1. Giới thiệu MPLS
- MPLS (Multi Protocol Label Switching) Là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức:
Switching (chuyển mạch)
Label (nhãn)
Multiprotocol ( đa giao thức)
- Switching (chuyển mạch): Có rất nhiều kỹ thuật chuyển mạch như:
Chuyển mạch dựa trên MAC như các ethernet switch
Chuyển mạch dựa trên IP trong IP header
Chuyển mạch dựa trên DLCI như frame relay
- Đối với MPLS nó ko dùng những kỹ thuật đó mà nó sử dụng nhãn để chuyển mạch.
=> Nhờ tính chất này đã làm MPLS có 1 tính chất tuyệt vời và nổi trội của MPLS ngày nay là tính chất Multiprotocol(đa giao thức).
2. Ứng dụng của MPLS
- MPLS – VPN : Sử dụng trên layer 3, trong thực tế nó chính là các đường megawan dựa trên nền MPLS do các ISP cung cấp (MPLS nằm ở tầng core của ISP và nó thay thế cho frame relay). Đặc điểm của nó
Chi phí rẻ
Chuyển tiếp lưu lượng nhanh
Khả năng linh hoạt, đơn giản
Điều khiển phân luồng
- AToM (any transport over MPLS) Sử dụng trên layer 2, trong thực tế các ISP cung cấp các đường thuê riêng ở layer 2 như:
Lease line kênh trắng(point to point): chạy giao thức HDLC và PPP
Frame relay
Các đường chuyển mạch bất đồng bộ ATM
Các đường Ethernet (802.1 Q – in – Q hay là L2 protocol tunneling)
=> Như vậy nếu chúng ta thêu đường Frame relay thì ISP phải có hạ tầng Frame relay như các con frame relay Switch, hoặc thuê ATM thì ISP phải có hạ tầng ATM …
=> Nhưng với MPLS ISP chỉ cần 1 hạ tầng mà có thể triển khai tất cả các kệnh thuê riêng ở trên. Như vậy MPLS cho truyền đa giao thức lớp 2 trên 1 hạ tầng duy nhất. [/I]
Được sử dụng phổ biến nhất là Ethernet over MPLS: Lợi dụng sức mạnh về tốc độ của công nghệ mạng Ethernet, người ta sẽ mở rộng Ethernet ra 1 quốc gia…
- Traffic – Engineering (Kỹ thuật lưu lượng)
Chúng ta có thể điều khiển lưu lượng của traffic. Ví du: 30% đi qua ISP 1 và 70% đi qua ISP2 …
Khác với QoS là khi có nghẽn thì QoS mới làm việc.
Traffic – engineering có thể quyết định cả path và Route. Nghĩa là nó có thể điều khiển traffic đi qua những đoạn nào…
- QoS trên MPLS
- BGP – Free Core:
Với các Router của ISP thì bảng định tuyến của nó có thể chứa vài triệu route. Hạ tầng mạng corre của ISP thường là đấu full mesh, nên mỗi Router phải học hang triệu route. => Tiêu tốn rất nhiều tài nguyên
Với công nghệ MPLS thì chỉ có các Router biên của ISP mới phải chạy BGP, còn các Router core bên trong chỉ cần chạy MPLS, nó không cần chứa thông tin định tuyến BGP. Bởi vì MPLS cho phép vận chuyển các gói tin mà không cần tra cứu thông tin IP mà nó chỉ cần dựa vào nhãn. Tiết kiệm hiệu suất hoạt động
3. Routing và switching
- Chức năng của Router là thực hiện 1 thao tác đó là Routing (định tuyến) và Switching (chuyển mạch)
Routing: Sử dụng các static route hay dynamic route để xác định đường đi tới đích
Switching: Việc di chuyển gói tin từ interface này qua interface khác trên Router nó gọi là Switching (chuyển mạch)
- Router được tổ chức thành 2 bảng
Control Plane: Chuyên lo việc định tuyến, gồm 2 phần
Routing Protocol: Giao thức định tuyến chạy định tuyến với route khác để lấy thông tin định tuyến và cho ra được bảng định tuyến RIB
RIB (Routing information Base): Bảng thông tin định tuyến chứa các route
Data Plane: Chuyên lo việc chuyển mạch
- Chuyển mạch IP: Chuyển mạch trên Router là chuyển mạch IP. Gồm có 3 loại:
Process Switching:
Ngày xưa, CPU sau khi tính toán xong đường đi thì nó còn phải kiêm luôn tính năng chuyển mạch.
Nghĩa là Control Plane kiêm luôn cả nhiệm vụ Data Plane.
=> Nhược điểm: Chuyển mạch bị chậm
Fast switching:
Để cải tiến, Cisco đưa thêm control plane vào. Khi các gói tin đi vào Router thì chỉ có 1 gói tin đầu tiên là chạy lên hỏi bảng định tuyến RIB, còn các gói tin còn lại thì nó sẽ sử dụng 1 bảng Cache trên Data Plane
Bảng cache sẽ cache các thông tin định tuyến từ bảng RIB.
=> Nhược điểm: Bảng Cache trên Data Plane không cập nhập kịp thời so với bảng định tuyến RIB khi có sự thay đổi
CEF – Cisco Express Forwarding:
Cisco đưa ra bảng FIB (Forwarding information Base) Bảng này được cập nhập liên tục với bảng RIB
Như vậy khi các gói tin đi vào Router nó không bao giờ tra bảng định tuyến, mà gói tin se được đi vào vùng Data Plane và tra vào bảng FIB và đi thẳng ra ngoài
4. Chuyển mạch nhãn
- 1998 Cisco IOS được thêm vấn đề chuyển mạch nhãn gọi là Tag Switching, sau này đươc quốc tế hóa thành MPLS
- MPLS sử dụng kỹ thuật dán nhãn, ở khu vực Data Plane nó tích hợp thêm 1 khu vực dán nhãn.
- Control Plane gồm
Routing Protocol: Trao đổi thông tin định tuyến để tính toán cho ra bảng RIB
RIB (IP routing table): Bảng RIB được burn xuống cho bảng FIB trên Data Plane
Label Distribution Protocol (LDP): Chuyển mạch nhãn cũng có giao thức trao đổi định tuyến riêng gọi là LDP
Label information Base (LIB): Sau khi trao đổi nhãn và thu thâp thì tất cả các nhãn sẽ được nằm trong LIB
- Data Plane
IP forwarding Table (FIB): Chuyển mạch các gói tin IP
Label Forwarding Table (LFIB): Trong bảng LIB có quá nhiều nhãn thì nó sẽ phải tham chiếu với bảng FIB để đưa ra kết quả chứa những nhãn có đường đi tốt nhất. Và nó nằm trong bảng LFIB
- Như vậy khi 1 gói tin đi vào nếu
Nếu sử dụng chuyển mạch IP thì nó sẽ tra vào bảng FIB
Nếu sử dụng chuyển mạch nhãn thì nó sẽ tra vào bảng chuyển mạch nhãn
- Trong bảng cơ sở dữ liệu của chuyển mạch nhãn nó gồm 2 bảng
LIB: bảng này chứa toàn bộ các nhãn
LFIB: Bảng chính thức, chỉ chứa các nhãn có đường đi tối ưu nhất.
- Tiến trình chuyển mạch nhãn
Các Router R1, R2, R3, R4 vẫn chạy các giao thức định tuyến như bình thường
Tất cả mọi route trong bảng định tuyến đều được dán cho 1 cái nhãn. Ví dụ ta có lớp mạng 10.0.0.0/8 ở R4 thì R4 lập tức dán 1 cái nhãn cho route 10.0.0.0/8 là 17 và đẩy qua chi R3.
Tương tự R3 khi thấy có lớp mạng 10.0.0.0/8 nó cũng dán thêm 1 cái nhãn ch route 10.0.0.0/8 là 23 và đẩy qua cho R2.
R2 làm tương tự
R1 cũng làm tương tự nhưng nó không đẩy ra ngoài, vì vùng ngoài là vùng IP
- Khi có 1 gói tin từ mạng 10.0.0.1
R1 sẽ tra trên bảng FIB (vì gói tin đang ở vùng IP nên nó sẽ tra bảng FIB và lưu ý là ko tra trên bảng định tuyến) và nó sẽ dãn nhãn sô 25 cho route 10.0.0.1 và đẩy qua cho R2
R2 lúc này nó không quan tâm đến thông tin IP mà nó chỉ nhìn vào nhãn là nhãn số 25. Nó nhìn vào bảng chuyển mạch nhãn nó thấy nhãn 25 phải chuyển thành nhãn 23. Nên nó sẽ gỡ nhãn số 25 và dán vào đó nhãn số 23 và đẩy qua cho R3
Tương tự R3 sẽ tra bảng nhãn để gỡ nhãn 23 và đổi thành nhãn 17 và đẩy qua cho R4
R4 lúc này sẽ gỡ nhãn số 17 và đưa vào khu vực IP để tra bảng FIB để đẩy gói tin đi tiếp
=> Chuyển mạch nhãn chỉ dựa vào nhãn, nó không quan tâm đến trường IP => MPLS sử dụng đa giao thức.
- Với mô hình phức tạp hơn 1 chút
- Ví dụ khi có 1 gói tin đi vào R2 và đến R5 thì làm sao nó biết dùng nhãn nào
Bảng chuyển mạch nhãn của R2 vấn lưu đủ 2 nhãn trong bảng LIB
Nhưng chọn đường đi nào tối ưu là nó dựa vào bảng chính thực là bảng LFIB. Làm sao để nó có thể chọn được đường tối ưu thì nó sẽ hỏi bảng định tuyến. Dựa vào bảng định tuyến nó sẽ cho biết đường đi của nhãn nào là tối ưu hơn
