Đề án Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS

ẵn có hoặc các yêu cầu của lưu lượng cần thiết để mang trên đường dẫn đó. Sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất có thể gây ra các vấn đề sau : Đường dẫn ngắn nhất từ các tài nguyên khác nhau chồng lẫn lên một số liên kết, gây ra tắc nghẽn trên các liên kết đó. Lưu lượng từ một nguồn đi tới một đích có thể vượt quá dung lượng của kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất, trong khi một đường dẫn dài hơn giữa hai Router đó được được sử dụng không đúng mức. Kỹ thuật lưu lượng trong phạm vi MPLS phát sinh từ nhu cầu khai thác mạng để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng đáng tin cậy và đưa ra sự thực hiện nhất quán cho mạng. Kỹ thuật lưu lượng cho phép người khai thác mạng khả năng định tuyến lại luồng lưu lượng từ đường dẫn cost thấp nhất “least cost” được tính toán bởi các giao thức định tuyến và những đường dẫn vật lý ít bị tắc nghẽn trong mạng đó. Và kết quả là có sự gia tăng rất mạnh mẽ trong nhu cầu về tài nguyên mạng và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp. Kỹ thuật lưu lượng đã trở thành ứng dụng hàng đầu cho MPLS. Mục đích của kỹ thuật lưu lượng là phải sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng giới hạn. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 45 Trong hình 2.12, có hai đường dẫn từ R3 tới R5 được biểu thị bởi các đường dẫn 1 và 2, nếu một Router chọn một trong các đường dẫn theo kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất từ R3 tới R5 (R3-R4-R5), thì sau đó nó sẽ mang tất cả lưu lượng của đích cho E thông qua đường dẫn. Dung lượng lưu lượng cuối cùng trên đường dẫn đó có thể gây ra tắc nghẽn, trong khi một đường dẫn khác (R3-R6-R7-R8-R5) không được sử dụng. Để toàn thể mạng hoạt động hiệu quả nhất nó có thể thiết kế nhằm thay đổi một vài phân số (fraction) của lưu lượng từ liên kết này tới liên khác. Trong khi ta có cost đường dẫn R3-R4-R5 ngang bằng với cost đường dẫn R3-R6-R7-R8-R5 như là việc tiến lại gần hơn với sự cân bằng tải sẽ gây cản trở, nếu không thể có được một Topo mạng chặt chẽ. Các đường dẫn của định tuyến tường minh, được thực hiện sử dụng MPLS, có thể được sử dụng dễ hiểu hơn và mềm dẻo hơn của việc đánh địa chỉ vấn đề này. Để giải quyết vấn đề điều khiển lưu lượng dựa vào một thực tế là các nhãn và các đường dẫn chuyển mạch nhãn (Label-switched) có thể được thiết lập một cách đa dạng của cách kiểu điều khiển khác nhau. Ví dụ, kiểu điều khiển lưu lượng có thể thiết lập một đường dẫn chuyển mạch nhãn từ R2 tới R3 tới R6 tới R7 tới R8 tới R5 (đường dẫn 1) và một đường dẫn khác từ R1 tới R3 tới R4 tới R5 (đường dẫn 2) như được chỉ ra ở hình Hình 2.12 Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chọn đường ngắn nhất Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 46 Hình 2.13 Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng Nhờ việc thực hiện các chính sách chọn lọc các gói nào đó để theo sau các đường dẫn đó, luồng lưu lượng qua mạng mới có thể được quản lý. Theo yêu cầu để làm cho Traffic Engineering đạt hiệu quả, IETF đã đưa ra kỹ thuật định tuyến ràng buộc (Constraint-based routing) và định tuyến trạng thái IGP mở rộng ( Enhanced link-state IGP). Theo yêu cầu để điều khiển đường dẫn LSP đạt hiệu quả, mỗi LSP có thể được gán một hoặc nhiều hơn các thuộc tính. Những thuộc tính này sẽ xem xét trong đường dẫn máy tính để cho LSP. Các thuộc tính này và ý nghĩa của chúng được tổng kết như sau: Băng thông (Bandwidth): Độ rộng băng thông dự trữ tối thiểu của đường dẫn cho LSP được thiết lập dọc theo đường dẫn đó. Đặc tính đường (Path Attribute): Một thuộc tính được quyết định là đường dẫn của LSP có thể là nhân công hoặc tự động hay không thì được tính bởi định tuyến ràng buộc. Ưu tiên thiết lập (Setup Priority): Thuộc tính này sẽ quyết định là LSP nào sẽ tạo ra tài nguyên khi nhiều LSP hoàn thành cho nó. Ưu tiên chiếm giữ (Holding Priority): Thuộc tính này sẽ quyết định là một tài nguyên được giữ bởi một thiết lập LSP thì sẽ được ưu tiên trước bởi một LSP mới hay không. Đặc tính lưu lượng (Affinity): Việc quản lý đặc trưng đặc tính của một LSP. Khả năng tương thích (Adaptability): Có hay không việc chuyển mạch LSP tới một đường dẫn tối ưu hơn khi nó trở nên có sẵn. Tính đàn hồi (Resilience): Thuộc tính sẽ được quyết định hay không để định tuyến lại LSP khi đường dẫn có ảnh hưởng do lỗi. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 47 Khả năng của MPLS là cung cấp việc định tuyến rõ ràng, hoạt động qua bất kỳ một phương tiện nào và có thể tập hợp số liệu thống kê những LSP, để đề nghị nó là thích hợp cho cung cấp khả năng kỹ thuật lưu lượng. IETF đưa ra giả thiết về 2 giao thức khác nhau cho việc dành riêng tài nguyên trong phạm vi cụ thể là MPLS, định tuyến dựa trên sự ràng buộc (Constraint-Based Routing), đang sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP (CR-LDP), và giao thức dành riêng tài nguyên RSVP để cung cấp cho kỹ thuật lưu lượng trong phạm vi miền MPLS. 2.5.3 Các giao thức phân bổ nhãn MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vì một vài giao thức định tuyến đang được sử dụng OSPF có thể hỗ trợ phân bổ nhãn. Tuy nhiên, IETF đã phát triển một giao thức mới để bổ sung cho MPLS. Được gọi là giao thức phân bổ nhãn LDP. Một giao thức khác, LDP cưỡng bức (CR-LDP), cho phép các nhà quản lý mạng thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn (LSP) một cách rõ ràng. CR-LDP là một sự mở rộng của LDP. Nó hoạt động độc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong (IGP) khác. Nó được sử dụng cho các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mô phỏng mạng chuyển mạch kênh. RSVP cũng có thể được sử dụng để phân phối nhãn. bằng việc sử dụng các bản tin Reservation và PATH (mở rộng), nó hỗ trợ các hoạt động ràng buộc và phân bổ nhãn. BGP cũng là một sự lựa chọn tốt cho giao thức phân bổ nhãn. Nếu cần phải ràng buộc nhãn với prefix địa chỉ, thì BGP có thể được sử dụng. Một bộ phản hồi (reflector) BGP có thể được sử dụng để phân bổ nhãn. 2.5.3.1 Giao thức phân bổ nhãn LDP (Label Distribution Protolcol) Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF (Internet Engineering Task Force) xây dựng và ban hành dưới tên RFC 3036 (Request For Comments). Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP. Sự phân phối nhãn là hoạt động cơ bản của MPLS. MPLS giúp các nhãn nằm trên đỉnh của các giao thức khác. PIM được dùng để phân phối các nhãn trong truờng hợp định tuyến multicast. Trong trường hợp Unicast, MPLS dùng giao thức phân phối nhãn Label Distribution Protocol (LDP) và Border Gateway Protocol (BGP). Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin yêu cầu. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn FEC. Giao thức này là một Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 48 tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin. Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các bộ giao thức khác thể hiện trên hình 2.14. Giao thức phân phối nhãn LDP cung cấp các kỹ thuật phát hiện LSR để cho phép LSR tìm kiếm và thiết lập truyền thông.  LDP định nghĩa 4 loại bản tin:
Bản tin tìm kiếm.
Bản tin liên kết khởi tạo, giữ và đóng phiên làm việc giữa các LSR.
Bản tin phát hành nhãn thực hiện phát hành thông tin gán nhãn, yêu cầu thu hồi và giải phóng nhãn.
Bản tin thông báo sử dụng để cung cấp các thông tin giám sát và báo hiệu thông tin lỗi. LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin. (trừ bản tin phát hiện). LDP được thiết kế để dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu bản tin đặc biệt để thu thập các đối tượng mã hoá TVL (kiểu, độ dài, giá trị). Hình 2.14 Giao thức LDP với các giao thức khác Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ trong bất cứ một LSR để điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 49 phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó. Phát hiện LSR lân cận Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau (minh hoạ trên hình 2.15):
Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast.
Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin HELLO này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp.
Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó.
Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn. Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con (subnet) người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau:
LSR định kỳ gửi bản tin HELLO đến cổng UDP đã biết tại điạ chỉ IP xác định được khai báo khi lập cấu hình. Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền một chiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên.
Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa 2 LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 50 Hình 2.15 Thủ tục phát hiện LSR lân cận Như chúng ta đã biết, bản tin LDP được truyền trên giao thức TCP, nhưng việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét. Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết: nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kết nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn. Một vấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phải bảo đảm đúng. Như vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng luôn chức năng truyền tải này trong bản thân LDP hay không?. Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP. Tuy nhiên việc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần 1 bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP. Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải. Đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng độ tin cậy của giao thức truyền tải. Tuy nhiên vấn đề hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP. Các bản tin LDP Như đã trình bày có 4 kiểu bản tin cơ bản được sử dụng trong giao thức phân phối nhãn LDP, các bản tin thông dụng là:
Bản tin khởi tạo (Initialization)
Bản tin giữ đường (KeepAlive)
Bản tin gán nhãn (Label Mapping)
Bản tin giải phóng (Release) Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 51
Bản tin yêu cầu (Request)
Bản tin Thu hồi nhãn (Label Withdraw)
Bản tin huỷ bỏ yêu cầu (Request Abort) Dạng bản tin Initialization Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm:
Chế độ phân bổ nhãn.
Các giá trị bộ định thời
Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó. Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lời bằng KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc. Dạng bản tin KeepAlive Các bản tin KeeepAlive được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng. Dạng bản tin Label Mapping: Các bản tin Label Mapping được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (Prefix điạ chỉ) và nhãn. Bản tin Label Withdrawal thực hiện quá trình ngược lại: nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi Prefix địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó. Dạng bản tin Label Release Bản tin này được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa. Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn FEC đó. Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin Label Request. Nếu bản tin Label Request cần phải huỷ bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu với bản tin Label Request Abort. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 52 2.5.3.2 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP RSVP cổ điển cho phép các bộ định tuyến hoạt động mềm dẻo để lưu giữ lại trạng thái truyền dẫn kết nối của chúng, tất nhiên RSVP sẽ tăng sự phân phát khi số lượng các phiên tăng dần trong mạng. Để làm cho RSVP có thể triển khai trong phạm vi môi trường MPLS, giao thức hiện nay cần phải tăng thêm. Các bản tin giao thức RSVP được tăng lên với một đối tượng mới để cung cấp sự cấp phát nhãn, sự phân phối và sự ràng buộc, dọc theo các bộ định tuyến rõ ràng. Sự thay đổi đáng kể được giới thiệu tới cơ sở giao thức RSVP hiện nay là bao gồm việc làm giảm đi cơ cấu “soft state”, trong đó các bản tin được gửi đi một cách định kỳ để duy trì đường dẫn và làm mới cơ cấu giữa các cơ cấu khác để cho phép RSVP có thể cung cấp ER-LSP. Hình 2.16 mô tả luồng của bản tin RSVP trong việc thiết lập một LSP. Hình 2.16 Sự mở rộng cho RSVP để thiết lập một ER-LDP Như tên gọi của nó, giao thức dành trước tài nguyên RSVP dùng để dành trước các tài nguyên cho một phiên làm việc (dòng lưu lượng) trong mạng Internet. Khía cạnh này của Internet là khác so với dự định thiết kế hệ thống nằm bên dưới ban đầu là chỉ dùng để hỗ trợ các dịch vụ nỗ lực tối đa mà không xem xét đến các yêu cầu được xác định trước về chất lượng dịch vụ hay đặc tính lưu lương của người sử dụng. RSVP được dự tính để đảm bảo hiệu năng bằng việc dành trước các tài nguyên cần thiết tại mỗi node tham gia trong việc hỗ trợ dòng lưu lượng (chẳng hạn như hội nghị video hay audio). Cần nhớ rằng IP là giao thức không hướng kết nối, nó không Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 53 thiết lập trước đường đi cho các dòng lưu lượng, trong khi đó RSVP thiết lập trước những đường đi này và đảm bảo cung cấp đủ băng tần cho đường đi đó. RSVP không cung cấp các hoạt động định tuyến mà sử dụng IPv4 hay IPv6 như là cơ chế truyền tải giống như cách mà giao thức bản tin điều khiển Internet (ICMP) và giao thức bản tin nhóm Internet (IGMP) hoạt động. RSVP yêu cầu phía thu đưa ra tham số QoS cho dòng lưu lượng. Các ứng dụng phía thu phải xác định bản ghi QoS và chuyển tới RSVP. Sau khi phân tích các yêu cầu này, RSVP gửi các yêu cầu tới tất cả các node tham gia trong việc vận chuyển dòng lưu lượng. 2.5.3.3 Giao thức BGP với việc phân bổ nhãn Giao thức cổng đường biên cũng đã được tăng cường để hỗ trợ việc phân bổ nhãn. Trong phần này chúng ta chỉ tổng kết ngắn gọn các ý chính trong các bản thảo liên quan đến công việc này. BGP được sử dụng để phân bổ một tuyến đường nào đó nó cũng có thể được sử dụng phân bổ một nhãn được ràng buộc với tuyến đường đó. Thông tin rang buộc nhãn của một tuyến đường nào đó được mạng cùng với bản tin Update BGP, bản tin này dùng để phân bổ tuyến đường. Các hoạt động BGP khá giống với hoạt động ngăn xếp nhãn MPLS thông thường. Chẳng hạn, nếu router A bên ngoài cần gửi một gói tới đích D và nếu chặng kế tiếp BGP của A là một router B bên ngoài và nếu B đã ràng buộc nhãn L với D; lúc đó đầu tiên A sẽ đặt nhãn L vào ngăn xếp nhãn của gói, sau đó nó sử dụng IGP để tìm chặng kế tiếp tới B - gọi là C. Nếu C đã phân bổ cho A một nhãn MPLS, thì A có thể đặt nhãn này lên ngăn xếp nhãn của gói và sau đó gửi gói tới C. Nếu một tập các node BGP đang hoán đổi các thông tin định tuyến qua một bộ phản hồi thông tin định tuyến, lúc đó nếu phân bổ nhãn được mạng cùng với phân bổ thông tin định tuyến, bộ phản hồi thông tin định tuyến cũng có thể phân bổ nhãn. Điều này cải thiện đáng kể khả năng mở rộng mạng. Phân bổ nhãn có thể được mang cùng trong bản tin Update BGP thông qua Mở rộng đa giao thức BGP-4 (xem RFC 2283). Lúc này, nhãn được mã hóa vào trong trường thuộc tính NLRI, và trường SAFI (Subsequent Address Family Identifier) chỉ ra rằng NLRI chứa một nhãn. Một node BGP có thể không sử dụng BGP để gửi nhãn tới một đối tượng ngang cấp BGP khác, trừ khi đối tượng ngang cấp BGP đó chỉ ra rằng nó có thể xử lý các bản tin Update với trường SAFI đã được xác định (thông qua thoả thuận khả năng BGP). Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 54 Ngoài việc sử dụng BGP với việc phân bổ nhãn, nó cũng đóng vai trò quan trọng trong các mạng riêng ảo. 2.6 TỔNG KẾT CHƯƠNG Chương 2 đã đưa ra cách nhìn tổng quan về kỹ thuật lưu lượng và các phương pháp điều khiển lưu lượng trong mạng IP, điều khiển lưu lượng trong mạng ATM và điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS. Cũn trong chương này đã trình bày về cơ chế điều khiển và các giao thức phân bổ nhãn trong MPLS. Chương tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về hoạt động định tuyến và kỹ thuật điều khiển trên MPLS. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 55 CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MPLS 3.1 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MPLS Trong mạng MPLS các LSP thường được thiết lập bằng một trong 3 cách sau:
Control driven (hop-by-hop)
Explicitly routed (ER-LSP)
Constraint Routed (CR-LSP) Định tuyến từng chặng (hop-by-hop) Phương pháp này là tương đương với phương pháp được sử dụng hiện nay trong các mạng IP truyền thống. Các giao thức định tuyến truyền thống chẳng hạn như OSPF, BGP được sử dụng để thăm dò địa chỉ IP. Trong phương pháp này mỗi LSR lựa chọn một cách độc lập tuyến kế tiếp với một FEC cho trước. Mỗi node MPLS xác định nội dung của LIB bằng việc tham chiếu tới bảng định tuyến IP của nó. Với mỗi lối vào trong bảng định tuyến, mỗi node sẽ thông báo 1 ràng buộc (chứa 1 địa chỉ mạng và 1 nhãn) tới các node lân cận. Định tuyến hiện (ER-LSP) Định tuyến hiện tương tự với định tuyến nguồn. Trong phương pháp này không một node nào được cho phép lựa chọn chặng kế tiếp. Thay vào đó một LSR được lựa chọn trước, thường là LSR lối vào hay LSR lối ra, sẽ xác định danh sách các node mà ER-LSP đi qua. Đường dẫn đã được xác định có thể là không tối ưu. Dọc đường dẫn các tài nguyên có thể được đặt trước để đảm bảo QoS cho lưu lượng dữ liệu. Điều này làm cho kĩ thuật lưu lượng thực hiện dễ dàng hơn các dịch vụ được phân biệt có thể được cung cấp bằng cách sử dụng các luồng dựa trên các chính sách hay các phương pháp quản lý mạng. Định tuyến cưỡng bức (CR-LSP) CR tính cả các tham số chẳng hạn như các đặc tính tuyến (băng tần, trễ…), hop count và QoS. Các LSP được thiết lập có thể là các CR-LSP, trong đó các ràng buộc có thể là các chặng định tuyến hiện hay các yêu cầu QoS. Các chặng định tuyến hiện chỉ ra đường đi nào được dùng. Các yêu cầu QoS chỉ ra các tuyến và các cơ chế xếp hàng hay lập lịch nào được sử dụng cho luồng lưu lượng. Khi sử dụng CR, có thể một đường đi có cost tổng cộng lớn hơn nhưng chịu tải ít hơn sẽ được lưu chọn. Tuy nhiên, trong khi CR gia tăng hiệu năng mạng, thì nó cũng Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 56 cũng bổ sung thêm độ phức tạp trong việc tính toán định tuyến vì đường dẫn được lựa chọn phải thoả mãn các yêu cầu QoS của LSP. CR có thể được sử dụng cùng với MPLS để thiết lập các LSP. IETF đã định nghĩa thành phần CR-LDP để làm cho việc thiết lập đường đi dựa trên các ràng buộc trở nên thuận tiện hơn. 3.1.1 Định tuyến dựa trên sự ràng buộc Định tuyến ràng buộc có hai thành phần cơ bản: tối ưu tuyến (Route Optimzation) và vị trí tuyến (Route Placement). Tối ưu tuyến phải chịu trách nhiệm đối với việc chọn lựa bộ định tuyến cho lưu lượng để yêu cầu vấn đề này phải đưa ra thiết lập bởi ràng buộc. Khi bộ định tuyến được quyết định, bộ định tuyến sẽ sắp đặt việc thực hiện những bộ định tuyến trong mạng để những luồng lưu lượng sẽ đi theo chúng. Định tuyến ràng buộc sẽ tính toán định tuyến là vấn đề nào phải ràng buộc (giống như là băng thông) và quản lý chính sách (policy). Vì Định tuyến ràng buộc xem xét các thừa số nhiều hơn topo mạng trong việc tính toán định tuyến, nên nó có thể tìm ra một đường dài hơn nhưng đường dẫn có tải trọng nhẹ thì hơn là đường dẫn có tải trọng nặng. Do đó, lưu lượng mạng được phân phối đều hơn và tài nguyên mạng được tận dụng hiệu quả hơn. Ví dụ, hình sau mô tả kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất giữa R1 và R3 được truyền qua liên kết R1-R3 với IGP metric m=1. Nhưng bởi vì dự trữ băng thông trên đường dẫn ngắn nhất chỉ là 622 – 600 = 22 Mbit/s, nó không thể thoả mãn yêu cầu băng thông (40 Mbit/s) của LSP mới đó. Định tuyến ràng buộc sẽ chọn lựa đường dẫn R1- R2-R3 dài hơn thay thế, bởi vì đường dẫn ngắn nhất không thể có băng thông cưỡng bức. Nó sẽ thông báo là băng thông dự trữ của một liên kết là bằng với băng thông dự trữ lớn nhất được tạo ra bởi nhà quản lý mạng, ngoại trừ tổng số băng thông dự trữ bởi LSP đi qua liên kết đó. Nó không phụ thuộc vào số thực tế băng thông sẵn có trên liên kết đó. Ví dụ, nếu độ rộng băng thông dự trữ lớn nhất của một liên kết là 155 Mbit/s, tổng số độ rộng băng thông dự trữ của LSP là 50 Mbit/s, độ rộng băng thông dự trữ của liên kết đó là 105 Mbit/s, xem xét là có hay không liên kết đó thực tế mang được 50 Mbit/s của lưu lượng hay không. Định tuyến ràng buộc có thể hoạt động trực tuyến hay không trực tuyến. Với định tuyến ràng buộc không trực tuyến, một Server không trực tuyến sẽ tính toán đường dẫn cho LSp một cách định kỳ. LSP sẽ được định hình để đưa ra cách tính toán đường dẫn. Với định tuyến ràng buộc, các bộ định tuyến có thể tính toán các đường dẫn cho LSP tại một vài khoảng thời gian không cố định. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 57 3.1.1.1 Định tuyến trạng thái IGP mở rộng (Enhanced Link-State IGP) Trong thứ tự để định tuyến ràng buộc tính toán vấn đề đường dẫn LSP để cưỡng bức, định tuyến trạng thái IGP mở rộng (Enhanced Link-State IGP) phải sử dụng thuộc tính phổ biến liên kết trong việc thêm vào thông tin Normal Link-State. Thuộc tính liên kết chung bao gồm:
Reservable bandwidth: Băng thông dự trữ.
Link Affinity (color) : Quản lý đặc trưng thuộc tính của liên kết đó. Định tuyến trạng thái IGP mở rộng sẽ làm tràn thông tin liên tục hơn định tuyến Normal IGP bởi vì sự thay đổi trong độ rộng băng thông dự trữ hoặc đặc tính liên kết có thể gây IGP mở rộng tràn thông tin. Cho nên việc thoả hiệp phải được tạo ra giữa các yêu cầu để làm chính xác thông tin và để tránh tràn quá mức. Khi định tuyến trạng thái đó dựng nên một bảng truyền dẫn LSP, nó sẽ xem xét lại LSP ban đầu nhờ LSR, để LSP thực tế có thể được dùng để mang lưu lượng. Hình 3.1 Định tuyến dựa trên sự ràng buộc Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 58 3.1.1.2 Giải pháp kỹ thuật lưu lượng Hình 3.2 Tránh tắc nghẽn Cùng với sự hỗ trợ của định tuyến ràng buộc và định tuyến trạng thái IGP mở rộng thì việc điều khiển lưu lượng có thể được thực hiện hiệu quả hơn. Đầu tiên, đối với việc thiết lập độ rộng băng thông dự trữ lớn nhất của mỗi liên kết và cho mỗi LSP, Định tuyến ràng buộc sẽ tự động tránh những nơi có quá nhiều LSP trên một liên kết. Giải pháp này là giải pháp thứ nhất. Ví dụ, ở hình 3.2, Định tuyến ràng buộc sẽ tự động chọn LSP 2 –> 5 trên một đường dẫn dài hơn để tránh tắc nghẽn trong đường liên kết R3–> R5 thông qua LSP sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất. Thứ hai, nếu lưu lượng từ router R3 tới router R1 vượt quá dung lượng của bất kỳ đường dẫn đơn nào từ R3 –>R1 , trong khi một đường dẫn dài hơn lại chưa được sử dụng hết như chỉ ra ở hình 3.3. Nhiều LSP có thể được định hình từ R3 –> R1 để sử dụng tài nguyên LSP chưa hết đó và để có thể đưa ra được tỉ lệ của hai LSP đặc trưng đó như trong thiết kế, tất nhiên tải trọng có thể được phân chia tối ưu. Phương pháp này được gọi là Load Sharing. Nó giải quyết được hai vấn đề. Ví dụ, nếu tổng lưu lượng từ Router R3 tới Router R1 là 160 Mbit/s. Hai LSP có thể được định hình từ R3 đến R1. Nếu Router LSP có thể cung cấp đủ độ rộng băng thông, thì chia sẻ tải (Load Sharing) có thể được thực hiện giữa nhiều đường dẫn có các chi phí khác nhau, và tỉ lệ tải trọng thì như là mô tả trên hình 3.3. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 59 Hình 3.3 Sự chia sẻ tải MPLS còn cung cấp các ưu điểm sau trong điều khiển lưu lượng: Định tuyến tường minh Ers (Explicit Routes) có thể được đặc trưng cho LSPs. Nhà quản lý mạng có thể sử dụng định tuyến tường minh cho điều khiển luồng lưu lượng một cách chính xác. LSP dự phòng có thể được sử dụng trong trường hợp Router hay liên kết bị lỗi. Per-LSP tĩnh có thể cung cấp một cách chính xác matric lưu lượng end-to-end để tạo ra kế hoạch mạng thực hiện được trong một mạng IP mà không cùng với việc sử dụng kỹ thuật connection-oriented. 3.1.2 Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên sự ràng buộc. CR-LDP có nền tảng của nó trong giao thức LDP đang tồn tại, và nó được mở rộng để kết hợp chặt chẽ với thông tin định tuyến rõ ràng. Một định tuyến rõ ràng được đưa ra trong bản tin Label Request bao gồm một danh sách của các node dọc theo một định tuyến dựa trên sự ràng buộc. Nếu đường dẫn yêu cầu là thoả mãn yêu cầu về tài nguyên, các nhãn được cấp phát bởi bản tin Label Mapping. Hình 3.4 minh họa luồng của các bản tin khi CR-LDP được sử dụng để thiết lập một LSP. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 60 Hình 3.4 Thiết lập đường dẫn CR-LDP 3.1.2.1 Thiết lập và duy trì CR-LDP Tương tự như cấu trúc dữ liệu sử dụng trong việc thiết lập và duy trì, LSP cũng sử dụng trong việc thiết lập CR-LSP. Các luồng lưu lượng đến một đích cụ thể được gán cho một FEC mà được mã hoá như một LSP đã đưa ra một chuỗi các nhãn. Một nhãn được nhận ở đầu vào thì xem như đã nhận được một gói mà không yêu cầu một sự ràng buộc cụ thể nào. Yêu cầu của LSR đầu vào để thiết lập một CR-LSP có thể bắt nguồn từ việc quản lý hệ thống hay ứng dụng, các chi tiết có thể được thực hiện cụ thể. LSR đầu vào sử dụng thông tin được cung cấp từ ứng dụng hay hệ thống quản lý, đồng thời với thông tin từ dải dữ liệu định tuyến “Routing Database”, nhằm tính toán chính xác định tuyến và tạo ra bản tin Label Request. CR-LSP được bắt đầu bởi LSR đầu vào dọc theo đường dẫn đã xác định từ trước. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 61 Bảng 2.1 Định dạng bản tin Label Request CR-LDP Tuyến cho LSP được định tuyến rõ ràng mà được cụ thể trong bản tin Label Request, cho phép thông tin bộ định tuyến được thực hiện dọc theo các node mà bản tin Label Request đi qua, từ LER đầu vào tới LER đầu ra. CR-LSP có thể được định rõ LSP ID-chỉ số nhận dạng duy nhất của một CR-LSP trong một mạng MPLS. Bao gồm ID của bộ định tuyến đầu vào và ID CR-LSP tới LSR đó. Actflag-Cờ chỉ hoạt động mà chỉ ra rằng hoạt động nên được đưa ra nếu có LSP tồn tại trên LSR nhận bản tin. ER-hop-địa chỉ IP của LSR, L bít chỉ ra rằng đay có phải là một bước truyền không chính xác hay không. Flag-trường 8 bít chỉ ra rằng những tham số lưu lượng có được thương luợng hay không. Freq-trễ mà có thể được đưa ra. Weight-quyết định sự chia xẻ cân xứng của độ rộng băng tần vượt quá khả năng trên tốc độ đã cam kết của nó. Peak Rate-tốc độ tối đa của lưu lưọng được gửi tới CR-LSP, xác định trong giới hạn của PDR+PBS. Committed Rate-tốc độ mà miền MPLS cam kết là có sẵn tới CR-LSP, xác định trong giới hạn của CDR+CBS. Excess Burst Rate-sử dụng để đo tốc độ của lưu lượng gửi trên một CR-LSP mà vượt qua tốc độ cam kết. Route Pining-có thể ứng dụng tới những đoạn của một LSP mà được định tuyến không chính xác, được chỉ ra bởi L bít, thiết Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 62 và được kiểm soát bởi người khai thác mạng hoặc các ứng dụng quản lý mạng trực tiếp tới lưu lượng mạng mà không phụ thuộc vào cấu hình lớp 3. Bảng 3.1 mô tả định dạng bản tin Label Request khi nó được sử dụng để thiết lập một CR-LSP. Khi một LSR nhận một bản tin Label Request chứa một tuyến rõ ràng (Explicit Route-ER), nó phải xác định bước truyền kế tiếp cho đường dẫn này. Sự chọn lựa bước truyền kế tiếp có thể bao gồm việc chọn lựa từ một tập hợp những khả năng khác. LSR nhận bản tin Label Request thì đầu tiên phải đánh giá bước truyền ER đầu tiên. Nếu L bit được thiết lập trong bước truyền ER đầu tiên chỉ ra đây là một LSP không chặt chẽ (nghĩa là bước truyền kế tiếp không phải theo một định tuyến chặt chẽ). Nếu node không phải là phần của node trừu tượng (node trừu tượng là một tập hợp của các node được mô tả bởi một node đặc trưng) được đưa ra bởi bước truyền ER đầu tiên, thì tức là nó đã nhận được một bản tin lỗi và sẽ quay trở lại lỗi Bad-Initial- ER-HOP. Nếu L bit được thiết lập và node nội bộ không phải là một phần của node trừu tượng được miêu tả bởi ER-hop đầu tiên, các node lựa chọn một bước truyền kế tiếp đi dọc theo đường dẫn tới Node trừu tượng mô tả bởi ER-HOP đầu tiên. Nếu đó không phải là bước truyền ER đầu tiên, bản tin không lỗi thì hệ thống không quay trở lại lỗi Bad-Explicit Routing. Nếu đó không phải là bước truyền ER thứ hai, nó sẽ chỉ ra cái kết thúc của bộ định tuyến rõ ràng. Việc định tuyến rõ ràng TLV có thể bị xoá từ bản tin. Khi node nhận thấy chính nó là đầu ra cho CR-LSP, nó sẽ phải gửi trả một bản tin Label Mapping, bởi bản tin này sẽ đi ngang qua một đường dẫn ở bản tin LSR trong hướng đối diện. LSR nhận bản tin này để xác định trả lời của nó tới bản tin Label Request vẫn chưa được quyết định đó. Một bản tin Label Request được phát ra và gửi đi tới LSR đường lên kế tiếp. Khi node đầu vào nhận một Label Mapping thì một CR-LSP được thiết lập. 3.1.2.2 Giao thức định tuyến cưỡng bức CR-LDP Nếu một LDP được sử dụng cho định tuyến cưỡng bức, đường đi được định tuyến cưỡng bức được mã hoá như là một chuỗi liên tiếp các chặng ER chứa trong bản tin LDP. Mỗi chặng ER có thể nhận ra một nhóm các node trên đường đi được định tuyến cưỡng bức, và cũng có các TLV để mô tả các tham số lưu lượng, chẳng hạn như là tốc độ đỉnh và tốc độ cam kết. Một đường đi được định tuyến cưỡng bức là một đường dẫn bao gồm tất cả nhóm các node được nhận dạng theo thứ tự như chúng xuất hiện trong TLV. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 63 Thuật toán định tuyến cưỡng bức Định tuyến cưỡng bức phải tính toán xác định đường đi thoả mãn các điều kiện sau:
Tối ưu theo một tiêu chuẩn nào đó (ví dụ đường ngắn nhất hoặc số chặng ít nhất)
Thoả mãn các điều kiện ràng buộc. Thuật toán “đường ngắn nhất đầu tiên” (SPF) thường được sử dụng để tìm đường tối ưu theo tiêu chuẩn nào đó. Các mạng IP truyền thống sử dụng thuật toán này để tìm đường tối ưu theo tiêu chuẩn nào đó (chẳng hạn: số hop…) mà không tính tới các yếu tố bổ sung như trễ, biến thiên trễ…Để thoả mãn cả các điều kiện ràng buộc thì thuật toán SPF cần phải thay đổi để bao gồm các điều kiện ràng buộc. Thuật toán mới này gọi là SPF cưỡng bức (CSPF). Trước hết chúng ta tìm hiểu hoạt đông của thuật toán SPF. Thuật toán SPF hoạt động khởi đầu tại một nút được gọi là gốc và bắt đầu tính toán xây đường ngắn nhất ứng với gốc là nút đó. Tại mỗi vòng của thuật toán sẽ có một danh sách các nút “ứng cử” không nhất thiết phải là ngắn nhất. Tuy nhiên ứng với nút “ứng cử” ở ngay kề nút gốc thì đường nối tới nút này phải là ngắn nhất. Vì vậy tại mỗi vòng, thuật toán sẽ tách nút có đường ngắn nhất tới nút gốc từ danh sách nút “ứng cử”. Nút này sẽ được bổ sung vào cây đường ngắn nhất, thì các nút không nằm trên cây đường ngắn nhất nhưng liền kề ngay nút này cũng được kiểm tra để bổ sung hoặc sửa đổi danh sách nút “ứng cử”. Sau đó thuật toán lại được thực hiện lặp lại. Trong trường hợp tìm đường ngắn nhất từ một gốc đến tất cả các nút khác trong mạng thì thuật toán sẽ dừng khi nào danh sách các nút “ứng cử” là rỗng. Trong trường hợp tìm đường ngắn nhất từ một gốc đến một nút cụ thể thì thuật toán sẽ dừng lại khi nào nút đó được bổ sung vào cây đường ngắn nhất. Thuật toán SPF để tính toán xác định đường ngắn nhất từ nút SPF (nguồn) đến một số nút (đích) có thể được mô tả dưới dạng các bước như sau: Bước 1 (khởi tạo): Đặt danh sách các nút “ứng cử” bằng rỗng. Đặt cây đường ngắn nhất chỉ có gốc S. Đối với mỗi nút liền kề gốc đặt độ dài đường bằng độ dài kênh giữa gốc và nút. Đối với tất cả các nút khác, đặt độ dài này bằng vô cùng. Bước 2: Đặt tên nút bổ sung vào cây đường ngắn nhất là V. Đối với mỗi kênh nối vào nút này, kiểm tra các nút phía còn lại của kênh. Đánh dấu các nút này là W. Bước 2a: Nếu như nút W này đã có trong danh sách cây đường ngắn nhất thì kiểm tra tiếp với các kênh còn lại nối với nút V. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 64 Bước 2b: Trong trường hợp ngược lại (W không nằm trong danh sách cây đường ngắn nhất) thì tính độ dài của đường nối từ gốc đến nút W (độ dài này bằng tổng độ dài của đường nối từ gốc đến nút V cộng với độ dài từ nút V đến nút W). Nếu như W không nằm trong danh sách các nút “ứng cử” thì giá trị độ dài đường hiện thời lớn hơn giá trị độ dài đường mới tính và gán giá trị độ dài đường từ gốc đến nút W bằng độ dài mới tính. Bước 3: Trong danh sách nút “ứng cử”, tìm một nút với độ dài đường ngắn nhất. Bổ sung nút này vào cây đường ngắn nhất và xoá nút này khỏi danh sách nút “ứng cử”. Nếu nút này là nút D thì thuật toán kết thúc và ta được cây đường ngắn nhất từ nút nguồn SPF đến nút đích D. Nếu như nút này chưa phải là nút D thì quay trở lại bước 2. Từ các bước của thuật toán SPF đơn giản trên đây, chúng ta dễ dàng sửa đổi nó trở thành CSPF. Tất cả chúng ta phải làm đó là sửa đổi bước thực hiện bổ sung sửa đổi danh sách nút “ứng cử”. Cụ thể là bước 2, khi chúng ta kiểm tra các kênh nối với nút V, đối với mỗi kênh trước hết chúng ta kiểm tra xem kênh đó có thoả mãn điều kiện ràng buộc không? Chỉ khi điều kiện này được thoả mãn, sau đó chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh. Thông thường chúng ta hay gặp bài toán tìm đường từ S đến D thoả mãn một số điều kiện ràng buộc là C1, C2,…, Cn, khi đó tại bước 2 chúng ta sẽ kiểm tra tất cả các kênh nối với nút V, đối với mỗi kênh trước hết chúng ta kiểm tra xem nó có thoả mãn điều kiện C1, C2,.., Cn. Chỉ khi kênh thoả mãn tất cả các điều kiện ràng buộc thì chúng ta mới kiểm tra nút W ở phía đầu kia của kênh. Về tổng quát, thủ tục kiểm tra xem kênh có thoả mãn một điều kiện ràng buộc cụ thể là đặc điểm của định tuyến cưỡng bức. Ví dụ như nếu điều kiện ràng buộc cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần khả dụng của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần được chỉ ra trong điều kiện ràng buộc; chỉ khi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh. Để kiểm tra kênh có thoả mãn một điều kiện ràng buộc cụ thể nào đó thì chúng ta phải biết trước các thông tin của kênh tương ứng có liên quan đến điều kiện ràng buộc. Ví dụ như khi điều kiện ràng buộc cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng thì thông tin cần có là độ rộng băng tần khả dụng của từng kênh. Lưu ý rằng thuật toán tính toán xác định đường sử dụng trong CSPF, yêu cầu bộ định tuyến thực hiện việc tính toán xác định đường phải có các thông tin về tất cả các kênh trong mạng. Điều đó có nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến có thể hỗ trợ định tuyến cưỡng bức đó là giao thức định tuyến theo trạng thái kênh (ví dụ như Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 65 IS-IS, OSPF). Còn các giao thức định tuyến theo vector khoảng cách (ví dụ như RIP) không hỗ trợ định tuyến cưỡng bức. Hình 3.5 Ví dụ về CSPF Để minh hoạ cho CSPF, chúng ta hãy xem xét ví dụ trên hình 3.5. Chúng ta giả sử rằng độ dài tất cả các kênh đều bằng nhau và có giá trị là 1. Chúng ta cũng giả sử rằng tất cả các kênh đều có độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb/s, ngoại trừ kênh nối từ LSR2 đến LSR4 có độ rộng băng tần khả dụng là 45Mb/s. Nhiệm vụ của chúng ta là tìm đường từ LSR1 đến LSR6 sao cho có độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khả dụng phải lớn hơn hoặc bằng 100Mb/s. ở đây điều kiện ràng buộc cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng. Khởi đầu cây đường ngắn nhất (có gốc là LSR1) chỉ có nút LSR1. Tiếp theo chúng ta kiểm tra hai nút bên cạnh LSR1 đó là LSR2 và LSR3 với lưu ý rằng độ rộng băng tần khả dụng của kênh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giá trị cần thiết là 100Mb/s. Kết luận không kênh nào vi phạm điều kiện ràng buộc, vì vậy chúng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sách “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm nút có khoảng cách ngắn nhất đến LSR1 trong danh sách các nút “ứng cử”. Nút này là LSR2 (ở đây cả hai nút LSR2 và LSR3 đều có khoảng cách như nhau đến LSR1 vì vậy có thể chọn ngẫu nhiên là LSR2), chúng ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR2) và xoá nó khỏi danh sách các nút “ứng cử”. Kết thúc vòng một của thuật toán. Vòng thứ hai chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR2 là LSR4. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này không thoả mãn điều kiện ràng buộc và chúng ta không bổ sung LSR4 vào danh sách nút “ứng cử”. Chúng ta vẫn còn LSR3 trong danh sách nút “ứng cử”, vì vậy ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoá nó khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ hai của thuật toán. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 66 Tại vòng thứ 3 của thuật toán, chúng ta kiểm tra cạnh nút LSR3 là nút LSR5. Với nút này chúng ta thấy độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR3-LSR5), lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung nó vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng cử” nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR5. Vì vậy ta bổ sung LSR5 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR 5) và xoá LSR5 khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ 3 của thuật toán. Tại vòng thứ 4 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR4. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR5-LSR4) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung nó vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng cử” nút có khoảng cách ngẵn nhất tới LSR1 là nút LSR4. Vì vậy ta bổ sung LSR5 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoá LSR4 khỏi danh sách “ứng cử”. Kết thúc vòng thứ tư của thuật toán. Tại vòng thứ 5 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR6 và LSR7. Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên các kênh (LSR4-LSR6) và (LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu. Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sách nút “ứng cử”. Tiếp theo chúng ta nhận thấy rằng trong danh sách các nút “ứng cử” có nút LSR6 có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1. Vì vậy ta bổ sung LSR6 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoá LSR6 khỏi danh sách “ứng cử”. Tại đây chúng ta nhận thấy cây đường ngắn nhất đã có nút LSR6 là nút đích của đường cần tìm. Vì vậy thuật toán kết thúc ở đây. Kết quả đường ngắn nhất tử LSR1 đến LSR6 là (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6). Chúng ta có thể nhận thấy đường này khác với đường được xác định theo thuật toán SPF có thể là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6). 3.2 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN FA Trong các mạng IP đang hoạt động, sẽ rất khó khăn trong việc kết hợp chặt chẽ quá trình điều khiển lưu lượng một cách có hiệu quả dựa vào các khả năng của công nghệ IP. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đề xuất các khả năng mới đối với các cơ chế điều khiển lưu lượng. Phương thức FATE cho phép giải quyết các vấn đề liên quan đến việc quản lí các luồng lưu lượng động qua mạng bằng cách tái cân bằng các luồng lưu lượng trong khoảng thời gian mạng bị tắc nghẽn. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 67 3.2.1 Phương pháp FA Hiện tại mạng có một lớp dịch vụ nỗ lực tối đa (best effort) đơn. Đối với lớp dịch vụ đơn này thì tất cả các luồng lưu lượng coi như đã được nhận dạng, do đó sẽ không có mức dịch vụ ưu tiên kể cả khi có các yêu cầu về lưu lượng. Sử dụng phương pháp FATE, cơ chế lập biểu dịch vụ đã được lập trình sẵn ứng với từng lớp dịch vụ dựa vào bộ đệm tại tốc độ tương ứng với tải của bộ đệm cụ thể và cưỡng bức nhận dạng QoS của nó. Cơ chế lập biểu tạm thời được lập trình theo ngưỡng xác suất lỗi được đặt trước đối với từng bộ đệm theo từng ngưỡng tải. Trong trạng thái, khi tải lưu lượng qua bộ đệm tăng lên, lúc đó chức năng quản lí phải có khả năng thay đổi tạm thời cơ chế lập biểu nếu được yêu cầu. Và khoảng thời gian mà xác suất lỗi xảy ra trong mỗi bộ đệm sẽ được ghi lại, thậm chí trong trường hợp xác suất lỗi vượt qua ngưỡng định trước thì chức năng quản lí cũng phải có khả năng quyết định thay đổi tạm thời cơ chế lập biểu. Phương pháp này không áp dụng đối với các trường hợp có tải thay đổi bất thường. Phương pháp FATE đưa ra ở trên cung cấp các phương tiện trong việc tái phân phối các luồng trên các đường LSP động giữa bộ đệm hoặc đường luân phiên nhằm phản hồi nhanh nhất các hiện tượng tắc nghẽn. 3.2.2 Giám sát luồng lưu lượng và phát hiện tắc nghẽn trong LSP Phương pháp giám sát cơ bản đã được sắp xếp đường LSP vào các bộ đệm theo yêu cầu QoS cụ thể của chúng và tình trạng tải. FATE cho phép từng đường LSP riêng biệt được tái sắp xếp động theo các mức QoS của các bộ đệm nhằm cung cấp mức dịch vụ cao hơn trong đường đã được qui định để phản hồi lại các tình huống tắc nghẽn tức thời. Phương pháp này được chỉ ra trong hình 3.6. Nếu LSR 5 không có khả năng tiếp cận các yêu cầu QoS, nó sẽ phản hồi lại một bản tin thông báo tới LER lối vào, tại đây LER này sẽ tiếp nhận một bản tin và sẽ hoặc quyết định yêu cầu mức dịch vụ cao hơn hoặc lựa chọn phương pháp định tuyến luân phiên. Cấu hình bộ đệm trong trường hợp này được minh hoạ như hình 3.7. Mỗi một LSR sẽ có một bộ đệm để cung cấp xác suất lỗi nhỏ nhất để qui định mức dịch vụ. Nếu LSR 3 nhận yêu cầu gán nhãn (Label Request) với yêu cầu xác suất lỗi nhưng nó không thể phục vụ tạm thời tại lớp dịch vụ ưa thích nhưng có thể thoả mãn tại lớp dịch vụ cao hơn, thì nó bắt buộc phải loại bỏ yêu cầu này. Trạng thái này được chỉ ra trong hình 3.8. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 68 Hình 3.6 Sự thiết lập lưu lượng Như vậy phương pháp sẽ rất đơn giản trong việc tiếp cận giám sát chất lượng QoS đối với tắc nghẽn nội bộ tại LSR 3 trong quá trình tái xắp xếp đường LSP dọc theo toàn bộ tuyến. Tuy nhiên, trong trường hợp này khi xuật hiện nhiều tắc nghẽn nội bộ tại LSR thì phương pháp nêu trên không có tính linh hoạt, trạng thái đó được miêu tả trong hình 3.9. Khi đó lưồng lưu lượng sẽ được sắp xếp vào một lớp dịch vụ tạm thời cao hơn có nghĩa là chỉ xuất hiện tắc nghẽn tức thời. Kết quả này giúp giám sát chất lượng QoS một cách chi tiết hơn. Hình 3.10 mô tả lưu lượng giữa nguồn phát và nguồn đích giữa hai bộ đệm tại mỗi LSR, một bộ đệm phục vụ cho truyền tải lưu lượng ưu tiên mức cao (các ứng dụng với khắt khe về lỗi) bộ còn lại dùng cho mức ưu tiên thấp (lưu lượng best effort). Tại thời điểm khi lưu lượng tăng lên trong LSR 1, khi đó sẽ bắt đầu xuất hiện mất gói từ dịch vụ nỗ lực tối đa (best – effort). Theo định kì, mỗi LSR sẽ tính toán mất gói trong từng đường LSP riêng biệt đi qua mỗi đầu vào bộ đệm. Nếu giá trị này vượt quá ngưỡng đã qui định trước, có nghĩa là vượt quá xác xuất lỗi được gán trước tại từng bộ đệm, khi đó nó sẽ được gán giá trị ngưỡng tại đó có thể gây nên tắc nghẽn trong bộ đệm thuộc LSR đó và sau đó sử dụng cấu hình bộ đệm. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 69 a) Hình 3.7 Lưu lượng nội bộ thêm vào là nguyên nhân của xác xuất tổn thất đi tới giá trị ngưỡng cho bộ đệm b) Hình 3.8 Cấu hình các bộ đệm dọc theo LSP c) Hình 3.9 Cấu hình các bộ đệm dọc theo LSP Hình 3.10 Lưu lượng truyền tải giữa nguồn phát và nguồn đích Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 70 Phương pháp FATE cung cấp phương tiện để tái phân phối các luồng LSP động đang hoạt động giữa bộ đệm hoặc đường luân phiên để phản hồi các hiện tượng tắc nghẽn trong thời điểm nhanh nhất. Phương pháp này trong MPLS cho phép điều khiển tắc nghẽn trong LSR và giúp giám sát chất lượng QoS một cách cao hơn. 3.3 TỔNG KẾT CHƯƠNG Chương này đã trình bày về các phương pháp định tuyến trên MPLS và phương pháp điều khiển tắc nghẽn. Trong đó tìm hiểu kỹ về định tuyến dựa trên sự ràng buộc, đồng thời đưa ra giải pháp điều khiển lưu lượng. Phương pháp tránh tắc nghẽn trong MPLS được đưa ra đó là phương thức FATE cho phép giải quyết các vấn đề liên quan đến việc quản lí các luồng lưu lượng động qua mạng bằng cách tái cân bằng các luồng lưu lượng trong khoảng thời gian mạng bị tắc nghẽn. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 71 KẾT LUẬN Kĩ thuật lưu lượng là một kĩ thuật tương đối khó, việc tìm hiểu về các vấn đề của kĩ thuật lưu lượng đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng và lâu dài. Công việc nghiên cứu về kĩ thuật lưu lượng vẫn đang được các tổ chức tiếp tục nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện. Việc hoàn thiện tối ưu một phương pháp điều khiển lưu lượng nào đó có vai trò quan trọng đối với các nhà cung cấp mạng cũng như người sử dụng. Sau một thời gian thực hiện, chuyên đề đã giải quyết được một số vấn đề sau: 1. Tổng quan về MPLS: Giới thiệu các khái niệm cơ bản về MPLS, thành phần của MPLS và phương thức hoạt động của MPLS. 2. Tổng quan về kỹ thuật lưu lượng: Khái quát về kỹ thuật lưu lượng và đặc điểm. Trình bày các phương pháp điều khiển lưu lượng trong mạng IP bao gồm điều khiển lưu lượng dựa trên IP, điều khiển lưu lượng dựa trên ATM và điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS. 3. Định tuyến lưu lượng trên MPLS: Trình bày các phương pháp định tuyến trên MPLS và đưa ra phương thức FA nhằm giải quyết vấn đề quản lý về các luồng lưu lượng tránh tắc nghẽn trong MPLS. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên chuyên đề của em không tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô giáo và các bạn để ngày càng hoàn thiện thêm kiến thức của mình. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. Hoàng Trọng Minh (Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông - Hà Nội) đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Toán – Tin đã tạo điều kiện cho em và các bạn trong suốt thời gian học tập tại trường. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. ThS. Hoàng Trọng Minh, “Công nghệ chuyển mạch IP và MPLS”, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, Năm 2008. 2. IETF, “RFC 3036 - LDP Specification”. 3. Vasu Jolly, An Overview of MPLS and constraint based routing. 4. Eric Osborne, Ajay Simha, Traffic Engineering with MPLS, Cisco press, 2002. 5. Uyless Black, “MPLS & Label Switching Networks”, Prentice Hall PTR, 2nd Edition, 2002. 6. Johan Martin Olof Petersson, MPLS Based Recovery Mechanisms. Chuyên đề tốt nghiệp Định tuyến điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS Cao Chí Công, TC18 Page 73