TỔNG QUAN VỀ MPLS
1.1 Giới thiệu
Internet ra đời mở màn cho kỷ nguyên tiến bộ vượt bậc của nhân loại, nó không ngừng phát triển về phạm vi cũng như chất lượng. Do đó để đáp ứng với những nhu cầu ngày càng cao của con người đặc biệt là về chất lượng dịch vụ và về vấn đề bảo mật thì MPLS đã ra đời. Như chúng ta đã biết, nền tảng của internet dựa trên mô hình TCP/IP sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói IP truyền thống với không ít nhược điểm. Những nhược điểm chính có thể nói đến như sau:
- Tốc độ và độ trễ: chuyển mạch IP truyền thống thì còn chậm do phải định tuyến và chuyển tiếp gói IP dựa trên phần tiêu đề với địa chỉ đích làm nồng cốt. Tuy đã có một số phương pháp cải tiến như sử dụng bảng định tuyến nhanh cho các gói tin quan trọng nhưng số gói tin đến nốt mạng vẫn lớn hơn so với khả năng xử lý của nốt mạng đó nên dẫn đến tình trạng mất gói, mất kết nối...
- Khả năng mở rộng mạng: do nhu cầu ngày càng cao nên vấn đề mở rộng là tất yếu, mà nếu sử dụng mạng IP truyền thống thì việc mở rộng mạng lõi là hết sức khó khăn.
- Việc tích hợp các kỹ thuật ở các lớp trong mô hình OSI hay nói cách khác là làm trong suốt giữa các lớp là hết sức khó khăn.
MPLS được xem là giải pháp cho những vấn đề này. Với khả năng chuyển tiếp nhanh, đơn giản, định tuyến linh hoạt, tận dụng tài nguyên, và đặc biệt cung cấp dịch vụ VPN bảo mật cao sẽ giúp cho MPLS có nhiều đất dụng võ ở hiện tại cũng như trong tương lai.
1.2 MPLS là gì ?
MPLS (Multi Protocol Label Switching) là phương pháp cải tiến cho việc chuyển tiếp các gói tin IP trên mạng bằng cách thêm vào nhãn (label). Nhãn được chèn vào giữa tiêu đề lớp 2 (layer 2) và lớp 3 (layer 3) trong trường hợp các kỹ thuật lớp 2 dưa trên khung (frame) như Ethernet, frame relay... Đối với các kỹ thuật lớp 2 dưa trên tế bào (cell) như ATM thì nhãn được xem là các VPI , VCI.
MPLS kết hợp các ưu điểm của kỹ thuật chuyển mạch (switching) của lớp 2 và kỹ thuật định tuyến (routing) lớp 3. Do sử dụng nhãn để quyết định chặng tiếp theo trong mạng nên router ít làm việc hơn và hoạt động gần giống như switch. Nhãn có thể được dùng để thiết lập chính sách cho quá trình xử lý lưu lượng trong mạng – yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng dịch vụ.
1.3 Các khái niệm chính trong MPLS
1.3.1 Nhãn (Label)
Nhãn là một khung nhận dạng ngắn, chiều dài cố định và không có cấu trúc. Nhãn không tực tiếp mã hóa thông tin của header như địa chỉ lớp mạng. Nhãn được gói vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó đã được ấn định.
1.3.2 Chồng nhãn (Stack Label)
Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo các gói tin để chuyển tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (Một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP.
1.3.3 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forward Equivalence Class)
FEC mô tả sư kết hợp các gói tin có cùng địa chỉ đích của người nhận cuối thành các lớp để có những chính sách xử lý tương ứng. Giá trị FEC trong gói tin có thể thiết lập mức độ ưu tiên cho việc điều khiển gói nhằm hỗ trợ hiệu quả hoạt động của QoS (Quality of Service). Đối với các dịch vụ khác nhau thì các FEC khác nhau với các thông số ánh xạ khác nhau. Việc ánh xạ một gói vào một FEC có thể đạt được nhờ vào một số thông số sau:
- Địa chỉ IP nguồn, đích
- Cổng nguồn, đích
- Nhận dạng giao thức (PID)
- Luồng
- …
FEC được ấn định ngay từ đầu vào của mạng MPLS và phụ thuộc vào hoạt động của LSR ngõ vào, ra. Do đó thường thì các LSR ngõ vào và ra là các router có khả năng xử lý mạnh.
1.3.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Swtiching Path)
Đường chuyển mạch nhãn được thiết lập từ ingress LSR (ingress Label Switching Router – dữ liệu đầu vào là gói IP truyền thống, ingress LSR sẽ ấn định nhãn cho gói thông tin này) đến egress LSR (egress Label Switching Router – gỡ bỏ nhãn cho gói dữ liệu khi ra khỏi mạng lõi MPLS). LSP được xây dựng bằng các giao thức như LDP (Label Distributed Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol),…
Một LSP nối từ đầu cuối đến đầu cuối gọi là đường hầm LSP (LSP tunnel) – liên kết các đoạn LSP giữa các node.
1.3.5 Cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base)
Mỗi LSR phải xây dựng một bảng thông tin (information table) sử dụng cho việc đinh tuyến và chuyển tiếp các gói tin trong mạng. Trong bảng sẽ chứa những thông tin liên quan đến nhãn, địa chỉ, trạm kế,… để xác định rõ ràng cách thức chuyển tiếp của gói dữ liệu như thế nào. Bảng này gồm những trường sau [Hình 3]:
1.3.6 LSR (Label Switching Router) v LER (Label Edge Router)
- LSR là router chuyển mạch nhãn nằm trong mạng lõi MPLS (không phải là các router biên) có nhiệm vụ là nhận gói tin chuyển đổi nhãn (label swapping), rồi sau đó chuyển tiếp (forwarding) gói tin này đến trạm kế tiếp.
- LER là các router biên trong miền MPLS (MPLS domain). Nếu gói nhận vào là gói tin IP truyền thống thì LER sẽ gán nhãn vào gói tin và chuyển tiếp vào mạng lõi MPLS. Nếu gói nhận có nhãn thì LER sẽ gỡ nhãn ra và đưa gói tin vào mạng IP truyền thống.
1.4 Sự phát triển của MPLS
Mục đích ban đầu của chuyển mạch nhãn là muốn đưa tốc độ của chuyển mạch lớp 2 vào lớp 3. Lý lẽ ban đầu cho các kỹ thuật như MPLS không lâu sau đã được nhận thấy là có ưu điểm, bởi vì các chuyển mạch lớp 3 mới được sử dụng công nghệ ASIC ( Application-specific integrated circuit), kỹ thuật nền tảng có thể thi hành chức năng tìm kiếm với tốc độ vừa đủ để hỗ trợ cho hầu hết các loại giao tiếp (interface).
Chuẩn của chuyển mạch nhãn được nhóm nghiên cứu của IETF về MPLS đề xuất năm 1997 và được nghiên cứu rộng rãi. MPLS được phát triển từ nhiều kỹ thuật chính, bao gồm các phiên bản độc quyền về chuyển mạch nhãn như chuyển mạch nhãn của Cisco (Cisco’s Tag Switching), Chuyển mạch IP dựa trên nền định tuyến tổng hợp của IBM (IBM’s Aggregate Route-Based IP Switching – ARIS), Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba (Toshiba’s Cell-Switched Router – CSR), Chuyển mạch IP của Ipsilon (Ipsilon’s IP Switching) và bộ định vị IP của Lucent (Lucent’s IP Navigator).
Chuyển mạch thẻ (Tag Switching), được phát minh bởi Cisco, và đưa đến người dùng lần đầu tiên vào năm 1998. Từ khi bắt đầu triển khai chuyển mạch thẻ, Cisco đã làm việc chung với IETF để phát triển và thông qua các chuẩn của MPLS, hợp nhất các đặc tính và ưu điểm của Chuyển mạch thẻ.
1.5 Ưu và nhược điểm của MPLS
- Tốc độ và độ trễ: Chuyển mạch nhãn được cung cấp để giải quyết vấn đề về tốc độ và độ trễ một cách hiệu quả. Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều chuyển mạch IP cổ điền bởi vì giá trị nhãn được thiết kế đơn giản, được sử dụng để quản lý bảng định tuyến theo cách nhãn sẽ được sử dụng là chỉ mục trong bảng. Việc tìm kiếm này yêu cầu chỉ một lần là tìm ra, ngược lại định tuyến cổ điển có thể phải tìm trong bảng đó vài nghìn lần. Kết quả, trên luồng vận chuyển, các gói được gửi thông qua mạng nhanh hơn thông thường, giảm thời gian trễ, và đáp ứng thời gian cho người dùng.
- Khả năng mở rộng: Dĩ nhiên tốc độ là một mặt quan trọng của chuyển mạch nhãn, nhưng dịch vụ nhanh không phải là tất cả mà chuyển mạch nhãn có thể cung cấp. Nó cũng có thể cung cấp khả năng mở rộng, tức là điều tiết một số lượng lớn và ngày càng tăng nhanh chóng các user trên mạng Internet. Chuyển mạch nhãn đề nghị một cách giải quyết cho vấn đề phát triển mạng một cách nhanh chóng như vậy bằng cách cho phép một số lượng lớn các địa chỉ IP được liên kết với nhau trên một hay một vài nhãn. Cách tiếp cận này sẽ cắt giảm bớt bảng định tuyến và cho phép một router phục vụ nhiều người dùng hơn tại một thời điểm và cũng không cần đòi hỏi khả năng xử lý cao của các router.
- Đơn giản: Một ưu điểm nữa của chuyển mạch nhãn là về cơ bản nó chỉ là tập hợp của các giao thức định tuyến. Nó rất đơn giản, chuyển tiếp một gói dựa trên nhãn của gói đó. Làm thế nào một nhãn đến một đường dẫn của người dùng mà không cần quan tâm đến việc chuyển tiếp thực sự của đường dẫn đó. Tất cả cơ chế điều khiển trên có thể phức tạp, nhưng chúng không làm ảnh hưởng đến hiệu quả của đường dẫn. Tức là sẽ có rất nhiều các phương pháp khác nhau để phân phối các nhãn cho đường truyền, tuy nhiên sau khi các nhãn đã được phân phối xong, họat động chuyển mạch nhãn sẽ được thực hiện một cách rất nhanh chóng. Chuyển mạch nhãn có thể được thực hiện trong một phần mềm, trong các mạch điện tử tích hợp hay trong một vi xử lý đặc biệt.
- Mức độ sử dụng tài nguyên: Cơ chế điều khiển để thiết lập một nhãn phải không làm tiêu tốn nhiều tài nguyên. Nó không được làm mất nhiều tài nguyên và chuyển mạch nhãn thì hoàn toàn không làm tiêu tốn nhiều tài nguyên để thực thi việc thành lập một con đường chuyển mạch nhãn cho đường dẫn.
Comment