyển mạch thẻ, bao gồm hoạt động trên ATM, ppp, liên kết 802.3, hỗ trợ cho định tuyến multicast, cho dự trữ tài nguyên sử dụng RSVP, Sự tiêu chuấn hóa những cô gắng làm việc cùa Cisco đưa ra đã trờ thành chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) và MPLS hiện nay được sừ dụng rộng rãi như là một thuật ngữ cùa chuyển mạch nhãn. 1.2.4. A RIS của IBM Chi sau công bố của Cisco và việc cố gắng tiêu chuẩn hoá của IETF một thời gian ngắn, một lượng bài viết Intenet đã được phát hành bởi các tác già từ IBM, mô tả một 22 Chuyến mạch nhãn đa giao thức MPLS nghiên cứu khác về chuyển mạch nhãn gọi là chuyển mạch IP dựa trên bộ định tuyến tổng họp (Aggregate Router-based IP Switching) hay ARIS. ARIS thì giống với chuyển mạch thẻ hơn là các nghiên cứu khác ở chỗ dùng lưu lượng điều khiến để thiết lập bảng định tuyến chứ không phải dùng lưu lượng dừ liệu, nhưng ARIS khác với chuyển mạch thẻ ở vài điểm đáng kể. Nhiều ý tưởng của ARIS đã có trong việc tiêu chuẩn hóa MPLS. 1.2.5. Chuyển m ạch nhãn đa giao thức MPLS Khi Cisco công bố về chuyển mạch thẻ, họ cũng mong muốn được tiêu chuẩn hóa kỹ thuật này. Sau một loạt báo cáo đầu tiên của chuyển mạch thẻ trên báo cáo Intenet, một hội nghị BOF (Birds of a Feather), là hội nghị cần thiết trước khi tổ chức một nhóm nghiên cứu, và xác định vấn đề nào cần tiêu chuẩn hoá) được tổ chức vào tháng 12 năm 1996, với sự trình bày của Cisco, IBM, và Toshiba (lúc này công bổ những báo cáo mới về CSR). Với mức độ quan tâm trong BOF và với thực tế là có quá nhiều công ty đưa ra nhiều giải pháp tương tự chi cho 1 vấn đề, thì việc tiêu chuẩn hóa phải ra đời là chuyện phải làm. Do đó việc thành lập nhóm nghiên cứu cho việc tiêu chuẩn hóa được IETF chấp nhận vào đầu năm 1997. Và cuộc gặp đầu tiên của nhóm diễn ra vào tháng 4 năm 1997. Như đã nói trên, tên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) được chấp nhận chủ yếu bởi tên chuyển mạch IP và chuyển mạch thè đã được đặt cho sản phẩm của các công ty. Mặc dù dùng tên là đa giao thức (Multiprotocol) nhưng chủ yếu chi tập trung vào các giao thức‘của IP horn là các giao thức của lớp mạng khác. 1.3. K É T LUẬN Chúng ta đã khảo sát một cách sơ lược sự ra đời cùa kỹ thuật chuyển mạch nhãn.-Và để hiểu rõ hơn về kỹ thuật này chúng ta sẽ xem xét các nghiên cứu tiêu biểu cho kỹ thuật này, đó là chuyển mạch IP, chuyển mạch thẻ, sau cùng là MPLS. CHIỈƠIVG 2: LÝ THUYẾT cơ BẢl^ CỦA CHHYỂM MẠCH niHẰN 2.1. TỎ N G QUAN Khi mạng Internet ngày càng iườ rộng cùng với sự phát ttiển của các dịch vụ gia tăng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và tính bảo mật, MPLS là một giải pháp tối ưu. Nó kết hợp các ưu điểm của IP và ATM mà chi phí triển khai cũng không quá đắt, có thể phối hợp và nâng cấp từ các mạng ATM hoặc Frame Relay đã có săn. Ngoài ra, MPLS còn là một giải pháp tối ưu cho dịch vụ VPN và các ứng dụng đòi hỏi về chất lượng dịch vụ và kỹ thuật lưu lượng. Hầu hết các mạng diện rộng ở Việt Nam đều được tổ chức với kết nối sử dụng dịch vụ thuê kênh riêng, X25 hoặc Frame Relay thông qua các nhà cung cấp dịch vụ viễn ứiông. Hầu hết chúng đều hoạt động dựa trên định tuyến IP truyền thống với không ít nhược điểm, đáp ứng chậm khi có yêu cầu xử lý luồng lưu lượng lớn trên mạng, làm cho việc xử lý tại các router bị quá tải. Hậu quả là mất lưu lượng, mất kết nối và làm giảm đặc tính mạng. Ngoài ra, mỗi nút trong mạng đều phải thực hiện hai chức năng là định tuyến và chuyển tiếp. Quá trình chuyển tiếp chi dựa trên địa chỉ đích của gói mà không dựa trên các tham số chất lưgrng dịch vụ. MPLS được xem là giải pháp cho các vấn đề nầy. Điểm nổi bật cùa công nghệ MPLS là khả năng chuyển tiếp lưu lượng nhanh, đom giản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh hoạt và tận dụng tài nguyên mạng. Nó kểt hợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch kênh ttong ATM và chuyển mạch gói trong IP, có khả năng chuyển tiếp gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến như bình thưòfng ở mạng biên. Khi các gói đi vào miền MPLS, thường là mạng trục của nhà cung cấp dịch vụ, chúng được chuyển mạch đơn giản bằng chuyển mạch nhãn. Các nhãn còn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà cáG-góLnhận được. Khi chúng ra khỏi mạng thì các nhãn sẽ được cắt bỏ ờ các router biên mạng và ă ^ c định tuyến như thông thường. MPLS có một số iru điểm hcm định tuyến IP như chuyển các gói qua mạng nhánh hơn router IP. Trong IP, việc định tụyến chì dựa vào tiêu đề của gói còn MPLS có thể phân biệt các giao diện khác nhau, các thông tin khác nhau để xác định chính sách xử lý thích hợp, đôi khi gói có thể được định tuyến theo một đường biết trước khi gói đi vào mạng. Ta xét qua hoạt động của các router hỗ trợ MPLS, gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router): ở chặng đầu tiên trong mạng MPLS, router chuyển tiếp gói dựa vào địa chi đích (hoặc bất cứ thông tin nào ờ phần tiêu đề theo chính sách cục bộ); sau đó nó xác định một nhãn thích hợp - giá trị này được xác định cho một lớp chuyển tiếp tương đương FEC - gán nhãn cho gói và chuyển nó tới nút tiếp theo, ở chặng tiếp theo, router dùng giá trị của nhãn như một chỉ mục cùa một bảng để xác định nhãn mới. LSR gán Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 24 nhãn mới rồi chuyển gói đến nút tiếp theo. Tuyến đưcmg mà một gói gán nhãn đi qua được gọi là đưòng chuyin mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Do MPLS sử dụng nhãn để quyết định chặng tiếp theo nên router ít phải làm việc hơn và hoạt động gần giống với switch. Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường đi trong mạng nên các nhà quản trị mạng có thể điều khiển chính xác hơn các quá ttình xử lý lưu lượng ttong mạng bằng cách dùng các chính sách nhãn. Có hai cách chính để gán và phân phối nhãn là mô hình lái dữ liệu và mô hình lái điều khiển. Mô hình lái dữ liệu như chuyển mạch IP (Ipsilon) hay bộ định tuyến chuyển mạch tế bào (Toshiba). Mô hình lái điều khiển như chuyển mạch thẻ (Cisco), IP Navigator (AscencyLucent) và ARIS MPLS (B M ), MPLS. Khác với quá trình định tuyến và chuyển mạch thông thưÒTig của mạng IP là dựa trên tiêu đề của gói tin IP, trong mạng MPLS, quá trình chuyển mạch dựa trên một nhãn gắn thêm vào gói tin. Còn quá trình định tuyến thì không khác biệt nhiều lắm, tức vẫn dựa vào địa chỉ IP và các giao thức định tuyến để định tuyến. Tuy nhiên router còn phải nắm giữ sự thay đổi về hhãn của các gói tin khi đi các gói này được chuyển tiếp qua router. Như vậy, khác với router thông thưòĩig, các router trong mạng MPLS phải hiểu được các giao thức phân phối nhãn. (Tuy nhiên, với định tuyến ràng buộc, ta có thể chỉ định một con đường độc lập với các giao thức định tuyến). Để minh hoạ hoạt động của MPLS, ta hãy xét đường đi của một gói tin theo từng bước ưong mạng sau. H ình 2.1: Sơ đồ mạng IP 28 SO/0 PE1 IP S O /0 ^ ^ 0 /1 P1 IP 24 SO/Ổ^^O/1 so/ò 27 P2 PE2 CE1 CE2 T hiết bị Serial 0/0 Serial 0/1 Loopback 0 PE1 192.168,1.10 P1 192.168.1.9 192.168.1.14 192.168.1.2 P2 192.168.1.13 192.168.1.18 192.168.1.3 PE2 192.168.1.17 192.168.1.1 192.168.1.4 B ảng 2.1: Địa chi IP các thiết bị Trước hết, các giao thức định tuyến như OSPF, IS-IS hoạt động để xây dựng những router kế cận trong bảng định tuyến của một router. (Router kế cận là router kế tiếp mà gói tin cần được truyền đến để đến được một đích nào đó).