Tìm hiểu kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THÔNG 2
-----o0o-----

CHUYÊN ĐỀ CHUYỂN MẠCH
Đề tài:

Tìm Hiểu Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................1
TÓM TÁT NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ……………………………………………..2
Chương 1 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS...........................3
1.1 Tổng quan về công nghệ MPLS.......................................................................3
1.1.1 Con đường dẫn tới MPLS..........................................................................3
1.1.2 Đặc điểm và phương thức hoạt động.........................................................4
Chương 2 KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS.........................................7
2.1 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính...............................................................8
2.1.1 Khái niệm..................................................................................................8
2.1.2 Thuộc tính của trung kế lưu lượng..........................................................10
2.1.3 Lớp tài nguyên.........................................................................................13
2.1.4 Trọng số quản trị……………………………………………………….13
2.2 Các dạng thông tin được phân phối................................................................13
2.3 Tính toán thiết lập đường…………………………………………………...14
2.3.1 Thuật toán CSPF.....................................................................................14
2.3.2 Các phương pháp quyết định trong CSPF...............................................16
2.3.3 Tái tối ưu Tunnel.....................................................................................18
2.3.4 Giao thức giành riêng nguồn tài nguyên.................................................19

2.4 Chuyển tiếp lưu lượng xuống đường hầm lưu lượng.........................................26
2.5 Bảo vệ khôi và phục đường................................................................................32
2.5.1 Phân loại cơ chế bảo vệ và khôi phục đường..........................................33
2.5.1.1 Sửa chửa toàn cục và sửa chửa cục bộ...............................................33
2.5.1.2 Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ...............................................33
2.5.2 Mô hình Makam......................................................................................34
2.5.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup)..........................................................34
2.5.4 Mô hình Hundessa...................................................................................35
2.5.5 Mô hình Shortest-Dynamic......................................................................36
2.5.6 Mô hình Simple-Dynamic........................................................................36
2.5.7 Mô hình Simple-Static.............................................................................37
Chương 3 -MÔ PHỎNG MPLS-TE.....................................................................38
KẾT LUẬN CHUNG............................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................49


LỜI NÓI ĐẦU

Hiện hầu hết các mạng diện rộng tại Việt Nam đều được tổ chức với kết nối sử dụng
dịch vụ thuê đường truyền riêng (Leased Line), Frame Relay hoặc X.25 thông qua các nhà
cung cấp dịch vụ viễn thông. Hầu hết các hệ thống mạng này đều hoạt động theo cách thức
định tuyến IP truyền thống với không ít nhược điểm, đáp ứng rất chậm khi có yêu cầu xử
lý luồng lưu lượng lớn trên mạng. Ngay cả khi áp dụng một số kỹ thuật mới như fast-table
lookup hoặc policy-based routing thì việc xử lý tại các router vẫn thường bị quá tải. Hậu
quả là có thể mất lưu lượng, mất kết nối, thậm chí giảm đặc tính của mạng. Ngoài ra còn
phải kể đến các chi phí không nhỏ dành cho việc thuê dịch vụ viễn thông để kết nối mạng.
Công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) và dịch vụ MPLS VPN (mạng
riêng ảo MPLS) được xem là giải pháp cho vấn đề này. Điểm nổi bật của công nghệ này là
chuyển tiếp lưu lượng nhanh, khả năng linh hoạt, đơn giản và điều khiển phân luồng.
MPLS còn có khả năng phục vụ linh hoạt các dịch vụ định tuyến, tận dụng được đường

truyền giúp giảm chi phí.
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời đã giải quyết được một số
vấn đề của mạng hiện tại với các ưu điểm của công nghệ. MPLS được khuyến nghị sử
dụng trong mạng lõi của hạ tầng viễn thông : MPLS tối ưu các tiêu chí của công nghệ ATM
với băng thông lớn, đảm bảo chất lượng dịch vụ và giảm thiểu tiêu đề tế bào ATM. Với
phương phương pháp định tuyến mềm dẻo IP, MPLS thay thế phần báo hiệu phức tạp của
ATM mà vẫn đảm bảo được các tính năng ưu việt của ATM mà mạng IP không thể có được
.
Bài toán tối ưu mạng là một bài toán phức tạp, liên quan đến rất nhiều yếu tố -trong
đó có các hướng phát triển công nghệ khác nhau. Mục tiêu của Chuyên đề này nhằm
nghiên cứu công nghệ chuyển mạch MPLS và các vấn đề về kĩ thuật lưu lượng.


TÓM TẮT NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
- Giới thiệu tổng quan công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng
và cơ chế hoạt động của MPLS.
- Trình bày các khái niệm và mục tiêu của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ
chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Nội dung tập trung vào vấn đề ánh xạ lưu
lượng lên topology vật lý, tức là tính toán đường đi tốt nhất qua mạng của lưu lượng sao
cho mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy. Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong
những nhiệm vụ của kỹ thuật lưu lượng cũng được trình bày trong chương này.
- Báo cáo kết quả thực hiện mô phỏng MPLS-TE trên máy tính với phần mềm
GNS3 để làm rõ cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS.
Chuyên đề được tổ chức thành 3 chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức : Giới thiệu tổng quan công nghệ
MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt động của MPLS.
Chương 2 - Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS : Trình bày các khái niệm và mục
tiêu của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của
MPLS. Nội dung tập trung vào vấn đề ánh xạ lưu lượng lên topology vật lý, tức là tính
toán đường đi tốt nhất qua mạng của lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệu quả và tin

cậy. Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong những nhiệm vụ của kỹ thuật lưu
lượng cũng được trình bày trong chương này.
Chương 3 - Mô phỏng MPLS-TE : Báo cáo kết quả thực hiện mô phỏng MPLSTE trên máy tính với phần mềm GNS3 để làm rõ cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của
MPLS.


Chương 1 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

1.1 Tổng quan về Công nghệ MPLS
MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”. Thuật ngữ multi-protocol
để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức lớp mạng chứ
không chỉ riêng có IP. MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức lớp liên kết. Đây
là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 (Layer 3 routing)
và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching).
1.1.1 Con đường dẫn tới MPLS
Trong những năm gần đây cùng với sự bùng nổ của Internet trên toàn cầu thì các
dịch vụ thoại và đa phương tiện cũng ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt. Kéo theo
đó là vấn đề về tốc độ và dải thông của các dịch vụ này đã vượt quá tài nguyên hạ tầng của
Internet hiện nay.
Chuyển mạch nhãn là giải pháp đáp ứng được nhu cầu đó. Có lẽ yếu tố thúc đẩy
quan trọng nhất đằng sau chuyển mạch nhãn là nhu cầu phát triển chức năng định tuyến
của Internet và IP. Và đó cũng là điều tất yếu do đòi hỏi của sự phát triển nhanh chóng của
Internet.
Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đã góp phần giải quyết các vấn
đề mà các mạng ngày nay đang phải đối mặt như tốc độ, lưu lượng truyền, khả năng mở
rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS). MPLS đã xuất hiện để đáp ứng các
yêu cầu dịch vụ và quản lý băng thông cho giao thức Internet (IP) thế hệ sau dựa trên mạng
đường trục.
Nói tóm lại, sự ra đời của MPLS đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến,
chuyển mạch và chuyển tiếp các gói qua mạng thế hệ sau NGN cũng như giải quyết các

vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng mạng. Nó có thể hoạt động với các mạng Frame
Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ ATM hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ
của người sử dụng.


1.1.2



Đặc điểm và phương thức hoạt động
Đặc điểm:

- Tính thông minh phân tán:
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi
(core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đếu đặt trong các mạng lõi như các tổng đài
Toll, Transit, MSC…Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ
như các tổng đài nội hạt, truy nhập…
Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trong mạng.
Tất cả các Router đều phải làm hai nhiệm vụ định tuyến và chuyển mạch. Đây là ưu điểm
nhưng cũng là nhược điểm của IP.
- MPLS và mô hình tham chiếu OSI:

Layer 7

Layer 6

Layer 5

Layer 4

Layer 3

Application
Application

Application

Transport

Transport

Transport

Network

Internet / Networking

Internet / Networking

Presentation

Session

Label switching
DataLink

Layer1

Network Access

Network Access

TCP/IP model

IP/MPLS model

Physical

OSI model

Hình 1.1: MPSL và mô hình tham chiếu OSI
MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2
nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi là lớp 2,5.


Hình 1.2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS
Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển tiếp
theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path). Các Router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào
nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra
header IP.


Phương thức hoạt động

MPLS (Multi-protocol Label Switching) là phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp
các gói tin IP trên mạng bằng cách thêm vào nhãn (label). Trước khi thâm nhập vào mạng
MPLS thì các gói tin IP sẽ được các thiết bị định tuyến ở biên của mạng MPLS gắn thêm
các nhãn để vận dụng kỹ thuật nối-chuyển mạch ảo. Và trước khi rời khỏi mạng MPLS,
các nhãn này sẽ bị cắt bỏ để trả lại dạng nguyên thủy của các gói IP bởi các thiết bị định
tuyến ở vùng biên.

MPLS kết hợp các ưu điểm của 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. Nhờ vào sự phân loại các gói
dữ liệu bằng cách thêm vào một số trường ưu tiên trong gói MPLS, ta có thể đảm bảo vấn
đề QoS trong mạng IP.
Để hiểu được nguyên tắc hoạt động của MPLS, trước hết ta phải làm quen với một số
khái niệm mới được dùng trong MPLS.


• MPLS domain: Là tập hợp của các node mạng MPLS được quản lý và điều khiển bởi
cùng một quản trị mạng, hay nói một cách đơn giản hơn là một MPLS domain, có thể coi
như hệ thống mạng của một tổ chức nào đó (chẳng hạn nhà cung cấp dịch vụ).
• LSR (Label Switching Router): Là node mạng MPLS. Có hai loại LSR chính:
- LSR cạnh (gồm LSR hướng vào, LSR hướng ra): LSR nằm ở biên của MPLS domain
và kết nối trực tiếp với mạng người dùng.
- LSR chuyển tiếp (Transit LSR): LSR nằm bên trong MPLS domain, các LSR này
chính là các bộ định tuyến lõi (core router) của nhà cung cấp dịch vụ.
• Nhãn (Label): Thường được tổ chức dưới dạng ngăn xếp nhãn (Label Stack), có độ
dài 32 bit được thể hiện như sau:
Trường Label: Có độ dài 20 bit, đây chính là giá trị nhãn.
Trường Exp (Experimental): Có độ dài 3 bit dùng cho mục đích dự trữ nghiên cứu và
phân chia lớp dịch vụ (COS - Class Of Service).
Trường S: Có độ dài 1 bit, dùng chỉ định nhãn cuối cùng của Label Stack. Với nhãn
cuối cùng, S=1.
Trường TTL (Time To Live): Có mục đích như trường TTL trong gói tin IP.
• FEC: MPLS không thực hiện quyết định chuyển tiếp với gói dữ liệu lớp 3 (datagram)
mà sử dụng một khái niệm mới gọi là FEC (Forwarding Equivalence Class). Mỗi FEC
được tạo bởi một nhóm các gói tin có chung các yêu cầu về truyền tải hoặc dịch vụ (thoại,
data, video, VPN...) hoặc cùng yêu cầu về QoS. Hay nói một cách khác, MPLS thực hiện
phân lớp dữ liệu để chuyển tiếp qua mạng.

• LSP (Label Switching Path): Là tuyến được bắt đầu tại một LSR hướng vào thông qua
một hoặc nhiều hoặc thậm chí là không LSR chuyển tiếp nào và cuối cùng kết thúc tại một
LSR hướng ra. LSP chính là đường đi của các FEC thông qua mạng MPLS. Khái niệm về
LSP tương tự như khái niệm về kênh ảo (Virtual Channel) trong mạng IP, ATM, Frame
Relay ...
• LDP (Label Distribution Protocol): Là các giao thức phân bổ nhãn được dùng trong
MPLS để phân bổ nhãn và thiết lập các LSP thông qua mạng MPLS.

Chương 2 KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS


Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi
qua mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng. Nó ứng dụng
các nguyên lý khoa học công nghệ để đo lường, mô hình hóa, đặc trưng hóa và điều khiển
lưu lượng nhằm đạt được các mục tiêu khác nhau. Khái niệm TE phân biệt với khái niệm
kỹ thuật mạng (Network Engineering). Kỹ thuật mạng liên quan đến việc thiết kế xây dựng
topology của mạng sao cho phù hợp với lưu lượng.
MPLS có ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vì nó có thể cung cấp hầu
hết các chức năng hiện có ở mô hình chồng phủ nhưng theo cách tích hợp với chi phí thấp.
Điều quan trọng là MPLS còn đề xuất khả năng tự động hóa các chức năng kỹ thuật lưu
lượng.
Khi đối mặt với sự phát triển và mở rộng mạng có hai vấn đề cần quan tâm là là kĩ
thuật mạng (Network engineering) và kĩ thuât lưu lượng (Traffic Engineering).
 Kĩ thuật mạng: là tổ chức mạng phù hợp với lưu lượng. Ban đầu phải có sự dự đoán tốt
nhất về lượng lưu lượng sẽ qua mạng để sử dụng các mạch và các thiết bị mạng ( như Router,
Switch…). Kỹ thuật mạng phải đảm bảo hiệu quả về sau này vì thời gian lắp đặt mạng có thể
diễn ra rất lâu.
 Kỹ thuật lưu lượng: là kỹ thuật thao tác trên lưu lượng để tương thích với mạng sẵn có
hiện tại. Như chúng ta biết, dù cố gắng đến đâu thì lưu lượng mạng thì không bao giờ khớp với
dự đoán của chúng ta 100%. Đôi khi một vài sự kiện nổi bật (như sự kiện thể thao, một vụ bê

bối chính trị, một tràng web phổ biến…) làm đầy lưu lượng mạng, điều này không thể tính toán
trước được. Ta xét tại một thời điểm trong mạng có những đường link rỗi trong khi có một số
đường link lại bị nghẽn do quá tải, kỹ thuật lưu lượng sẽ giải quyết vấn đề này. Kỹ thuật lưu
lượng là một “nghệ thuật” chuyển lưu lượng từ các liên kết bị đầy sang các liên kết rỗi. Kỹ thuật
lưu lượng có 2 hướng chính là:
Hướng lưu lượng ( traffic oriented) : Nâng cao chất lượng dịch vụ QoS cho các luồng lưu
lượng. Mục tiêu chính là giảm tối thiểu tỉ lệ gói tin bị mất hay độ trễ, tuân thủ theo các
SLA( Service Level Agreement).
Hướng tài nguyên mạng (Resourse oriented): Tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên thông
qua việc quản lý tài nguyên băng thông một cách hiệu quả.


Mạng bị nghẽn thường do hai nguyên nhân chính là khi tài nguyên của mạng không
đủ để cấp cho hoạt động của tải và do các dòng lưu lượng ánh xạ không hiệu quả lên các
tài nguyên mạng, nó gây ra tại một số tập con tài nguyên bị quá tải trong khi một số khác
rỗi. Và kỹ thuật lưu lượng đưa ra để giải quyết vấn đề nghẽn do cấp phát tài nguyên chưa
được hiệu quả.
Các nhà cung cấp dịch vụ (SP) cần một cách để quản lý việc gia tăng một số lượng
lớn lưu lượng mà họ phải xử lý. Lưu lượng là một đại lượng động và khó biết trước bởi vì
các luồng lưu lượng thay đổi liên tục và do đó tất yếu không tương xứng với đồ hình mạng
(network topology) hiện có. Kỹ thuật lưu lượng qua MPLS cho phép lưu lượng được ánh
xạ (map) một cách hiệu quả vào các đồ hình mạng hiện thời. Nhờ vào việc thiết lập các con
đường qua mạng để cung cấp lưu lượng, MPLS đưa ra khả năng quản lý bao quát lưu
lượng mà các thuật toán tìm đường không thể. Kỹ thuật lưu lượng qua MPLS cải tiến tính
tin cậy của của các mạng cung cấp dịch vụ theo hai cách. Thứ nhất, nó cho phép các SP
đinh tuyến lưu lượng của họ theo nhiều hướng và tránh được tình trạng "hot spots" trong
mạng. Thứ hai, các con đường của MPLS đi trong một mạng có thể được thiết lập dư và
chia tải (load sharing). Điều này cho phép các SP đảm bảo lưu lượng quan trọng luôn có
một con đường riêng cho nó, giúp SP kiểm soát chặt chẽ toàn bộ lưu lượng trong mạng của
họ, MPLS sẽ cho phép họ thu được nhiều lợi nhuận nhất từ cấu hình mạng sẵn có.

Một ứng dụng quan trọng của MPLS là kỹ thuật lưu lượng, khả năng chia lưu lượng
ra nhiều hướng có nhiều ưu điểm, lưu lượng vẫn có thể được định tuyến thành công trong
trường hợp link bị lỗi, ví dụ như sử dụng đường thay thế nó. Tuy nhiên ưu điểm chính là
khả năng cân bằng tải. Cân bằng tải làm giảm nghẽn và cải tiến được chất lượng mạng. Và
yếu tố cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là trung kế lưu lượng.

2.1 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính
2.1.1 Khái niệm

Trung kế lưu lượng là tập hợp các lưu lượng thuộc cùng một lớp và được chuyển
tiếp chung trên một đường. Một trung kế lưu lượng xem như là bảng tóm tắt trình bày
lưu lượng với những đặc điểm đặc biệt. Nó có thể thu gom các trung kế lưu lượng hay nó
nó thể chứa nhiều lớp (lưu lượng đa lớp). Trung kế lưu lượng có thể đóng gói tất cả lưu
lượng giữa LER lối vào và LER lối ra. Trung kế lưu lượng là đại lượng đơn hướng, có sự


khác biệt giữa trung kế lưu lượng và LSP mà trung kế lưu lượng đó đi qua, có nghĩa là
trung kế lưu lượng có thể đi ra từ LSP và vào LSP khác.
Có ba vấn đề cơ bản liên quan đến kĩ thuật lưu lượng trên MPLS là:


Ánh xạ các gói lên các lớp chuyển tiếp tương đương FEC.



Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng.



Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên topology mạng vật lý thông qua các LSP.

Packets

FECs

Traffic trunks

LSPs

Khi xét đến kỹ thuật lưu lượng thì trung kế lưu lượng có các điều khiển như là :


Establish: Tạo một trung kế lưu lượng bằng cách quyết định LSP nào, gán nhãn
và gán tài nguyên cho trung kế đó.



Activate: Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách dùng các
chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế.



Deactivate: Làm cho trung kế lưu lượng ngưng hoạt động.



Modify Attribute: Thay đổi đặc tính trung kế lưu lượng,ví dụ như băng thông khả
dụng.



Reroute: Chọn đường mới cho trung kế lưu lượng.



Deytroy: Giải phóng trung kế lưu lượng và thu hồi tài nguyên mạng.
2.1.2 Thuộc tính của trung kế lưu lượng
Hoạt động của trung kế lưu lượng được định nghĩa bởi thuộc tính của trung kế lưu

lượng đó. Một số thuộc tính cơ bản của trung kế lưu lượng để đạt được kỹ thuật
lượng.

lưu


Thuộc tính tham số lưu lượng : xác định bởi các đặc điểm của luồng lưu lượng được
định tuyến trong trung kế lưu lượng như tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước bùng phát
cho phép. Thuộc tính chỉ thị các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu lượng như BW yêu cầu.
Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường: định nghĩa đường được chọn và hoạt động như
thế nào. Con đường được chọn xuyên qua mạng có thể cấu hình tĩnh bởi các nhà điều hành
mạng hoặc cấu hình động dựa vào thông tin IGP (chẳng hạn như OSPF…).
Đường tường minh đặc tả quản trị: cấu hình bởi các nhà điều hành. Khả năng chỉ định một
tập hợp các tuyến tường minh đáp ứng cho một trung kế lưu lượng. Một đường gọi là đặc
tả tòan bộ nếu nó chỉ ra tất cả các hop yêu cầu giữa 2 điểm đầu cuối. Đặc tả một phần nếu
chỉ có một tập hợp hop trung gian được chỉ thị.
Phân cấp luật ưu tiên cho đa đường: thực tế thì khả năng chỉ định tập hợp các tuyến
tường minh đưa ra cho một trung kế lưu lượng và phân cấp các quan hệ ưu tiên giữa các
tuyến. Khi thiết lập thì các luật ưu tiên được áp dụng để chọn ra tuyến thích hợp trong danh
sách các tuyến đưa ra và nếu xảy ra sự cố thì các luật ưu tiên này cũng được dùng để chọn
đường thay thế.
Thuộc tính Resource Class Affinity cho phép nhà điều hành áp đặt việc chọn đường

bằng cách gom hay loại bỏ một số link nào trong mạng. Khi đó mỗi link sẽ được gán một
thuộc tính lớp tài nguyên dạng chuỗi bit là Affinity (32bit), Mask (32 bit). Link nào được
chọn khi thực hiện AND giữa Resource-class mỗi link với Mask và kết quả trùng với
Affinity.
Thuộc tính thích ứng: Trong một số trường hợp phải thay đổi động các các tuyến
của trung kế lưu lượng để thích ứng với với việc thay đổi trạng thái của mạng (thường là
tài nguyên mạng).Thuộc tính này cho biết một trung kế lưu lượng có được phép tái tối ưu
hay không.
Phân phối tải qua nhiều trung kế lưu lượng song song: Khi lưu lượng giữa hai node
quá lớn không thể tải trên cùng một trung kế thì MPLS có thể tạo ra nhiều trung kế lưu
lượng giữa 2 node để mỗi trung kế tải một phần lưu lượng đó. Thuộc tính cho biết tỉ lệ
tương đối giữa các trung kế để tải lưu lượng.
Thuộc tính ưu tiên/lấn chiếm: định nghĩa tầm quan trọng của trung kế lưu lượng đặc
biệt trong mối quan hệ với trung kế lưu lượng khác. Có 8 mức giảm dần từ 0 đến 7 - xác định


thứ tự chọn đường cho các trung kế lưu lượng. Mỗi trung kế lưu lượng được gán giá trị ưu tiên
thiết lập và giá trị ưu tiên cầm giữ .Khi thiết lập một trung kế lưu lượng mới hay định tuyến lại
thì trung kế lưu lượng có độ ưu tiên cao sẽ được chọn so với trung kế lưu lượng có độ ưu tiên
thấp hơn khi cạnh tranh tài nguyên mạng. Hay việc thiết lập trung kế lưu lượng mới có thể
không thành công nếu một trung kế lưu lượng với độ ưu tiên cầm giữ cao hơn nó.
Các thuộc tính tài nguyên mạng.
Thuộc tính đàn hồi: Thuộc tính này xác định cách xử lý của trung kế lưu lượng khi có
sự cố xảy ra theo cơ chế sau: không tái định tuyến cho trung kế lưu lượng, tái định tuyến qua
một đường khả thi có đủ tài nguyên yêu cầu hay tái định tuyến bất chấp ràng buộc tài nguyên và
có thể tổng hợp các cơ chế trên.
Thuộc tính khống chế: Thuộc tính này cho biết các hoạt động được thực hiện khi một
trung kế lưu lượng không tuân theo các các yêu cầu mức dịch vụ đã đặc tả ở tham số lưu lượng.
Cho biết cách xử lý đối với lưu lượng vượt mức dịch vụ. Luôn luôn cố gắng khống chế ở lối vào
của mạng để được tuân thủ các SLA.

Cấp phát tài nguyên cho các trung kế lưu lượng
Các trung kế lưu lượng được cấp phát một lượng băng thông khả dụng tối đa của
mỗi link tùy thuộc vào mức độ ưu tiên thiết lập của tùng trung kế lưu lượng. Ví dụ như
Tunnel 0 từ Router A đến Router D với BW là 42Mbps với độ ưu tiên là 7, Tunnel 1 từ
Router B đến Router D với BW là 74,25Mbps với độ ưu tiên là 5.

Hình 2.1: Cấp phát tài nguyên cho trung kế lưu lượng

Tại Router C có sự cấp phát BW theo mức độ ưu tiên như sau:


Priorit
y Level

Total
Allocated
BW(kbps)

Global
Pool
Reservable
BW(kbps)

Bw(0)

0

116250

Bw(1)

0

116250

Bw(2)

0

116250

Bw(3)

0

116250

Bw(4)

0

116250

Bw(5)

74250

42000

Bw(6)

0

42000

Bw(7)

42000

0

Cột Global Pool Reservable cho biết lượng BW có thể cấp cho từng mức ưu tiên.
Có nghĩa là Tunnel1 sẽ được cấp BW là 74,25Mbps mức 5 và Tunnel 0 được cấp 42 Mbps
ở mức 7.
Trường hợp Tunnel 1có yêu cầu tăng băng thông lên 75Mbps thì Tunnel 0 không thể
truyền trên link này. Theo một chu kì thì Router A sẽ cố gắng thiết lập đường mới cho
Tunnel 0.
2.1.3 Lớp tài nguyên (Resource – class)

Lớp tài nguyên của một link là một chuỗi 32 bit. Được dùng kết hợp với thuộc tính
Affinity của trung kế lưu lượng để gom hay loại bỏ một số link nào.
2.1.4 Trọng số quản trị (Administrtive weight)

Một phần của thông tin của mỗi link là cost. Cost trên liên kết có 2 loại là TE cost
và IGP cost. Khi tính toán thiết lập đường trong TE thì TE cost khác với cost trong tình
toán đường đi ngắn nhất trong IGP (IGP SPF). Ngầm định là TE cost bằng với IGP cost.
Và nghiên cứu về kĩ thuật lưu lượng trong MPLS có 3 vấn đề chính là:


Sự phân phối thông tin (Information Distribution): Cách các bộ định tuyến nhận
diện mạng và các tài nguyên nào đã sẵn sàng.




Tính toán và thiết lập đường (Path calculation and setup) : Cách các bộ định
tuyến quyết định tạo đường hầm TE, cách xây dựng và duy trì đường hầm này một cách
chính xác.



Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm ( Forwarding traffic down a tunnel):
Sau khi đường hầm được thiết lập thì nó được sử dụng như thế nào?

2.2 Các dạng thông tin chính được phân phối
Một là thông tin về băng thông sẵn có trên giao tiếp, cho phép một số đường hầm
làm việc trước những đường hầm khác nhờ vào mức ưu tiên. Hai là các cờ thuộc tính trên
giao tiếp. Ba là trọng lượng quản trị trên giao tiếp. Mỗi thông tin này được quảng bá trên
một cơ sở liên kết. nói cách khác một router quảng bá băng thông có sẵn, các cờ thuộc tính
và trọng lượng quản trị trên tất cả các liên kết có liên quan trong MPLS TE … các thông
tin này được phân phối khi:


Khi một kết nối hoạt động hay không (up hoặc down).



Khi tài nguyên dành cho link thay đổi.



Theo thời gian định kì thì Router sẽ kiểm tra thuộc tính tài nguyên.



Khi quá trình thiết lập LSP nhưng thất bại.

2.3 Tính toán và thiết lập đường
2.3.1 Thuật toán CSPF (Constrained Shortest Path First)

Hoạt động của CSPF
Có hai điểm khác biệt đáng quan tâm giữa SPF bình thường do các giao thức định
tuyến thực hiện và CSPF của MPLS TE. Thứ nhất, trong SPF thì tiến trình thiết lập tuyến
không được thiết kế để tìm ra đường đi tốt nhất đến mọi bộ định tuyến mà chỉ đến điểm
cuối đường hầm. Thứ hai, trong CSPF không chỉ quan tâm đến đến một loại cost trên link
như SPF mà còn phải quan tâm đến:


Băng thông.



Các thuộc tính kết nối (link attributes).



Trọng số quản trị (Administrative Weight).



Bốn thuộc tính được thể hiện trong danh sách PATH/TENT{ link, cost, nexthop, available bandwidth}
Thực hiện thuật toán
Bước 1: Một nút tự đưa thông tin của nó vào danh sách PATH/TENT với cost =0,

next hop là chính nó, băng thông =N/A.
Bước 2: Xét nút vừa vào danh sách PATH, và gọi nó là nút PATH. Kiểm tra danh
sách các nút láng giềng của nó. Thêm mỗi láng giềng vào danh sách TENT với một next
hop của nút PATH, trừ khi nút láng giềng đã có trong danh sách TENT hoặc PATH với chi
phí thấp hơn. Không thêm đường đi này vào TENT trừ khi nó được cấu hình ràng buộc cho
đường hầm – băng thông và thuộc tính (affinity). Nếu nút vừa được thêm vào danh sách
TENT đã có trong danh sách nhưng với một chi phí cao hơn hay thấp hơn băng thông tối
thiểu thì thay thế đường đi có chi phí cao hơn bằng đường hiện tại.
Bước 3: Tìm láng giềng trong danh sách TENT với chi phí thấp hơn, thêm láng
giềng đó vào danh sách PATH, và lặp lại bước 2. Nếu TENT rỗng hoặc trên PATH còn nút
ở cuối đường hầm thì dừng.
Minh họa thuật toán CSPF:

Hình 2.2: Mô hình mạng minh họa thuật toán CSPF
Quan sát hình trên ta thấy, Router A muốn tạo một đường hầm TE đến Router D với
băng thông 60Mbps. Mỗi kết nối liệt kê sẵn băng thông và metric của nó. Dễ thấy, đường
đi tốt nhất từ Router A đến Router D là A→B→C→D, với tổng chi phí bằng 12. Nhưng
không thõa băng thông có sẵn bằng 60Mbps. CSPF cần tính lại đường đi gắn nhất với băng
thông có sẵn 60Mbps.


Bước 1: Đặt chính nó vào trong PATH với cost=0, next hop= self, băng thông=
N/A.
PATH

TENT

{A,0,Self,N/A

Empty

)
Bước 2: Đặt các láng giềng của Router A là B và C vào TENT

PATH

TENT

{A,0,Self,N/A

{B,5,B,100)

)
{C,10,C,100
)
Bước 3: Chuyển B từ TENT sang PATH , đặt láng giềng của B là D vào TENT:
PATH

TENT

{A,0,Self,N/A

{C,10,C,100

)

)

{B,5,B,100)

{D,13,B,90)

{C,8,B,50} không vào TENT vì không đủ bw yêu cầu
Bước 4: Chuyển C từ TENT sang PATH
PATH

TENT

{A,0,Self,N/A

{D,13,B,90

)

)

{B,5,B,100)
{C,10,C,100)
{D,14,C,60} không đặt vào TENT vì cost =14>13.
Bước 5: Lấy D khỏi TENT. Lúc này đường đi tốt nhất đến D nằm trong PATH.
Trong thực tế thì việc tính toán phức tạp hơn nhiều. CSPF còn lưu giữ mọi nút trên
đường đi, không chỉ là nút kế tiếp. Nó không những quan tâm vấn đề băng thông mà còn
phải xét các thuộc tính kết nối và phương pháp quyết định khác.

2.3.2 Các phương pháp quyết định trong CSPF (Tiebreakers in CSPF)
Trong SPF thông thường (dùng trong OSPF, IS-IS) có thể tồn tại nhiều đường đi
đến đích có cùng chi phí, nó được gọi là ECMP-Equal-cost MultiPath và rất hữu dụng
trong giao thức định tuyến nội IGP. Tuy nhiên trong CSPF không tính được mọi đường đi
tới đích tốt nhất có thể. Bạn phải tìm ra một đường đến một đích. Khi đặt vào TENT một
nút cùng cost thì phải dùng phương pháp quyết định :
-

Chọn đường có băng thông tối thiểu rộng nhất.

-

Nếu chưa được, chọn đường đi có số hop thấp nhất (số router
trong đường đi).

-

Nếu vẫn chưa thõa, chọn đường đi ngẫu nhiên.
Phần phân phối thông tin cho biết cách sử dụng và cấu hình băng thông, các thuộc

tính của kết nối và trọng số quản trị trong hoàn cảnh làm tràn thông tin. Một đường đi
không được chọn cho đường hầm TE cụ thể nếu nó không cung cấp đủ băng thông yêu
cầu. Nếu các thuộc tính Affinity của đường hầm không phù hợp chuỗi thuộc tính cấu hình
trên link.
Ví dụ về thiết lập đường hầm TE:
Xét quá trình chọn LSP cho tunnel giữa nguồn R1 và đích R4 với yêu cầu trung kế
lưu lượng BW = 40Mbps, bit affinity là 0010, mask =0011 Ta thấy link R2-R5 loại trừ vì
khi and với bit Resource - class # Affinity.

Hình 2.3: Thiết lập Tunnel lưu lượng
Khi tài nguyên đưa vào tính toán thì link R6-R3 cũng bị loại khỏi.Tham số tiếp theo
là so sánh cost của các link trong quá trình tính toán LSP. Có 3 đường R1–R2-R3-R4,R1-


R2-R3-R5-R6-R4,R1-R5-R6-R4,R1-R5-R3-R4. Trong đó loại được 2 đường có cost cao
hơn, chỉ còn lại 2 đường cùng cost thấp hơn là R1-R5-R6-R4,R1-R5-R3-R4. Đến đây ta
thấy BW tối thiểu trên đường R1-R5-R3-R4 lớn hơn nên LSP sẽ thiết lập Path qua đây.
Quá trình kết thúc chọn được LSP là R1-R5-R3-R4.

Hình 2.4: Thiết lập Tunnel lưu lượng
2.3.3 Tái tối ưu Tunnel (Tunnel Reoptimization)

Chuyện gì sẽ xảy ra khi một đường hầm đang hoạt động thì có đường đi khác tốt
hơn xuất hiện. Ta xét mạng sau:

Hình 2.5: Minh họa tái tối ưu trong MPLS

Trong hình trên, tất cả các kết nối bắt đầu với băng thông dành riêng là 100Mbps.
Router A và Router D muốn thiết lập tunnel 60Mbps đến Router H. Kết nối giữa Router
D và H bị đứt. Chúng ta giả định rằng một chuỗi các các sự kiện xảy ra như sau:
- Router D thiết lập đường hầm: D C H
- Router A thiết lập tunnel ABCEFGH.


- Router D giảm lượng BW dành riêng xuống còn 30Mbps bằng cách cấu hình hay
hiệu chỉnh BW tự động.
Ngay tại thời điểm này đường tốt nhất có thể từ A đến H là ABCH. Nhưng
Router A đã thiết lập tunnel đến H rồi. Router A có nên thay đổi tunnel và chọn BCH
không ? Nếu Router D lại lại tăng bw dành riêng lên lần nữa thì sao? Router A phải chờ

bao lâu trước khi chuyển qua tunnel tốt hơn này ?
Khi trạng thái mạng thay đổi (thường là tài nguyên khả dụng thay đổi) thì các trung
kế lưu lượng cũng thay đổi thích ứng theo  quá trình này gọi là Re-optimization. Nếu một
trung kế lưu lượng bị cấm re-optimization thì nó vẫn đi trên đường đã thiết lập, không thể
định tuyến lại mặc dù trạng thái mạng thay đổi.

Điều này có thể được giải thích như sau: Khi một Router tìm thấy có một đường đi
tốt hơn đường hầm đã được thiết lập thì được xem là reoptimization - tái tối ưu. Các yếu
tố tác động đến tái tối ưu là:
- Tính lại định kỳ (periodic reoptimization).
- Tính lại thủ công (manual reoptimization) .
- Tính lại theo hướng sự kiện (event-driven reoptimization).
Khi một tunnel bị down thì không cần đợi bộ định thời reoptimization
(reoptimization timer) kích hoạt trước khi tìm ra đường hầm mới mà việc tính toán sẽ
phải thực hiện ngay lập tức. RSVP có cơ chế ‘make- before-break’ để thực hiện tạo một
đường hầm dành riêng mới mà không làm xáo trộn bất kì sự dành riêng đường hầm nào
đang tồn tại.
2.3.4 Giao thức dành riêng nguồn tài nguyên (PSVP-Resouce Reservation Protocol).

Sau khi một đường được tính toán theo CPSF thì đường này được báo hiệu trong
mạng nhằm thiết lập một chuỗi các nhãn theo từng chặn (hop by hop), và có thể sử dụng
bất kì tài nguyên nào có thể dùng trên link (như băng thông). Việc báo hiệu hoàn thành
bằng RSVP, và mở rộng cho MPLS thì có RSVP-TE.
Công việc của RSVP là báo hiệu và duy trì tài nguyên dành riêng. Trong MPLS
TE, RSVP dự trữ băng thông tại mặt phẳng điều khiển. Có 3 chức năng cơ bản RSVP là :
 Thiết lập và và duy trì đường( Path setup and maintenance).


 Hủy đường (Path Teardown).
 Báo lỗi(Error signaling).

RSVP là một Soft-state Protocol, nghĩa là cần tái báo hiệu trên mạng để làm tươi
định kì cho nó. Với RSVP, một yêu cầu cần bị hủy nếu nó được chỉ định xóa khỏi mạng
bằng RSVP hay hết thời gian dành riêng (Reservation time out).
Một số thông điệp trong RSVP:
LOẠI

MÔ TẢ

Path

Dùng thiết lập và duy trì sự dành riêng

Resv

Gửi hồi đáp cho các thông điệp Path để thiết lập
và duy trì sự dành riêng

PathTear

Tương tự như các thông điệp Path nhưng dùng
để hủy sự dành riêng ra khỏi mạng

ResvTear

Tương tự như các thông điệp Resv nhưng dùng
để hủy sự dành riêng ra khỏi mạng

PathErr

Được gửi bởi phía nhận thông điệp Path báo

rằng phát hiện ra một lỗi xuất hiện trong thông
điệp đó

ResvErr

Được gửi bởi phía nhận thông điệp Resv báo
rằng phát hiện ra một lỗi xuất hiện trong thông
điệp đó

ResvConf

Tùy chọn gửi lại cho phía gửi thông điệp Resv
để báo rằng tài nguyên dành riêng đưa ra đã
được thiết lập

ResvTearConf

Một thông điệp riêng của Cissco tương tự như
ResvConf. Báo rằng sự dành riêng đã bị hủy
khỏi mạng

Hello

Một sự mở rộng được xác định trong RFC 3209
cho phép kết nối cục bộ duy trì giữa 2 láng
giềng RSVP kết nối trực tiếp.

 THIẾT LẬP ĐƯỜNG :

Sau khi đầu đường hầm (tunnel headend) hoàn thành CSPF cho một đường hầm cụ
thể sẽ gửi bản tin Path đến nút kế tiếp dọc theo đường đã tính tới đích. LSR gửi Path gọi là
LSR ngược dòng (upstream Router hay Ru) và LSR nhận thông điệp này gọi là LSR xuôi
dòng (downstream- Router) hay Rd. Sau khi LSR xuôi dòng nhận một thông điệp Path thì
nó kiểm tra định dạng của thông điệp, sau đó kiểm tra lượng băng thông mà thông điệp yêu
cầu cần. Tiến trình này được gọi là điều khiển chấp nhận (admission control). Nếu việc
kiểm tra này thành công và thông điệp Path được phép dành riêng băng thông như yêu cầu,
LSR xuôi dòng tạo một Path mới gửi tới nút kế trong tuyến tường minh định sẵn. Cứ như
thế bản tin Path gửi đi đến được đích cuối trong tuyến gọi là đuôi đường hầm (tunnel tail).
Đuôi đường hầm thực hiện điều khiển chấp nhận trên bản tin Path như các LSR xuôi dòng
khác.Khi nhận ra nó là đích đến của Path thì nó trả lời bằng Resv. Resv đóng vai trò như 1
ACK báo về cho Ru, nó chứa thông báo thõa mãn yêu cầu dành riêng đến cuối đường hầm
và thông tin nhãn đến (incoming label) cho Ru sử dụng để gắn nhãn gửi các gói theo TE
LSP.
 DUY TRÌ ĐƯỜNG:
Thoạt nhìn thì việc duy trì đường giống như việc thiết lập đường. Mỗi 30s đầu
đường hầm gửi Path tới Ru lân cận. Nếu một LSR nếu gửi liên tiếp 4 bản tin Path mà
không thấy Resv, nó nghĩ rằng sự dành riêng bị mất và gửi một thông điệp ngược dòng báo
rằng sự dành riêng đã bị mất. Các thông điệp Path và Resv được gửi độc lập và bất đồng
bộ nhau giữa các Router lân cận. Bản tin Resv dùng như bản tin làm tươi (refresh) một sự
dành riêng đang tồn tại chứ không phải trả lời cho Path.
 HỦY ĐƯỜNG:
Nếu một nút (thường là đầu đường hầm) quyết định một sự dành riêng không cần
thiết trong mạng thì nó gửi một thông điệp PathTear dọc theo đường thông điệp Path đã đi.
Không giống như thông điệp làm tươi, PathTear không cần đến hết đường, chỉ cần nút lân
cận nhận được thì sẽ trả lời bằng ResvTear.
 BÁO LỖI
Thỉnh thoảng, tín hiệu RSVP có thể bị lỗi. Và lỗi này được báo hiệu bằng thông
điệp PathErr hay ResvErr. Thông điệp lỗi được gửi ngược về phía nguồn của lỗi. PathErr
được gửi từ một nút xuôi dòng và ResvErr gửi từ một nút ngược dòng.

Các gói PSVP
Định dạng gói RSVP khá đơn giản. Mỗi bản tin gồm header chung và kèm theo một
hoặc nhiều đối tượng .
0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 123456701234
5 6 7
Version

Flag

Message

RSVP checksum

(4bit)

(4bit

type

(16 bit)

)

(8bit)

Send TTL

Reserved

RSVP length

(8bit)

(8bit)

(16bit)

Các trường trong tiêu đề chung RSVP:
Trường

Mô tả

Version

Phiên bản của giao thức RSVP

Flags

Chưa có cờ nào được định nghĩa
1=Path message
2=Resv message
3=PathErr message
4=ResvErr message

Message type

5=PathTear message
6=ResvTear message

7=ResvConf message
10= ResvTearConf message
20=Hello message

RSVP

Kiểm tra lỗi của thông điệp PSVP

Checksum
Send TTL

Giá trị TTL trên gói IP

Reserved

Không sử dụng


RSVP Length

Chiều dài của thông điệp RSVP tính bằng byte
bao gồm cả tiêu đề chung, tối thiểu là 8 byte

Định dạng lớp đối tượng:
012345670123456701234567 01234567
Object length

Class-

C-Type

(16bit)

num

(16 bit)

(8bit)
Object content
(variable length)

Các trường trong định dạng đối tượng RSVP cơ bản:
Trường

Mô tả
Kích thước của đối tượng RSVP, gồm cả tiêu

Object length

đề đối tượng, tối thiểu 4 byte. Nó phải là bội
số của 4.

Class-num
C-type
Object content

Lớp của đối tượng
Loại lớp của đối tượng, là số duy nhất trong
lớp
Nội dung đối tượng

HOẠT ĐỘNG CỦA RSVP:
“Make- Before- Break” là một cơ chế RSVP-TE cho phép thay đổi một số đặc tính của đường
hầm TE (như tên,băng thông và đường đi) mà không làm mất dữ liệu, đặc biệt không cần
double-booking băng thông.


Hình 2.6: Mô hình minh họa hoạt động RSVP
Băng thông được chỉ định trước khi bất kì băng thông nào được dành riêng từ mạng.
Nếu R1 truyền data yêu cầu 35Mbps, nó chọn đi từ R1-R2-R5. Còn BW sẵn có 10Mbps
trên R1-R2 và 65Mbps trên R2-R5. Điều gì xảy ra nếu R1 muốn tăng BW lên 80Mbps?
BW phải chọn đường dưới R1-R3-R4-R5.Trong đường này thì còn 20Mbps BW trên mỗi
kết nối. Trong khoảng thời gian ngắn thì R1 dành riêng BW cho cả 2 đường, BW tổng
cộng dành riêng 115Mbps. Vì thế sự dành riêng 35Mbps sớm được giải phóng khi sự dành
riêng 80Mbps tạo ra. Nguyên tắc “make-before-break” làm cho đầu đường hầm chưa giải
phóng sự dành riêng cũ đến khi có sự dành riêng mới thay thế giúp giảm tối thiểu mất data.
Kiểu dành riêng chia sẻ tường minh (Share Explicit Reservation Style):

Hình 2.7: Minh họa chia sẻ tường minh
Tương tự như trên thì R1 cố gắng dành riêng 80Mbps theo R1-R3-R4-R2-R5 nhưng
không được vì hiện tại băng thông có sẵn trên R2 –R5 chỉ có 65 Mbps. R1 có thể hủy R1R2-R5 và sau đó xây dựng R1-R3-R4-R2-R5. Nhưng không nên thực hiện như vậy, có