Phát Hiện Và Chẩn Đoán Các Lỗi Của Mặt Phẳng Dữ Liệu Và Điều Khiển

Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để mở rộng độ sâu stack nhãn. Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp lại. Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn hiện hành trên đỉnh stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI.

1.5 CHỨC NĂNG MPLS

1.5.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)

Hình dưới minh họa mặt phẳng điều khiển và chuyển tiếp của LSR và LER. Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếp với các LSR, LER khác họăc các router IP thông thường bằng các giao thức định tuyyến IP. Kết quả là một cơ sở thông tin định tuyến RIB (Routing Information Base) được tạo lập gồm các thông tin miêu tả các route khả thi để tìm các prefix địa chỉ IP. LER sẽ sử dụng các thông tin này để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Fơrwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp.

Hình 1.8 : Cấu trúc của LER và transit LSR

Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS dùng để giao tiếp với các LSR khác bằng một giao thức phân phối nhãn. Kết quả là một cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan đến các gán kết nhãn đã được thương lượng với các router MPLS khác. Thành phần báo hiệu MPLS nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng

chuyển tiếp. Một LER có thể chuyển tiếp các gói IP, gắn nhẵn vào gói (Label Push), hoặc gỡ nhãn ra khỏi gói (Label pop) trong khi đó một transit – LSR chỉ có khả năng chuyển tiếp gói có nhãn thêm hoặc bỏ bớt nhãn.

1.5.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu)

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của người dùng. Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ vào giá trị của nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 81 trang tài liệu này.

1.5.2.1. Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB

Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được sác lập bằng cách thực hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để sác định hop kế tiếp và giao diện ra. Trong mạng MPLS mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB. Bảng LFIB có hai loại entry là ILM và FTN (FEC to NHLFE).

NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) là subentry chứa các trường như địa chỉ hop kế, các tác vụ stack nhãn, giao diện ra và thông tin header lớp 2, ILM ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE. Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn ra một entry ILM cụ thể nhằm sác định NHLFE. Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một hoặc nhiều NHLFE. Nhờ các entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có nhãn FTN, ILM và NHLFE

Hình 1.9 : NHLFE

Như vậy khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, ingress- LER sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có

nhãn. Sau đó tại các transit-LSR sử dụng một entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vào bằng nhãn ra. Cuối cùng, tại egress-LER sử dụng một entry LFIB loại ILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói không có nhãn đến router kế tiếp

1.5.2.2. Thuật toán chuyển tiếp nhãn

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến là chỉ mục để tra bảng LFIB. Khi tìm thấy entry tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn trong gói bằng nhãn ra và gởi gói đi qua giao diện ra để đến hop kế được đặc tả trong subentry NHLFE. Nếu subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàng đợi đã chỉ định. Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giao diện nõ sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói tin.

Hình 1.10 : Quá trình chuyển tiếp một gói đên next hop

Nút MPLS có thể lấy định vị được các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong LFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip ASIC.

1.5.2.3. NHLFE (Next Hop Label Fơrwarding Entry)

NHLFE là lối vào phụ của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông tin sau:

- Hop kế của gói

- Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:

- Swap : thay nhãn ở đỉnh stack nhãn bằng một nhãn mới được chỉ định

- Pop : bóc một nhãn ra khỏi stack.

- Pusch: chồng thêm một nhãn vào trong stack nhãn.

Một ví dụ NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:

- Đóng gói lớp datalink để sủ dụng khi truyền gói

- Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

- Bất kì các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác.

1.5.3 Mặt phẳng điều khiển

Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối cac thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB. Một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoạt động kết hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB để phân phối các nhãn. Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp cho phép cài đặt một giao thức điều khiển MPLS trên một ATM switch.

Có vấn đề đặt ra là : Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi router IP cổ điển chỉ cần định tuyến IP. Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS kêt hợp với một giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyến ràng buộc của đường chuyển mạch nhãn MPLS.

1.6 CHUYỂN TIẾP MPLS

1.6.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp

FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong header IP được dùng bởi FIB. Một FEC được dùng thường dựa theo luật “longest prefix match” trên địa chỉ IP đích. Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16bit đầu có dạng “a.b.*.*” đựoc biểu diễn là a.b/16” cho entry FEC đầu tiên trong bảng FIB. FEC còn có thể căn cứ bổ sung theo các trường khác trong header IP như ToS hay Diffserv, FIB sử dụng FEC để xác định ra giao tiếp đi đến hop kế cho các gói tin IP, cách thực hiện giống các router cổ điển.

Hình 1.11: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS

Với các ví dụ về hoạt động LFIB ở hình trên, phần ILM của LFIB thao tác trên một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào tới một tập các entry NHLFE. ILM được thể hiện trong hình bởi các cột IN-IF và IN-LBL, nhưng cũng có thể là một bảng riêng rẽ cho một giao tiếp. FTN (FEC to NHLFE) của FIB ánh xạ một FEC tới một tập hợp gồm môt hoặc nhiều NHLFE. Như ví dụ trong hình, nhãn A được đẩy lên các gói IP thưộc FEC “d.e/16”. Lưu ý ILM hoặc FTN có thể ánh xạ tới nhiều NHLFE, chẳng hạn để dùng trong cân bằng tải.

1.6.2 Gỡ nhãn ở hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping)

Một tối ưu hóa quan trọng mà MPLS hỗ trợ là tránh việc tra cứu nhãn (label lookup) phải xứ lý o ử egress-LER trong trường hợp một gói đi trên một LSP mà yêu cầu tra cứu IP (IP lookup) tiếp ngay sau đó. Trong hình 2.11 một gói đến có nhãn A được gỡ nhãn và chuyển sang FIB để tra cứu tiếp trên header IP. Để tránh việc xử lý phát sinh thêm này, MPLS định nghĩa một tiến trình gọi là gỡ nhãn ở hop áp cuối PHP, trong đó router áp cuối trên LSP sẽ gỡ nhãn thay vì egress-LER phải làm việc này. Nhờ vậy cắt giảm được việc xử lý ở router cuối cùng trên LSP.

1.7 ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA MPLS

1.7.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp

MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố định nên quyết

định chuyển tiếp có thể sác định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục trong LFIB. Cơ chế này đơn giản và nhanh hơn nhiều so với giải thuật “longest prefix match” dùng trong chuyển tiếp gói datagram thông thường.

1.7.2 Kỹ thuật lưu lượng

Ưu điểm lớn nhất của MPLS là khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng (TE- Traffic Engineering), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng theo một cách thức tin cậy và hiệu quả nhất. Kỹ thuật lưu lượng cho phép các ISP định tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách hàng ở khía cạnh thông lượng và độ trễ. MPLS – TE cho phép lưu lượng được phân bố hợp lý qua toàn bộ hạ tầng mạng. Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng.

1.7.3 Định tuyến QoS từ nguồn

Định tuyến QoS từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR được xác định trước ở nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một thông tin về độ khả dụng tài nguyên trong mạng cũng như yêu cầu QoS của luồng lưu lượng. Nói cách khác, nó là một giao thức định tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn dường để bao gồm các tham số như băng thông khả dụng, việc sử dụng link và đường dẫn end to end, độ chiếm dụng tài nguyên của nút, độ trễ và biến động trễ.

1.7.4 Mạng riêng ảo VPN

VPN là cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng giống như thuê kênh riêng nhưng với chi phí thấp hơn bằng cách sử dụng mạng hạ tầng công cộng dùng chung. Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết để hỗ trợ VPN bằng cách thiết lập các đường hầm LSP sử dụng định tuyến tường minh. Do đó, MPLS sử dụng các đường hầm LSP cho phép nhà khai thác cung cấp dịch vụ VPN théo cách tích hợp trên cùng hạ tầng mà họ cung cấp dịch vụ Internet. Hơn nữa, cơ chế xếp chồng nhãn cho phép cấu hình nhiều VPN lồng nhau trên cùng hạ tầng mạng.

1.7.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hiearchical Forwarding)

Thay đổi đáng kể nhất được MPLS đưa ra không phải ở kiến trúc định tuyến mà là kiến trúc chuyển tiếp. Sự cải tiến trong kiến trúc chuyển tiếp có tác động đáng kể đến khả năng cung cấp chuyển tiếp phân cấp. Chuyển tiếp phân cấp cho phép lông một LSP vào trong một LSP khác (xếp chồng nhãn hay còn gọi là điều khiển gói đa cấp). Thực ra chuyển tiếp phân cấp không phải là kĩ thuật mới; ATM đã cung cấp cơ chế chuyển tiếp 2 mức với khái niệm đường ảo (VP) và kênh ảo (VC). Tuy nhiên MPLS

cho phép các LSP được lồng nhau một cách tùy ý, cung cấp điều khiển gói đa cấp cho việc chuyển tiếp.

1.7.6 Khả năng mở rộng Scalability

Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt tòan diện hơn giữa định tuyến liên miền (inter domain) và định tuyến nội miền (intra domain) điều này cải thiện đáng kể khả năng mở rộng của các tiến trình định tuyến. Hơn nữa khả năng mở rông của MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng) và xếp chồng nhãn để hợp nhất (merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP. Ngoài ra nhiều LSP liên kết với các FEC khác nhau có thể được trộn vào cùng một LSP. Sử dụng các LSP lồnhg nhau cũng cải thiện khả năng mở rộng của MPLS.

CHƯƠNG II:

GIAO THỨC PHÁT HIỆN VÀ SỮA LỖI TRONG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

2.1 GIỚI THIỆU

Chúng ta có thể sử dụng vận hành và bảo dưỡng MPLS (MPLS Operation and Maintenance – OAM) để phát hiện các lỗi vận hành, cho việc tính toán và đo đạc hiệu suất trong mạng MPLS. Các vấn đề trên mặt phẳng điều khiển có thể được báo cáo bởi các bẫy (traps) hoặc thấy được bởi sự lựa chọn (polling) cơ sở thông tin quản trị (Management Information Base – MIB). Điều này có thể đáp ứng nhu cầu cho các mạng IP, nhưng là khó khăn hơn để phát hiện các vấn đề ở trong mằt phẳng dữ liệu khi mạng chạy MPLS. OAM MPLS là một tập hợp các giao thức được dùng để phát hiện các vấn đề trong mạng MPLS một cách dễ dàng, nhanh chóng hơn và giữ lại dấu vết (keeps track) của kết quả đo đạc là quan trọng trong các mạng mà có những thỏa thuận (aggreements) ở mức dịch vụ (SLAs) với các khách hàng hoặc các công ty khác. Mục tiêu của OAM MPLS là để phát hiện, báo cáo, và vá lại vấn đề trước khi một người dùng gọi nó lên (user calls it in).

2.2 CÁC YÊU CẦU CỦA OAM - MPLS

Các yêu cầu của OAM MPLS được liệt kê dưới đây:

- Phát hiện và chẩn đoán (diagnosis) các lỗi của mặt phẳng điều khiển cũng như mặt phẳng dữ liệu.

- Phát hiện lỗi trong một đường chuyển mạch nhãn (LSP).

- Các gói OAM di chuyển trên cùng một tuyến như là lưu lượng dữ liệu MPLS.

- Mô tả đặc điểm của tuyến (path characterization).

- Đo đạc các SLA.

- Sự ảnh hưởng lẫn nhau của OAM.

- Các MIB.

- Tính toán.

2.2.1 Phát hiện và chẩn đoán các lỗi của mặt phẳng dữ liệu và điều khiển

Các vấn đề thông thường trong các mạng MPLS là việc nhận các gói tại một router chuyển mạch nhãn (label switching router – LSR) với một đỉnh nhãn đặc trưng cho nơi mà LSR không có thông tin chuyển tiếp hoặc thông tin chuyển tiếp không chính xác.Vấn đề này có thể được phát hiện bởi thông tin điều khiển mà giao