Báo cáo Tìm hiểu về MPLS vpn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TT
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
o O o
BÁO CÁO THẢO LUẬN
Nhóm 1
Đề tài: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS
Giảng viên: Trịnh Văn Hà
Sinh viên: 1. Lưu Văn Đạt
2. Trương Đức Minh
3. Hạ Văn Hựu
4. Phạm Minh Hiếu
5 . Đặng Thanh Hải
Lớp: MMT&TT – K10A
Thái Nguyên, 10/ 2014
Mục lục
1
2
KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS.
1. KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG (TRAFFIC ENGINEER ).
Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển các luồng lưu lượng qua mạng sao
cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng mạng.
1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng.
1.1.a Phân loại.
Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng có thể phân chia thành hai hướng
sau:
- Hướng lưu lượng.
- Hướng tài nguyên.
Các mục tiêu hướng lưu lượng liên quan đến việc tăng cường QoS cho các
luồng lưu lượng, các mục tiêu như: giảm thiểu độ trễ và mất gói, tăng tối đa thông
lượng và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ Các mục tiêu hướng tài nguyên liên
quan đến việc tối ưu hóa sử dụng tài nguyên. Băng thông là một tài nguyên

cốt yếu của mạng, do đó chức năng trọng tâm của kỹ thuật lưu lượng là quản lý hiệu
quả tài nguyên băng thông.
1.1.b Bài toán nghẽn.
Nghẽn thường xảy ra theo hai hướng sau:
- Khi bản thân các tài nguyên mạng không đủ để cấp cho tải yêu cầu.
- Khi các dòng lưu lượng được ánh xạ không hiệu quả đến các tài nguyên,
làm cho một số tập con tài nguyên trở nên quá tải trong khi số khác nhàn.
Có thể giải quyết tắc nghẽn bằng cách:
- Tăng dung lượng hoặc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn cơ bản như: giới hạn
tốc độ, điều khiển luồng, quản trị hàng đợi, điều khiển lịch trình
- Dùng kỹ thuật lưu lượng nếu nghẽn là do cấp phát tài nguyên chưa hiệu quả.
Đối tượng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng là nghẽn kéo dài chứ không phải là nghẽn
nhất thời do bùng phát lưu lượng.
3
1.2 Hàng đợi lưu lượng.
1.2.a Hàng đợi FIFO (First-In,First-Out).
Hàng đợi vào trước, ra trước là cơ chế mặc định cho các gói tin khi đi vào một nút
mạng khi không có sự hiện diện của thuật toán đặc biệt nào tại đó. Trong hàng đợi
FIFO các gói tin được xếp vào cùng một hàng đợi và được chuyển đi theo
cùng một cách mà chúng được sắp xếp trong hàng đợi. Ưu điểm chính của hàng
đợi FIFO là ở tính đơn giản của nó, không có bất kỳ giải thuật phức tạp nào được thiết
kế riêng cho FIFO. Trong hàng đợi FIFO, các gói tin được đối xử như nhau.
Do đó hàng đợi này chỉ dùng để sử dụng cho loại dịch vụ “nỗ lực tối đa” (BE) và
cũng là loại dịch vụ được hỗ trợ duy nhất trong mạng IP truyền thống.
1.2.b Hàng đợi PQ (Priority Queuing).
Hàng đợi theo độ ưu tiên là sự cải tiến của FIFO. Trước khi được đưa vào hàng đợi
tương ứng, các gói tin phải được phân loại theo từng loại dịch vụ. Các hàng
đợi được thiết kế theo độ ưu tiên của loại gói tin mà nó phải chứa. Các gói tin ở hàng
đợi có độ ưu tiên thấp hơn chỉ được xử lý khi và chỉ khi không còn bất cứ
các gói tin nào trong các hàng đợi có độ ưu tiên cao hơn. PQ cho phép người quản lý

mạng cấu hình bốn thuộc tính lưu lượng cao (high), thông thường (normal),
trung bình (medium) và thấp (low). Lưu lượng đến được gán vào một trong
bốn hàng đợi. Trong thực tế người ta sử dụng hàng đợi PQ được điều khiển tốc độ.
Với loại hàng đợi này, các gói tin trong hàng đợi có độ ưu tiên cao chỉ được xử lý nếu
tổng số gói tin trong hàng đợi đó nhỏ hơn một lượng xác định.
1.2.c Hàng đợi WFQ (Weighted Fair Queuing).
Băng thông rỗi được chia cho các hàng đợi tùy thuộc vào trọng số (weight) của
chúng. Xét ví dụ: có 12 luồng lưu lượng A,B,C ,N và trọng số của chúng
được đánh số như hình sau, trong đó: có bốn luồng (D,E,F,G) có trọng số 5,
có hai luồng trọng số 4, còn trọng số khác chỉ có một luồng.

4

Hình 1: Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng.
Tổng trọng số: 8 + 7 + 6 + 5*4 + 4*2 + 3 + 2 + 1 = 55. Khi đó mỗi luồng có trọng
số 5 sẽ nhận được 5/55 phần băng thông, luồng có trọng số thấp nhất (1) sẽ nhận được
1/55 phần băng thông và luồng có trọng số cao nhất (8) nhận được 8/55 phần băng
thông. Tượng tự cho các luồng có trọng số khác.
1.3 Giải thuật thùng rò và thùng Token.
Thùng rò và thùng Token là cơ chế thực hiện chức năng giám sát và nắn dạng lưu
lượng để đo tốc độ nhận hay truyền dữ liệu. Giám sát loại bỏ gói dư thừa để đảm bảo
tốc độ truyền không vượt quá tốc độ thỏa thuận. Nắn dạng xếp các gói dư thừa này vào
hàng đợi, và đi ra hàng đợi ở tốc độ nắn dạng.
1.3.a Giải thuật thùng rò (Leaky Bucket).
Mô hình thùng rò có thể được diễn tả hình tượng như sau: bất chấp tốc độ nước đổ
vào thùng là bao nhiêu, thì tốc độ dòng chảy ra là không thay đổi miễn là trong thùng
còn nước. Một khi thùng đầy nước, lượng nước được đổ thêm vào sẽ bị tràn và mất.
Tương tự như dữ liệu khi tới một router trong mạng nếu hàng đợi đã đầy thì gói tin
sẽ bị “drop”. Các thông số cần chú ý trong mô hình thùng rò là kích thước
của thùng và tốc độ dòng chảy ra.

5

Hình 2: Giải thuật thùng rò.

Mô hình trên có thể áp dụng cho gói. Bất kể lưu lượng tới có tốc độ biến động như
thế nào, lưu lượng ra đều có tốc độ không thay đổi.
1.3.b Giải thuật thùng Token (Token Bucket).
Thùng Token có kích thước B, các gói tin chảy vào thùng được gọi là
Token. Tốc độ Token chảy vào thùng không đổi là p. Nếu số Token trong thùng vượt
quá B, thùng sẽ tràn và bị mất, do đó B là số lượng Token tối đa trong
thùng. Trong mô hình thùng Token, mỗi Token cho phép truyền một bit. Mỗi
lần truyền được một gói, thì sẽ sử dụng Token từ thùng Token để dành quyền truyền
gói. Nếu gói tin có độ dài 1000 bit thì 1000 Token sẽ được lấy ra từ thùng Token.
Hình 3: Giải thuật thùng Token.

6
Gọi G là kích thước gói đến, một gói là hợp lệ khi lượng Token trong thùng lớn hơn
hay bằng G, đồng thời lượng Token trong thùng được giảm đi G. Ngược lại
khi lượng Token trong thùng nhỏ hơn kích thước gói, gói được xem là vượt mức hay
không hợp lệ. Tuỳ vào các chính sách khác nhau mà các gói hợp lệ hoặc
không hợp lệ được xử lý khác nhau.
Một điều cần lưu ý trong giải thuật thùng Token là tốc độ chảy vào và tốc
độ chảy ra phải bằng nhau. Thùng token cho phép dữ liệu bùng phát ở một mức nhất
định (kích thước B), nhưng không cho phép tốc độ chảy vào thùng vượt quá
p trong một khoảng thời gian nhất định. Giải thuật thùng Token có thể được
dùng trong việc sửa dạng lưu lượng hay được ứng dụng trong việc thực thi khống chế.
Trong việc sửa dạng lưu lượng, thuật toán thùng Token cho phép một ít bùng phát
ở ngõ ra, điều này không có ở thuật toán thùng rò vì tốc độ đầu ra là không
đổi. Như vậy thùng Token cho đáp ứng ra tốt hơn so với thùng rò. Trong việc thực thi

khống chế, thùng Token có thể được dùng độc lập hay dùng phối hợp.
1.4 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model).
Một cách tiếp cận phổ biến đề bù đắp các thiếu sót của các giao thức IGP
(Interior Gateway Protocol) là sử dụng mô hình chồng phủ (IP over ATM hay IP over
FR). Tất cả các giao thức lớp 3 được kết nối trực tiếp với nhau bằng một
mạng lưới full-mesh các mạng ảo VC. Kỹ thuật lưu lượng được thực hiện ở lớp 2
(ATM hay FR).
Nhưng nói chung các mô hình này có nhiều nhược điểm sau đây:
- Tốn kém thêm nhiều thiết bị (đòi hỏi nhiều các chuyển mạch ATM hay FR)
- Quản lý mạng phức tạp: Mạng lớp 2 có cộng cụ quản lý riêng với nhiều tác vụ hỗ
trợkỹ thuật lưu lượng. Đồng thời các router lớp 3 với các giao thức IGP cùng phải
được quản lý. Việc quản lý 2 lớp mạng này không tích hợp được.
- Phát sinh nhiều vấn đề mở rộng đối với IGP do số lượng quá lớn các
neighbor khi kết nối full-mesh để tận dụng các tiện ích cung cấp bởi lớp 2.
- Tốn thêm băng thông cho lượng overhead của ATM hoặc FR (cell tax).
- Không hỗ trợ dịch vụ phân biệt (Diffserv). Mọi dịch vụ phân biệt của IP
đưa xuống (PPP của Frame hoặc AAL5 của ATM) đều trở thành “best-effort”.
7
Hình 4: Mô hình chồng phủ (overlay model).
2. MPLS VÀ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG.
MPLS có ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vì nó cung cấp hầu hết các
chức năng hiện có ở mô hình chồng phủ nhưng theo cách thích hợp với chi phí thấp
hơn. Điều quan trọng là MPLS còn đề xuất khả năng tự động hóa các chức
năng kỹ thuật lưu lượng.
2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (Traffic Trunk).
MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực hiện mục tiêu TE. Đặc tính
trong một LSR là cho phép tập hợp các đặc tính của mọi luồng dữ liệu đi
trong mạng như tốc độ cực đại, tốc độ trung bình và kích cỡ bùng nổ (burst) cực đại.
Những đặc tính này vốn có ở trong tất cả các luồng dữ liệu, khi đi vào mạng MPLS
nhờ có trung kế lưu lượng là một khối thu gom (aggregate) các luồng lưu lượng

trongmạng, được đặt bên trong một LSP mà dữ liệu được quản lý hiệu quả hơn. Trung
kế lưu lượng có thể thu gom các luồng dữ liệu trên cùng một lớp (đơn lớp) hay có thể
trên đa lớp.
- Trong mô hình dịch vụ đa lớp, một trung kế lưu lượng có thể đóng gói toàn bộ lưu
lượng giữa một router lối vào và một router lối ra. Trong trường hợp phức tạp hơn,
lưu lượng của các lớp dịch vụ phân biệt (DiffServ) với các đặc tính lựa chọn
QoS cho các gói tin, sẽ được ấn định vào các trung kế lưu lượng riêng biệt.
- Trung kế lưu lượng là đối tượng có thể định tuyến.
8
- Trung kế lưu lượng phân biệt với LSP là đường cho trung kế đi xuyên qua. Trong
bối cảnh hoạt động, một trung kế lưu lượng có thể chuyển từ một
LSP này sang một LSP mới, hay nhiều trung kế lưu lượng có thể cùng đi
chung trên một LSP.
- Trung kế lưu lượng là đơn hướng.
2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph).
Đồ hình nghiệm suy gần giống như topo ảo trong mô hình chồng phủ. Nó được ánh
xạ lên mạng vật lý thông qua việc lựa chọn các đường LSP cho các trung kế lưu lượng.
Một đồ hình nghiệm suy gồm một nhóm các nút LSR được kết nối luận lý với nhau
bằng các LSP. Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băng thông cơ bản
trong một miền MPLS đặt ra là làm thế nào để ánh xạ hiệu quả đồ hình
nghiệm suy lên trên mạng topo mạng vật lý. Đồ hình nghiệm suy được công thức hóa
như sau:
Đặt G = ( V, E, C ) là một đồ hình mô tả topo vật lý của mạng. Trong đó, V là
tậphợp các nút mạng, E là tập hợp các đường link, C là tập hợp các khả năng và ràng
buộc cho E và V (như độ trễ, dung lượng ). Ta coi G là topo cơ sở.
Đặt H = ( U, F, D) là đồ hình MPLS nghiệm suy. Trong đó, U là tập con của V gồm
một nhóm các LSR tại các đầu của LSP. F là tập hợp các LSP. Tham số D là tập hợp
các yêu cầu và chế tài cho F. Như vậy H là một đồ hình trực tiếp và phụ thuộc vào các
đặc tính truyền tải của G.
2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng.

Có ba vấn đề cơ bản liên quan đến kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là:
- Ánh xạ các gói tin lên các lớp chuyển tiếp tương đương (FEC).
- Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng (traffic trunk).
- Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên topo mạng vật lý thông qua các LSP.
Các phần sau của chương sẽ tập trung vào vấn đề thứ ba, tức là tính toán đường đi
tốt nhất qua mạng cho các trung kế lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệu quả và tin
cậy. Đây chính là bài toán ánh xạ đồ hình nghiệm suy H lên topo mạng cơ sở G.
9
3. TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG VÀ CÁC THUỘC TÍNH.
Để xây dựng và duy trì trung kế lưu lượng, người ta tìm cách mô hình hóa nó bằng
các tham số. Một thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến các đặc
trưng hành vi của trung kế lưu lượng. Các thuộc tính có thể được gán cụ thể thông qua
hành động quản trị hay gán ngầm ẩn bởi các giao thức bên dưới khi các gói tin được
phân loại và ánh xạ vào FEC tại lối vào miền MPLS. Thực tế, một trung kế lưu lượng
có thể đặc trưng hóa bởi:
- LSR lối vào và LSR lối ra của trung kế lưu lượng.
- Tập các FEC được ánh xạ vào trung kế.
- Một tập các thuộc tính nhằm xác định các đặc trưng hành vi của trung kế.
Hai vấn đề cơ bản có ý nghĩa đặc biệt là: Tham số hóa các trung kế lưu lượng và
những quy luật sắp đặt, duy trì đường dẫn cho các trung kế lưu lượng.
3.1 Các hoạt động cở bản trên trung kế lưu lượng.
Đây là các tiến trình khác nhau xảy ra trong thời gian tồn tại của một trung kế lưu
lượng:
- Establish: Thiết lập, tạo ra một trung kế lưu lượng bằng cách quyết định một LSP,
gán các nhãn MPLS và quan trọng nhất là gán tài nguyên cho trung kế đó.
- Activate: Hoạt động, làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách
dùng một số chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế.
- Deactivate: Ngừng hoạt động, trung kế lưu lượng ngưng chuyển dữ liệu bằng cách
dùng một chức năng định tuyến để dừng việc đưa lưu lượng vào trung kế.
- Modify Attributes: Thay đổi đặc tính, thay đổi các đặc trưng của trung kế lưu lượng,

chẳng hạn như băng thông khả dụng.
- Reroute: Tái định tuyến, chọn một đường đi mới cho trung kế lưu lượng
(thường là do sự cố trong mạng hay khi khôi phục xong sự cố trong mạng).
- Destroy: Hủy bỏ, loại bỏ hoàn toàn một trung kế lưu lượng ra khỏi mạng và thu hồi
toàn bộ tài nguyên đã cấp cho nó.
3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter).
Thuộc tính tham số lưu lượng sẽ đặc tả băng thông đòi hỏi bởi trung kế
lưu lượng cùng với các đặc trưng lưu lượng khác như tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình,
10
kích thước bùng phát cho phép, v.v Dưới góc độ kỹ thuật lưu lượng, các tham số lưu
lượng rất quan trọng vì chúng chỉ thị các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu
lượng.
3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (Chính sách chọn đường).
Thuộc tính là các tiêu chuẩn lựa chọn và duy trì đường dẫn cho trung kế
lưu lượng. Con đường thực sự được chọn xuyên qua mạng có thể cấu hình tĩnh
bởi nhà điều hành hoặc được gán động do mạng dựa vào các thông tin từ IGP (như IS-
IS hoặc OSPF). Các thuộc tính cở bản và các đặc trưng hành vi liên quan đến chọn
đường và quản lý đường cho trung kế lưu lượng mạng được mô tả sau đây:
3.3.a Đường tường minh đặc tả quản trị.
Đường tường minh đặc tả quản trị cho một trung kế lưu lượng được cấu
hình bởi các nhà điều hành. Một đường được gọi là đặc tả toàn bộ nếu chỉ ra tất cả các
hop yêu cầu giữa hai điểm đầu cuối. Đặc tả một phần là nếu chỉ có một tập con các
hop trung gian được chỉ thị. Thuộc tính “path preference rule” là một biến nhị
phân chỉ thị đường tường minh được cấu hình là bắt buộc hay không bắt buộc.
3.3.b Phân cấp các luật ưu tiên cho đa đường.
Trong một số hoàn cảnh thực tế, khả năng chỉ định một tập hợp các đường
tường minh đề cử cho một trung kế lưu lượng và định nghĩa phân cấp các quan hệ ưu
tiên giữa các đường. Khi thiết lập đường, các luật ưu tiên được áp dụng để
chọn ra đường thích hợp từ danh sách đề cử. Trong các tình huống cố định thì luật ưu
tiên này cũng được dùng đề chọn đường thay thế từ danh sách đề cử.

3.3.c Thuộc tính tương đồng lớp tài nguyên (Resource Class Affinity).
Thuộc tính này cho phép hệ điều hành (operator) áp đặt các chính sách
chọn đường bằng việc bao hàm hay loại bỏ một số liên kết nào đó. Mỗi liên
kết được gán một thuộc tính lớp tài nguyên (Resource Class). Thuộc tính lớp tài
nguyên có dạng chuỗi bit như sau: Affinity (32-bit), Mask (32-bit).
Mặt nạ (Mask) lớp tài nguyên chỉ thị các bit nào trong lớp tài nguyên cần được
kiểm tra. Liên kết được bao hàm khi chọn đường nếu chuỗi tương đồng
Affinity trùng với thuộc tính Resource Class sau khi cùng thực hiện phép AND với
mặt nạ.
3.3.d Thuộc tính thích ứng (Adaptivity).
11
Trong nhiều tình huống cần thiết phải thay đổi các đường dẫn của trung kế lưu
lượng để đáp ứng với việc thay đổi trạng thái mạng (chủ yếu thay đổi tài nguyên khả
dụng). Quá trình này được gọi là tái tối ưu hóa (re-optimization). Thuộc tính thích ứng
cho biết một trung kế lưu lượng được phép tái tối ưu hóa hay không. Nếu tái
tối ưu hóa bị cấm thì trung kế lưu lượng coi như được “ghim” vào đường đã thiết lập
của nó và không thể tái định tuyến (re-route) khi có thay đổi trạng thái mạng.
3.3.e Phân phối tải qua nhiều trung kế song song.
Khi lưu lượng thu gom giữa hai nút quá lớn và không thể tải hết trên một
đường, MPLS có thể tạo ra nhiều trung kế lưu lượng giữa hai nút sao cho
mỗi trung kế chuyển một phần của lưu lượng thu gom. Khi đó cần có một số thuộc
tính cho biết tỉ lệ tương đối của lưu lượng được mang bởi mỗi trung kế. Các giao thức
bên dưới sẽ ánh xạ tải lên các trung kế lưu lượng theo các tỉ lệ được cho.
3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority / Preemption).
Thuộc tính ưu tiên là thông số quan trọng nhất trong thiết lập kênh truyền.
Thuộc tính ưu tiên có 8 mức (giảm dần từ 0 đến 7) xác định thứ tự thực hiện chọn
đường cho các trung kế lưu lượng. Độ ưu tiên cũng rất quan trọng khi triển khai cơ chế
lấn chiếm (preemption) vì nó có ảnh hưởng đến thứ tự thiên vị.
MPLS-TE sử dụng thông số ưu tiên (priorities) để đánh dấu một kênh
đường dẫn LSP này quan trọng hơn LSP khác. Cần lưu ý là độ ưu tiên ở đây là các

thành phần trong gói dữ liệu mô tả gói tin có độ ưu tiên nào, qua đó cho gói tin này
qua LSP tương ứng. Một LSP có 2 thông số tương ứng với nó: độ ưu tiên lúc thiết lập
và độ ưu tiên cầm giữ (setup và hold priorities). Mỗi trung kế lưu lượng được gán một
giá trị ưu tiên thiết lập (setup) và một giá trị ưu tiên cầm giữ (holding). Khi
thiết lập trung kế mới hay tái định tuyến, một trung kế có độ ưu tiên thiết lập cao sẽ
chèn lấn một trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ thấp hơn đẩy ra khỏi đường nếu
chúng cạnh tranh tài nguyên. Ngược lại, việc thiết lập một trung kế mới có thể thất bại
nếu băng thông mà nó yêu cầu đang bị chiếm giữ bởi các trung kế khác có độ ưu tiên
cầm giữ cao hơn.
12
3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience).
Thuộc tính đàn hồi xác định hành vi của trung kế lưu lượng trong tình
huống xảy ra sự cố theo các cơ chế sau:
- Không tái định tuyến trung kế lưu lượng.
- Tái định tuyến qua một đường khả thi có đủ tài nguyên.
- Tái định tuyến qua đường khả dụng bất kỳ, bất chấp các ràng buộc tài nguyên.
- Tổ hợp của các cơ chế nói trên.
3.6 Thuộc tính khống chế (Policing).
Thuộc tính khống chế xác định những hoạt động được thực hiện khi một trung kế
lưu lượng không tuân thủ mức dịch vụ các đặc tả ở các tham số lưu lượng. Nó cho biết
cách xử lý đối với số lưu lượng vượt mức dịch vụ (ví dụ hủy gói hay truyền
theo kiểu best-effort). Nói chung, nên luôn luôn khống chế ở lối vào của mạng
để cưỡng bức tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ và giảm thiểu việc khống chế bên
trong lõi mạng.
4. CÁC THUỘC TÍNH TÀI NGUYÊN.
4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier).
Là lượng băng thông dự trữ khả dụng tối đa của link (một liên kết trực tiếp giữa hai
router) có thể cấp phát ứng với từng mức ưu tiên thiết lập (setup priority) của các trung
kế lưu lượng.
4.2 Lớp tài nguyên (Resource - Class).

Thuộc tính lớp tài nguyên của một link là một chuỗi gồm 32 bit được dùng kết hợp
với thuộc tính tương đồng Affinity của trung kế lưu lượng để bao gồm hay
loại trừ các link nào đó trên đường của trung kế. Thuộc tính này loại bỏ các
con đường không thích hợp cho trung kế trong danh sách đề cử.

13
Hình 5: Minh họa cách dùng bit Affinity và Resource-Class.

Trong minh họa đơn giản trên, thì lớp tài nguyên có thuộc tính Affinity là 4 bit
0000, bit mặt nạ (mask) là 0011. Trên đường đi, nó sẽ so sánh 4 bit Affinity
với Resource-Class trên mỗi link. Nó chỉ kiểm tra hai bit cuối của Resource-Class nếu
trùng thì liên kết đó có thể được gom vào cho tuyến đường của trung kế.
Nếu không trùng thì liên kết đó bị loại (ví dụ như 0010 có hai bit cuối khác 0000).
4.3 Metric TE.
Mỗi link có một chi phí cost hoặc metric để tính toán định tuyến trong
hoạt động của IGP. Metric TE là một thông số quản trị được gán cho các link để
tính toán LSP cho các trung kế lưu lượng. Giá trị Metric TE mặc định là bằng cost IGP
của link. Router đầu nguồn sử dụng các Metric TE để định tuyến ràng buộc.
Thông số Metric TE là sự tổng hợp một hay nhiều các thuộc tính kể trên.
Việc hình thành thông số này rất quan trọng trong việc đảm bảo quản lý cũng như
phân luồng cho mạng, đặc biệt là đáp ứng định tuyến dựa trên chất lượng dịch vụ QoS.
5. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG RÀNG BUỘC.
5.1 Quảng bá các thuộc tính của link.
Router đầu nguồn của một trung kế phải nắm được thông tin thuộc tính tài
nguyên của tất cả các link trong mạng để tính toán đường LSP. Điều này chỉ có thể đặt
được bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến trạng thái liên kết Link-State (như
IS-IS hay OSPF). Vì chỉ có kiểu giao thức này mới quảng bá các thông tin về tất cả
các link đến tất cả các router. Vì vậy, OSPF và IS-IS được mở rộng để hỗ trợ MPLS-
14
TE. Một khi router đầu nguồn nhận được các thông báo này thì nó không chỉ biết

được topology mạng mà còn biết được các thông tin tài nguyên khả dụng của từng
link. Điều này rất cần thiết để tính toán các đường để thỏa mãn các đòi hỏi của trung
kế lưu lượng.
Hình 6: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên.

Các giao thức IGP sẽ quảng bá các thuộc tính tài nguyên khi dưới các điều kiện hay
sự kiện nào đó như:
- Khi link thay đổi trạng thái (ví dụ up, down ).
- Khi lớp tài nguyên của link thay đổi do tái cấu hình.
- Theo định kỳ (dựa vào một timer), router sẽ kiểm tra các thuộc tính tài
nguyên và quảng bá cập nhật thông tin.
- Khi tham gia thiết lập một đường LSP nhưng thất bại.
5.2 Giao thức định tuyến Link - State.
Quá trình hình thành các TE-LSP dựa trên các điều kiện ràng buộc ban đầu. Do
đó cần phải có một giao thức thích hợp để quảng bá những thông tin này ra
toàn mạng. Những thông tin ràng buộc đó có thể là:
- Băng thông cần thiết cho kênh truyền dữ liệu.
- Các tính chất (color) của kênh truyền. Các tính chất này đặc trưng cho gói dữ liệu có
thể được chuyển qua đường dẫn tương ứng.
- Các thông số metric do người quản trị gán cho các đường link.
- Số lượng các hop mà gói tin có thể truyền qua.
15
- Thông số độ ưu tiên thiết lập dành cho kênh truyền.
Các thông số trên được chia làm hai loại:
- Đặc trưng cho từng đường link như: băng thông, tính chất đường truyền
(color) và các thông số metric.
- Đặc trưng cho LSP như: Số lượng hop trong LSP và thông số độ ưu tiên.
Việc quảng bá các thông tin ràng buộc trên được thực hiện bằng cách mở rộng giao
thức định tuyến OSPF và IS-IS.
5.3 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP).

LSP cho một trung kế lưu lượng có thể khai báo tĩnh hoặc tính toán động. Việc tính
toán sẽ xem xét các tài nguyên khả dụng, các thuộc tính link và cả các trung kế khác
(vì vậy việc tính toán bị ràng buộc). Kết quả của việc tính toán này là tìm ra một chuỗi
các địa chỉ IP đại diện cho các hop trên đường LSP giữa đầu nguồn và đầu đích của
trung kế lưu lượng. Sau đó thực hiện báo hiệu LSP và hoàn thành việc thiết lập đường
bằng các giao thức báo hiệu cho MPLS như RSVP-TE.
Tiến trình tính toán đường ràng buộc luôn luôn được thực hiện tại đầu
nguồn trung kế lưu lượng và kích hoạt do:
- Một trung kế mới xuất hiện.
- Một trung kế đang tồn tại nhưng thiết lập LSP thất bại.
- Tái tối ưu hóa một trung kế đang tồn tại.
5.4 Giải thuật chọn đường.
Việc chọn đường cho một trung kế lưu lượng sử dụng trọng số quản trị
(TE cost) của mỗi link riêng biệt. Giải thuật chọn đường ràng buộc theo các bước sau:
- Cắt bỏ các link có lớp tài nguyên Resource-Class bị loại do phép tính tương
đồng Affinity ra khỏi topo mạng.
- Cắt bỏ các link không có đủ băng thông dự trữ theo yêu cầu của trung kế.
- Chạy giải thuật Dijktra để tìm ra đường có tổng TE-cost nhỏ nhất.
Sau khi thực hiện các bước trên mà vẫn còn nhiều đường ứng cử cho LSP
(nhiều đường có cùng tổng số metric TE) thì tiêu chuẩn thứ tự chọn đường
như sau:
- Đường có băng thông tối thiểu cao nhất.
16
- Đường có số hop nhỏ nhất.
- Chọn lựa ngẫu nhiên.
Khi đường LSP được tính xong, RSVP được dùng để dành trước băng thông
thực sự, để phân phối các nhãn cho đường và hoàn thành việc thiết lập đường LSP.
5.5 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng.
Chúng ta sẽ xét ví dụ về chọn đường LSP cho một trung kế lưu lượng thiết lập giữa
R1 (đầu nguồn) và R6 (đầu đích) trong mô hình dưới. Yêu cầu của trung kế lưu lượng

như sau:
- Băng thông đòi hỏi ở mức ưu tiên 3 là 30 Mbps.
- Các bit Affinity lớp tài nguyên là 0010, có bit mặt nạ mask là 0011.
Hình 7: Mô hình ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng

Link R4-R3 cần được loại trừ khỏi đường LSP, do vậy chuỗi bit lớp tài nguyên
Resource-Class của link này được đặt là 0011. Khi các bit Affinity lớp tài nguyên của
trung kế lưu lượng được so với các bit Resource-Class là không trùng nên link R4-R3
bị loại.
17
Hình 8: Xem xét các ràng buộc khống chế.

Tham số tiếp theo được kiểm tra trong quá trình tính toán đường ràng buộc là cost
của mỗi link mà đường LSP có khả năng đi qua. Nếu không xét tài nguyên thì đường
R1-R4-R6 có tổng cost thấp nhất là 30. Tất cả các đường khả thi khác đều có tổng
cost cao hơn. Khi tài nguyên được đưa vào tính toán, ta thấy rằng trên tuyến
đường ngắn nhất không đủ băng thông thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu
lượng (băng thông yêu cầu là 30M trong khi link R4-R6 chỉ đáp ứng 20M khả dụng).
Kết quả là link R4-R6 cũng bị loại khỏi phép tính đường LSP.

Hình 9: Xem xét tài nguyên khả dụng.
Sau khi loại bỏ các link không thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng, kết quả
là còn hai đường LSP là: R1-R2-R3-R6 và R1-R5-R6. Cả hai đường đều có
tổng cost là 40, để chọn một đường phải giải quyết bằng luật “tie-break”.
18
Trước tiên, băng thông tối thiểu trên đường được so sánh. Sau khi so sánh, vẫn còn
cả hai đường vì chúng đều cung cấp ít nhất 50 Mbps băng thông. Tiếp theo
luật số hop nhỏ nhất trên đường LSP được tính đến. Vì đường R1-R5-R6 có
số hop ít hơn nên nó được chọn và quá trình tính toán ràng buộc kết thúc.

Hình 10: Đường tốt nhất được chọn.
5.6 Tái tối ưu hóa (Re - optimization).
Các đặc trưng và trạng thái mạng biến động theo thời gian. Ví dụ, các tài
nguyên mới trở nên khả dụng, các tài nguyên cũ bị lỗi đã được tái kích hoạt, các tài
nguyên đã cấp phát được thu hồi lại. Do vậy, các đường của trung kế lưu lượng đã
thiết lập tối ưu trước đó có thể không còn tối ưu nữa. Để duy trì mạng luôn luôn ở tình
trạng tối ưu nhất, các trung kế lưu lượng phải được tái tối ưu hóa.
Tái tối ưu hóa được thực hiện theo chu kỳ. Sau những khoảng thời gian
nhất định, MPLS-TE thực hiện kiểm tra đường LSP tối ưu nhất của các đường
dành cho trung kế lưu lượng. Nếu xuất hiện đường cho LSP tốt hơn thì:
- Trước tiên, router đầu nguồn cố gắng báo hiệu thiết lập LSP mới tốt hơn.
- Nếu thành công thì thay thế đường LSP cũ bằng đường LSP mới tốt hơn.
Tái tối ưu hóa phải không được gây ra sai hỏng dịch vụ. Để thực hiện điều này,
đường LSP hiện có phải được duy trì cho đến khi LSP mới được thiết lập xong và
19
chuyển trung kế lưu lượng từ đường cũ sang đường mới. Sau đó LSP cũ mới được giải
tỏa. Khái niệm này gọi là “make before break” - thiết lập trước khi hủy.
6 BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG.
Các cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS cung cấp một dịch vụ tin
cậy cho việc chuyển tải lưu lượng trong mạng MPLS và tái định tuyến lưu lượng qua
một đường chuyển mạch nhãn LSP. Nếu có một sự cố xảy ra tại một nơi nào đó trong
mạng, luồng dữ liệu sẽ chuyển từ nơi có sự cố trong mạng sang một vị trí khác. Ba
ràng buộc chính đối với việc này là thời gian khôi phục, đảm bảo tối ưu mạng và tính
ổn định của luồng dữ liệu.
Để khôi phục thành công khi xảy ra sự cố, mạng cần phải có các khả năng sau.
Trước tiên mạng phải có khả năng phát hiện lỗi. Thứ hai, nút trong mạng mà tại đó
phát hiện lỗi phải thông báo sự cố đến một nút nào đó trong mạng. Nút nào được thông
báo còn tuỳ thuộc vào mô hình khôi phục được ứng dụng. Thứ ba, mạng phải
tính toán lại đường đi tại nút được thông báo. Và thứ tư là luồng dữ liệu phải được
chuyển qua đường mới được tính lại thay vì đường cũ đã bị hư.

Khi mạng có sự cố và được khôi phục sẽ xảy ra hiện tượng luồng dữ liệu
bị gián đoạn. Sự gián đoạn này được gây ra bởi thời gian phát hiện lỗi, thời
gian thông báo lỗi cho nút cần thiết, thời gian tính đường khôi phục.
Trong phần này, ta có một vài khái niệm sau:
- Working Path-Primary Path, đường làm việc là đường chuyển tải trung kế lưu
lượng khi chưa có sự cố. Nếu có các cơ chế bảo vệ trên đường này thì ta gọi đường
này là đường làm việc được bảo vệ.
- Recovery Path-Backup Path, đường khôi phục là đường mà trung kế lưu
lượng sẽ chuyển từ đường làm việc sang khi có sự cố xuất hiện trên đó.
- PSL (Path Switch LSR) là LSR ở phía trước vị trí lỗi trên đường làm việc chịu trách
nhiệm chuyển mạch hoặc tái tạo lưu lượng sang đường khôi phục.
- PML (Path Merge LSR) là LSR chịu trách nhiệm nhận lưu lượng trên đường
khôi phục và sẽ hợp nhất lưu lượng trở về đường làm việc, hoặc chuyển lưu
lượng ra khỏi miền MPLS nếu bản thân nó là đích.
20
- POR (Point of Repair) là LSR đảm nhận việc sửa chữa LSP bị sự cố. POR có thể là
PSL hoặc PML.
- Bypass Tunnel là một đường khôi phục có cùng PSL và PML với đường làm
việc
- MPLS Protection Domain là một miền MPLS mà các LSR đều được thiết lập
cơ chế bảo vệ
- Revertive Mode là chế độ hoạt động mà đường làm việc chính sẽ được sử dụng lại
khi được phục hồi.
- Fault Indication Signal (FIS) là tín hiệu báo hiệu từ điểm phát hiện lỗi đến các LSR
Upstream hoặc Downstream trong mạng cho tới khi nó đến được POR trong mạng.
- Fault Recovery Signal (FRS) là tín hiệu báo hiệu đường đã được khôi phục trở lại.
6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục.
6.1.a Sửa chữa toàn cục và sửa chữa cục bộ.
Sửa chữa toàn cục là loại bảo vệ mà trong đó LER phía nguồn đóng vai trò là PSL
và POR, nhận tín hiệu FIS từ nút phát hiện lỗi. Đường phục hồi và đường

chính trong trường hợp này là tách biệt hoàn toàn.
Sửa chữa cục bộ là loại bảo vệ mà trong đó điểm phát hiện lỗi đóng vai trò là PSL
và cũng có thể cũng là POR nếu được cấu hình tương ứng. Có hai loại sửa
chữa cục bộ là sửa chữa liên kết và sửa chữa nút.
- Khôi phục liên kết là loại bảo vệ mà trong đó PSL và PML là hai nút đầu cuối của
liên kết bị hư. PML có thể là LER phía đích.
- Khôi phục nút là loại bảo vệ mà PSL và PML là hai nút Upstream và
Downstream gần nhất với nút được bảo vệ. Đường bảo vệ phải cách ly hoàn
toàn với nút được bảo vệ và các liên kết đi chung với nó.
6.1.b Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ.
Tái định tuyến bảo vệ là chế độ mà khi phát hiện được lỗi xảy ra nhờ vào FIS, POR
sẽ tìm đường mới nhờ vào các giao thức định tuyến. Sau khi tìm được đường đi mới
xong, PSL mới chuyển lưu lượng sang đường mới.
Chuyển mạch bảo vệ có cơ chế hoạt động gần giống với tái định tuyến bảo vệ chỉ
khác ở chỗ đường bảo vệ đã được tính toán trước đó. Chính vì điều này làm
21
cho phương pháp này tốn ít thời gian để khôi phục hơn phương pháp tái định
tuyến bảo vệ.
6.2 Mô hình Makam (Bảo vệ toàn cục).
Đây là mô hình bảo vệ và khôi phục MPLS đề xuất đầu tiên và đơn giản nhất, trong
đó đường khôi phục có thể được tính toán trước (nếu sử dụng cơ chế bảo vệ),
hoặc tính bằng giao thức định tuyến khi LER lối vào nhận được FIS. Đường làm việc
và đường khôi phục tách rời nhau về cả về link và nút. Nếu đường được tính toán từ
trước thì khi thiết lập đường bảo vệ thông qua đối tượng ERO có chứa thông tin về
đường khôi phục trong tín hiệu thiết lập (CR-LDP) hoặc Path Message (RSVP-
TE) sẽ thông báo cho các LSR biết được thông tin và thiết lập lên
đường khôi phục.
Hình 11: Mô hình Makam.
Ưu điểm: ít tốn tài nguyên bởi một đường khôi phục có thể dùng dự trữ cho các
trường hợp lỗi khác nhau xảy ra trên các link thuộc đường hoạt động chính.

Nhược điểm: nếu liên kết bị lỗi ở xa LER lối vào làm cho quá trình khôi phục chậm
đi do cần chờ tín hiệu báo hiệu FIS trở về. Ngoài ra, do các hàng đợi ở các LSR thuộc
đường cũ còn chứa các gói tin nên sẽ bị mất các gói tin này khi chuyển hướng sang
đường bảo vệ. Để tránh mất các gói tin trên, cần phải khôi phục lại đường cũ
khi lỗi được khắc phục, tuy nhiên ta sẽ gặp phải vấn đề gói sai thứ tự. Cách
này chỉ nên dùng trong trường hợp lỗi được sửa chữa nhanh và hàng đợi phía LER lối
ra đủ lớn.
22
6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup).
Mô hình này khắc phục được điểm yếu thứ hai của mô hình Makam mà không cần
phải phục hồi lại đường cũ. Bằng cách thiết lập một đường dự phòng đảo tại nút phát
hiện lỗi, một đường dự phòng đảo được thành lập với chiều lưu lượng ngược
với chiều của đuờng cũ. Tuy nhiên mô hình này có nhược điểm là hao tốn tài nguyên
do phải dùng đường dự phòng đảo, ngay cả khi đường cũ đã bị hư thì dữ liệu sẽ vẫn
chạy qua đường cũ cho tới khi gặp phải nút phát hiện lỗi mới quay trở về để chuyển
mạch sang đường khôi phục toàn cục.
Một cải tiến khác giúp quá trình trên diễn ra nhanh hơn là gửi kèm thông
tin FIS trong các gói tin gửi ngược về từ đường dự phòng đảo. Cách này giúp chuyển
mạch tại LER lối vào nhanh hơn mà không cần chờ tín hiệu FIS tới rồi mới nhận dữ
liệu từ đuờng dự phòng đảo. Tuy nhiên, do các gói vẫn không được quản lý thứ tự nên
hiện tượng các gói sai thứ tự vẫn sẽ xảy ra.
Hình 12: Mô hình Haskin.
6.4 Mô hình Hundessa.
Mô hình này khắc phục nhược điểm của mô hình Haskin thông qua việc kiểm
soát số thứ tự các gói gửi về từ đuờng dự phòng đảo. Khi nhận được FIS từ
nút phát hiện lỗi, ngay lúc này PSL (LER lối vào) sẽ đánh dấu gói cuối cùng
mà nó truyền vào đường cũ, sau đó nó ngưng truyền. Đợi tới khi gói này
được truyền ngược về từ nút phát hiện lỗi lúc đó LER lối vào mới chuyển
sang đường khôi phục toàn cục và truyền tiếp tục dữ liệu theo đường này.
23

6.5 Mô hình Shortest - Dynamic.
Đây là mô hình bảo vệ cục bộ, trong mô hình này thì chỉ có đường làm
việc được thiết lập. Khi một nút phát hiện sự cố link thì nó phải tính toán rồi báo hiệu
thiết lập một đường LSP ngắn nhất đi từ nó đến nút phía bên kia link bị sự cố và sau
đó chuyển mạch lưu lượng (bằng cách xếp chồng nhãn để luồn đường làm việc chui
qua đường LSP tránh lỗi này). Trong mô hình này thì PML là LSR
Downstream kế cận với link hoặc LSR bị sai. Do đó đường khôi phục trong trường
hợp này còn gọi là đường vòng Bypass Tunnel. Đường được bảo vệ thường được tính
toán trước và phần lớn người ta chỉ dùng giao thức báo hiệu RSVP-TE để
thiết lập đường bảo vệ. Chế độ khôi phục có cả khôi phục link và khôi phục nút. Nếu
nút phát hiện lỗi không có đường bảo vệ dự trữ (chế độ chuyển mạch bảo vệ) hoặc
không có khả năng tìm đường tới đích dựa vào giao thức định tuyến (chế độ tái định
tuyến) hoặc LSR này đã hết phiên làm việc thì LSR Upstream kế cận sẽ đảm nhận
vai trò của PSL. Cơ chế này giống với cơ chế bảo vệ cho LSP là “bảo vệ nút”.
Hình 13: Mô hình Shortest-Dynamic (khôi phục link).
24
Hình 14: Mô hình Shortest-Dynamic (khôi phục nút).
6.6 Mô hình Simple - Dynamic.
Giống như mô hình Shortest-Dynamic, đây cũng là một cơ chế cục bộ. Khi phát
hiện liên kết với mình bị lỗi, LSR này sẽ tính đường ngắn nhất tới PML. Với mô hình
này PML bắt buộc phải là LER lối ra. Đường dự phòng này có thể được thiết lập
tường minh (dựa vào giao thức báo hiệu CR-LDP hoặc RSVP- TE) hoặc được tái định
tuyến nhờ các giao thức báo hiệu.
Mô hình này cũng hỗ trợ hai cơ chế khôi phục nút và khôi phục link.
Simple Dynamic có ưu điểm là đường tái định tuyến luôn là đường ngắn
nhất tới đích (loại trừ đường bị hư) tuy nhiên việc tính toán tái định tuyến sẽ không thể
kiểm soát được tài nguyên mạng và sẽ có thể gây ảnh hưởng đến các LSP
khác trong mạng, điều này tuyệt đối nên tránh trong trường hợp thực hiện MPLS có hỗ
trợ QoS.
25