Tweet
CHƯƠNG II: ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU TRONG MPLS
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH LỊCHLink bài trước: http://vnpro.org/forum/showthread.ph...eo-chương-I)
2.1 Định tuyến trong MPLS
2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constraint-based Routing)
Định tuyến ràng buộc là một phương tiện để thực hiện xử lý tự động hoá kỹ thuật lưu lượng, khắc phục được các hạn chế của định tuyến theo đích. Nó xác định các route không chỉ dựa trên topo mạng mà còn sử dụng các metric đặc thù khác như băng thông, trễ, cost và biến động trễ. Giải thuật chọn đường có khả năng tối ưu hóa theo một hoặc nhiều metric này, thông thường người ta dùng metric dựa trên số hop và băng thông. Chọn đường ngắn nhất trong số tất cả các đường có băng thông khả dụng thoả mãn yêu cầu. Vấn đề về định tuyến ràng buộc hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng trong MPLS sẽ được trình bày chi tiết ở chương 3.
2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing)
Định tuyến tường minh là tập con của định tuyến ràng buộc, trong đó sự ràng buộc là đối tượng tường minh. Tuyến tường minh ER là một danh sách các nút trừu tượng mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua. Nút trừu tượng có thể là một nút hoặc một nhóm nút. Nếu ER chỉ quy định một nhóm trong số các nút mà CR-LSP đi qua thì nó được gọi là tuyến tường minh thả lỏng (loose ER). Ngược lại, nếu ER quy định toàn bộ các nút trên CR-LSP thì được gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER). CR-LSP được mã hoá như là một chuỗi các ER-HOP (chặng tường minh) chứa trong một cấu trúc ràng buộc TLV. Mỗi ER-HOP có thể xác định một nhóm các nút. CR-LSP khi đó bao gồm tất cả các nhóm nút đã được xác định theo thứ tự xuất hiện trong cấu trúc TLV.
2.2 Các giao thức báo hiệu MPLS
Báo hiệu là cách mà các router trao đổi các thông tin thích hợp. Trong một mạng MPLS, loại thông tin được trao đổi giữa các router phụ thuộc vào giao thức báo hiệu được sử dụng. Tại mức cơ sở, các nhãn phải được phân phối tới tất cả các router cho phép MPLS, các router này chuyển tiếp dữ liệu cho một FEC và các LSP được tạo. Kiến trúc MPLS không đảm nhận bất kỳ giao thức báo hiệu đơn lẻ nào và cho đến lúc này có 4 phương pháp riêng biệt cho việc phân phối nhãn.
- Giao thức phân phối nhãn (label distribution protocol – LDP)
- Giao thức dự trữ tài nguyên mở rộng cho MPLS (Resource Reservation Protocol Extension for MPLS – RSVP – TE)
- Định tuyến ràng buộc với LDP (Constrained Routing with LDP – CR – LDP)
Phân phối nhãn với BGP – 4 ( Distributing Labels with BGP-4)
2.2.1 Giao thức phân phối nhãn – LDP (Label Distribution Protocol)
Trong mạng MPLS các router chuyển tiếp gói dữ liệu dựa vào nhãn, nhãn được sinh ra và được hoán đổi giữa các router nhờ giao thức phân phối nhãn LDP (port 646) mà trước đó là TDP (port 711).
Quy trình phân phối nhãn gồm 4 bước :
- Chỉ định nhãn trên từng router
- Thiết lập phiên LDP
- Phân phối nhãn
- Duy trì nhãn
Quá trình hoạt động của MPLS đòi hỏi giữa các router kế cận phải thiết lập các phiên trao đổi nhãn, nhờ đó cấu trúc điều khiển và chuyển tiếp của MPLS, cụ thể là thông tin trong FIB, LIB, LFIB được tạo ra. Khi đó các router đã sẵn sàng chuyển tiếp dữ liệu dựa vào các giá trị nhãn.
Bước 1) Chỉ định nhãn
Nhãn được gán cho một mạng IP có thể đến được, sau đó được dán vào packet chuyển tới mạng đó. Các router thông qua giao thức phân phối nhãn được thiết lập giữa các router kế cận sẽ học được các nhãn được chỉ định tới mạng đích. Nhãn có thể được chỉ định trên từng router hay trên từng interface của router.
Bước 2) Thiết lập phiên LDP
Sau khi chỉ định nhãn, các nhãn sẽ được phân phối giữa các router kế cận nhau theo giao thức phân phối nhãn là TDP hay LDP, theo mặc định hiện nay, LDP được chọn làm giao thức phân phối nhãn. TDP sử dụng TCP port 711, còn LDP sử dụng TCP port 646 để thiết lập phiên phân phối nhãn. Trong môi trường thương mại (multivendor) với nhiều nhà cung cấp thiết bị như Cisco, Juniper … một router có thể chạy cùng lúc cả LDP lẫn TDP.
Có 4 loại thông điệp LDP:
- Discovery message : tương tự thông điệp hello trong một số giao thức định tuyến, discovery message giúp cho các LSR router nhận biết sự có mặt của nhau và duy trì sự hiện diện đó.
- Session message : thiết lập, duy trì, kết thúc phiên làm việc giữa các LSR router.
- Advertisement message : quảng bá các nhãn.
- Notification message : báo lỗi.
Tất cả các thông điệp LDP đều theo cùng một định dạng với các trường type, length, value. Các router với router ID cao hơn (tức là router có interface mang địa chỉ cao nhất, thường là interface loopback) sẽ mở kết nối tới port 646 trên router kế cận.
Hình dưới đây mô tả việc thiết lập và duy trì phiên LDP.
Hình 2.1 : Thiết lập phiên LDP giữa các Neighbor
- Phiên LDP được thiết lập khi các LSR gởi các gói hello định kì (sử dụng UDP multicast với địa chỉ 224.0.0.2) trên các interface đã kích hoạt chức năng MPLS. Các LSR với các interface được nối trực tiếp sẽ thiết lập phiên với nhau. LSR với router ID cao hơn là active LSR, active LSR sẽ yêu cầu mở phiên kết nối trên port 646 với passive LSR (LSR với router ID thấp hơn).
- Active LSR sau đó gửi thông điệp khởi tạo (initialization message) đến passive LSR. Thông điệp khởi tạo bao gồm thời gian duy trì phiên (session keepalive time), phương pháp phân phối nhãn, độ dài PDU tối đa, và ID của router nhận.
- Passive LSR hồi đáp lại thông điệp khởi tạo nếu các thông số được chấp nhận. Nếu không sẽ gửi trả về thông điệp báo lỗi.
- Passive LSR gửi keepalive message sau khi đã gửi intialization message.
- Active LSR gởi keepalive message cho passive LSR. Quá trình thiết lập phiên hoàn tất, tại thời điễm này các router thực hiện việc trao đổi nhãn.
Bước 3) Phân phối nhãn
Trong mạng MPLS sử dụng LDP làm giao thức phân phối, nhãn chỉ định cho mạng đích đã được tìm thấy trong cơ sở thông tin chuyển tiếp (FIB) sẽ được phân phối đến cho router ngược dòng sau khi phiên LDP được thiết lập. Router gửi nhãn cục bộ của mình và nhận nhãn từ router kế cận xuôi dòng. Các thông tin này sau đó sẽ được lưu trong cơ sở thông tin nhãn và cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn.
Phân phối nhãn trong MPLS có các phương thức sau :
- Yêu cầu xuôi dòng – Downtream on demand : khi LSR có một yêu cầu rõ ràng đến router xuôi dòng kế cận về nhãn đã được ánh xạ tới địa chỉ đích.
- Tự nguyện xuôi dòng – Unsolicited downstream : sự phân phối vẫn xảy ra khi LSR ngược dòng không có một yêu cầu rõ ràng nào về việc phân phối nhãn đối với router kế cận. Khi đó ta có phân phối tự nguyện xuôi dòng.
Hình 2.2: Phân phối nhãn xuôi dòng và ngược dòng
Trong tiến trình phân phối tự nguyện xuống dòng, R1 không chờ yêu cầu mà tự gửi nhãn ánh xạ cho mạng 172.16.10.0 tới LSR ngược dòng R2.
Tùy thuộc vào từng loại router mà sẽ sử dụng phân phối nhãn yêu cầu xuôi dòng hay tự nguyện xuống dòng.
Bước 4) Duy trì nhãn
Khi đã thiết lập phiên và thực hiện phân phối nhãn các router sẽ tiến hành duy trì nhãn. Duy trì nhãn cũng gồm có hai phương pháp :
- Phương pháp duy trì nhãn tự do – Liberal Label Retention mode : phương pháp này vẫn duy trì thông tin ánh xạ giữa nhãn và mạng đích còn gọi là binding. Khi binding được nhận từ các LSR xuôi dòng mà các LSR đó không phải chặng kế tiếp để tới đích.
- Phương pháp duy trì nhãn bảo thủ - Conservative Label Retention mode : ở phương pháp này, router sẽ bỏ binding nhận được từ LSR xuôi dòng nếu LSR đó không phải là router kế tiếp để tới đích.
Với chế độ duy trì nhãn tự do, LSR có thể chuyển tiếp packet ngay lập tức sau khi giao thức định tuyến nội vừa hội tụ, vì vậy router phải duy trì một số lượng lớn nhãn cho mạng đích nên sẽ tốn nhiều bộ nhớ.
Với router có hỗ trợ chế độ duy trì nhãn bảo thủ, các nhãn đã được xác nhận về mạng đích, nên router tốn ít bộ nhớ hơn so với chế độ duy trì nhãn tự do.
2.2.2 Giao thức CR-LDP (Contrain – base Routing LDP)
CR-LDP là mở rộng của LDP để hỗ trợ việc định tuyến các LSP trên cơ sở ràng buộc. Thuật ngữ ràng buộc ngụ ý rằng trong một mạng và với mỗi tập các node, ở đó tồn tại một tập các ràng buộc mà phải thỏa mãn đối với link hoặc các link giữa hai node được chọn cho một LDP. Một ví dụ ràng buộc là để tìm một đường dẫn mà cần một lượng băng thông riêng biệt. Ví dụ khác của một ràng buộc là một đường dẫn mà sử dụng các link được đảm bảo.
Các router chuyển mạch nhãn (LSR) sử dụng CR-LDP để trao đổi thông tin ánh xạ nhãn và FEC, được gọi là các ngang hàng LDP, chúng trao đổi thông tin này bằng cách tạo một phiên LDP.
2.2.3 Giao thức RSVP
Giao thức báo hiệu RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò rất quan trọng trong MPLS. RSVP là giao thức cho phép các ứng dụng thông báo các yêu cầu về QoS với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng những thông báo thành công hoặc thất bại. RSVP phải mang các thông tin sau:
- Thông tin phân loại, nhờ nó mà các luồng lưu lượng với các yêu cầu QoS cụ thể có thể được nhận biết trong mạng. Thông tin này bao gồm địa chỉ IP phía giử và phía nhận, số cổng UDP.
- Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS, theo khuôn dạng Tspec và Rspec, bao gồm các dịch vụ yêu cầu (có bảo dảm hoặc tải điều khiển)
RSVP mang thông tin trong hai loại bản tin cơ bản là: PATH và RESV. Các bản tin PATH truyền tù bộ gửi tới tới một hoặc nhiều bộ phận có chứa Tspec và các thông tin phân loại do bộ giử cung cấp. Một lý do cho phép có nhiều bộ nhận là RSVP được thiết kế để hỗ trợ multicast. Một bản tin PATH bao giờ cũng được gửi tới một địa chỉ được gọi là địa chỉ phiên, nó có thể là địa chỉ unicast hoặc multicast. Chúng ta thường xem phiên đại diện cho một ứng dụng đơn, nó được xác nhận bằng một địa chỉ đích và số cổng đích sử dụng riêng cho ứng dụng. Tuy nhiên một phiên làm việc có thể được nhìn nhận như nhiều ứng dụng chạy trên đó.
Hình 2.3: Thủ tục báo hiệu trong RSVP
BGP là một giao thức định tuyến dạng path-vector nên việc chọn lựa đường đi tốt nhất thông thường dựa trên một tập hợp các thuộc tính được gọi là ATTRIBUTE. Do sử dụng metric khá phức tạp, BGP được xem là một giao thức khá phức tạp. Nhiệm vụ của BGP là đảm bảo thông tin liên lạc giữa các AS, trao đổi thông tin định tuyến giữa các AS, cung cấp thông tin về trạm kế cho mỗi đích đến. BGP sử dụng giao thức TCP cổng 179. Như các chương trước đã đề cập, các giao thức nhóm distance vector thường quảng bá thông tin hiện có đến các router láng giềng, còn path vector chỉ ra chính xác danh sách toàn bộ đường dẫn đến đích. Ngoài ra các giao thức định tuyến hoạt động dùng path vector giúp việc xác định vòng lặp trên mạng rất tốt bằng cách xem xét các con đường mà các router khác gởi về xem có chính bản thân AS trong đó hay không, nếu có sẽ biết được ngay là lặp, và sẽ loại bỏ.
BGP hỗ trợ cho các địa chỉ CIDR (Classless Interdomain Routing). BGP cho phép dùng xác thực và BGP có các cơ chế keepalive định kỳ nhằm duy trì quan hệ giữa các BGP peers.
Trong giai đoạn ban đầu của của phiên thiết lập quan hệ BGP, toàn bộ các thông tin routing-update sẽ được gửi. Sau đó, BGP sẽ chuyển sang cơ chế dùng trigger-update. Bất kỳ một thay đổi nào trong hệ thống mạng cũng sẽ là nguyên nhân gây ra trigger-update.
Một trong các đặc điểm khác biệt nhất của BGP là trong các routing-update của nó. Khi ta xem xét các BGP update, ta sẽ nhận thấy các routing update này là khá chính xác. BGP không quan tâm đến việc giao tiếp để có đầy đủ kiến thức của tất cả các subnet bên trong một công ty mà BGP quan tâm đến việc chuyển tải đầy đủ thông tin để tìm một AS khác. Các BGP update thực hiện quá trình summarization đến một mức tối đa bằng cách cho phép một số AS, cho phép một số prefix và một vài thông tin định tuyến. Tuy nhiên, một phần nhỏ của BGP update là khá quan trọng. BGP đảm bảo rằng lớp transport đã truyền các update và các cơ sở dữ liệu về đường đi đã được đồng bộ. BGP có thể được hiện thực bao gồm giữa các AS khác nhau hay trong cùng 1 AS. Khi dùng BGP để kết nối các AS khác nhau, BGP được gọi là eBGP. Giao thức này cũng có thể được dùng để mang thông tin giữa các router eBGP trong một AS. Khi đó BGP được gọi là iBGP.