công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, chương 1

Ch-ơng 1:
T
ổNG quaN Về Công nghệ chuyển mạch nhãn
đa giao thức MPLS
1.1. Khái niệm cơ bản về chuyển mạch nhãn

Khái niệm chuyển mạch nhãn t-ơng đối đơn giản. Để hình dung
vấn đề này chúng ta xem xét một quá trình chuyển th- điện tử từ hệ
thống máy tính gửi đến hệ thống máy tính nhận. Trong mạng
internet truyền thống (không sử dụng chuyển mạch nhãn) quá trình
chuyển th- điện tử giống hệt quá trình chuyển th- thông th-ờng.
Các địa chỉ đích đ-ợc truyền qua các thực thể trễ (các bộ định
tuyến). Địa chỉ đích sẽ là yếu tố để xác định con đ-ờng mà gói tin
chuyển qua các bộ định tuyến. Trong chuyển mạch nhãn, thay vì sử
dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến, một nhãn đ-ợc gán
với gói tin và đ-ợc dặt trong tiêu đề gói tin với mục đích thay thế
cho địa chỉ và nhãn đ-ợc sử dụng để chuyển l-u l-ợng các gói tin
tới đích.
Mục tiêu của chuyển mạch nhãn đ-a ra nhằm cải thiện hiệu năng
chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các
chức năng gán và phân phối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến
lớp mạng khác nhau. Thêm vào đó là l-ợc đồ phân phối nhãn hoàn
toàn độc lập với quá trình chuyển mạch.
Tr-ớc hết ta xem xét một số lí do cơ bản hiện nay đang đ-ợc
quan tâm với công nghệ mạng nói chung và chuyển mạch nhãn: tốc
độ và độ trễ, khả năng của hệ thống, tính đơn giản, tài nguyên
mạng, điều khiển định tuyến.
Tốc độ và độ trễ
Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất
chậm trong quá trình xử lí tải l-u l-ợng lớn trong internet và
intranet, trễ chủ yếu trong quá trình này là quá trình xử lí định

tuyến để tìm ra thích hợp cho các gói tin đầu vào. Mặc dù đã có
nhiều cải thiện trong việc tìm kiếm bảng định tuyến nh- kĩ thuật
tìm kiếm nhanh trong bảng định tuyến, nh-ng tải l-u l-ợng trong
bảng định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lí, và kết quả có thể mất
l-u l-ợng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toàn mạng (mạng
IP). Chuyển mạch nhãn đ-a ra cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp
gói tin IP thông th-ờng, sẽ cung cấp giải pháp có hiệu quả để giải
quyết vấn đề trên. Chuyển mạch nhãn thực hiện quá trình gán nhãn
cho gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vào bảng chuyển
tiếp tại bộ định tuyến nh- một chỉ số của bảng. Quá trình truy nhập
này chỉ yêu cầu duy nhất cho một lần truy nhập tới bảng thay vì
hàng ngàn quá trình tìm kiếm đ-ợc thực hiện trong bảng định tuyến
truyền thống. Kết quả là các hoạt động này hiệu quả hơn và vì vậy
l-u l-ợng ng-òi sử dụng trong gói tin đ-ợc gửi qua mạng nhanh
hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao
thông tin giữa các ng-ời sử dụng.
Mạng máy tính luôn tồn tại các hiệu ứng trễ, khi các gói tin
chuyển qua rất nhiều nút và nhiều chặng khác nhau để tới đích nó
tạo ra các hiệu ứng trễ và biến động trễ. Sự tích trữ trên các cung
đoạn sẽ tạo ra trễ tổng thể giữa các đầu cuối. Tại mỗi nút mạng địa
chỉ đích trong gói tin đ-ợc xác minh và so sánh với các địa chỉ đích
có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến để tìm ra đ-ờng ra.
Các gói tin chuyển qua các nút mạng tạo ra trễ và biến động trễ
khác nhau, tuỳ thuộc vào khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng
nh- l-u l-ợng của luồng tin sẽ ảnh h-ởng trực tiếp đến trễ của
ng-ời dùng đầu cuối. Một lần nữa, cơ chế hoạt động của chuyển
mạch nhãn với khả năng chuyển tiếp gói tin nhanh là giải pháp để
giải quyết vấn đề này.
Khả năng của hệ thống
Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn

và tăng quá trình xử lý l-u l-ợng ng-ời dùng trên mạng internet là
vấn đề rất quan trọng. Nh-ng các dịch vụ tốc độ cao không phải là
tất cả những gì mà chuyển mạch nhãn cung cấp. Chuyển mạch
nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp
ứng các nhu cầu của ng-ời dùng internet. Thay vì hàng loạt các địa
chỉ IP (tăng lên rất nhanh từng ngày) mà bộ định tuyến cần phải xử
lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một
hoặc vài nhãn. tiếp cận này làm giảm kích th-ớc bảng địa chỉ và
cho phép bộ dịnh tuyến hỗ trợ nhiều ng-ời sử dụng hơn.
Tính đơn giản
Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản
trong các giao thức chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao
thức), và nguyên tắc rất đơn giản:
chuyển tiếp gói tin dựa trên
nhãn của nó.
Tuy nhiên, cần có kỹ thuật điều khiển cho quá
trình liên kết nhãn và đảm bảo tính t-ơng quan giữa các nhãn với
luồng l-u l-ợng ng-ời sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức
tạp nh-ng chúng không ảnh h-ởng đến hiệu suất của dòng l-u
l-ợng ng-ời dùng. Sau khi đã gán nhãn vào dòng l-u l-ợng ng-ời
dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể nhúng trong phần
mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt (ASIC) hoặc trong bộ xử lý
đặc biệt.
Tài nguyên sử dụng
Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không chiếm dùng
tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập đ-ờng chuyển mạch nhãn
cho l-u l-ợng ng-ời sử dụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế
các đ-ờng chuyển mạch nhãn.
Điều khiển định tuyến
Định tuyến trong mạng Internet đ-ợc thực hiện với các địa

chỉ IP (trong mạng LAN là các địa chỉ MAC). Tất nhiên, có rất
nhiều thông tin đ-ợc lấy ra từ gói IP để thực hiện quá trình định
tuyến này, ví dụ nh-: Tr-ờng kiểu dịch vụ IP (TOS), chỉ số
cổng...là một phần quyết định của chuyển tiếp gói tin. Nh-ng định
tuyến theo đích là ph-ơng pháp thông th-ờng nhất hiện đang đ-ợc
sử dụng.
Định tuyến theo địa chỉ đích không phải là ph-ơng pháp luôn
đem lại hiệu quả. Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng nh- sự khác
nhau về kiến trúc mạng sẽ là trở ngại trên mặt bằng điều khiển
chuyển tiếp gói tin đối với ph-ơng pháp này. Một vấn đề đặt ra nữa
là các nhà cung cấp thiết bị (bộ định tuyến, cầu). Triển khai
ph-ơng pháp định tuyến dựa theo địa chỉ đích theo cách riêng của
họ: một số thiết bị cho phép nhà quản trị mạng chia sẻ l-u l-ợng,
trong khi một số khác sử dụng các tr-ờng chức năng TOS, chỉ số
cổng...
Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến
đầu ra t-ờng minh theo nhãn, nh- vậy cơ chế này cho cung cấp một
ph-ơng thức truyền tải l-u l-ợng qua các nút và liên kết phù hợp
với l-u l-ợng truyền tải, cũng nh- là đặt ra các lớp l-u l-ợng bao
gồm các dịch vụ khác nhau (dựa trên yêu cầu QOS) trên đó.
Chuyển mạch nhãn là giải pháp tốt để h-ớng l-u l-ợng qua một
đ-ờng dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao
thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích.
Định tuyến dựa trên IP (PRB) th-ờng gắn với các giao thức
chuyển mạch nhãn, nh- FR, ATM hoặc MPLS. Ph-ơng pháp này
sử dụng các tr-ờng chức năng trong tiêu đề gói tin IP nh-: tr-ờng
TOS, chỉ số cổng, nhận dạng giao thức IP hoặc kích th-ớc của gói
tin. Các tr-ờng chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ
thành các kiểu l-u l-ợng và th-ờng đ-ợc thực hiện tại nút đầu vào
mạng(thiết bị gờ mạng).

Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bít tại thiết
bị gờ để quyết định xử lý luồng l-u l-ợng đến, quá trình xử lý này
có thể sử dụng các kiểu hàng đợi khác nhau và các ph-ơng pháp
xếp hàng khác nhau. Định tuyến dựa trên IP cũng cho phép nhà
quản lý mạng thực hiện ph-ơng pháp định tuyến ràng buộc. Các
chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:
- Đặt các giá trị -u tiên vào trong tiêu đề gói tin IP.
- Thiết lập b-ớc kế tiếp cho gói tin IP.
- Thiết lập giao diện ra cho gói tin.
- Thiết lập b-ớc kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại h-ớng
trong bảng định tuyến.
Chuyển mạch nhãn khác với ph-ơng pháp chuyển mạch khác
ở chỗ nó là kĩ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu
topo. Mặt khác sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ xác định
quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đ-ờng dẫn
chuyển mạch h-ớng tới đích. Nó cũng khái quát cơ cấu chuyển tiếp
và trao đổi nhãn, ph-ơng pháp này không chỉ thích hợp với các
mạng lớn nh- ATM, chuyển mạch khung, PPP, và nó có thể thích
hợp với bất kì ph-ơng pháp đóng gói nào.