Giáo trình Mạng viễn thông - Chương 4: Softswitch và mạng thế hệ sau NGN

ứng với hai khu vực báo hiệu, báo hiệu giữa các tổng đài (báo hiệu trung kế) và báo hiệu đường dây thuê bao, gồm gateway nối với trung kế (Trunking Gateway-TGW) và gateway nối tới thuê bao (Residential Gateway-RGW). Mô hình báo hiệu mới tách riêng phần chức năng báo hiệu cuộc gọi ra khỏi gateway (H323 gateway). Đồng thời nhóm tất cả các chức năng điều khiển cuộc gọi với chuyển đổi báo hiệu (thực hiện tại Signalling Gateway) tạo thành một thành phần điều khiển tập trung gọi là call agent. Như vậy gateway chỉ có chức năng Media Gateway do đó Call Agent còn được gọi là bộ điều khiển Media Gateway (Međia Gateway Controller). Call Agent có các đặc điểm sau:  Trao đổi báo hiệu SS7 với tổng đài thoại (CO - Central Office) như một thành phần trong hệ thống báo hiệu SS7 (đóng vai trò như SSP), thực hiện đầy đủ chế độ báo hiệu ISUP (ISDN User Part).  Call Agent dùng giao thức SGCP để điều khiển các media gateway. Các trung kế được SS7 nhận dạng qua trường CIC còn SGCP coi trung kế như một điểm cuối (endpoint). Call Agent sử dụng một cơ sở dữ liệu để chuyển đổi giữa hai loại. Call agent chuyển các bản tin ISUP và dùng các thông điệp SGCP để liên kết các trung kế vào và trung kế ra. Theo Hình 4-22, các thông điệp SGCP được truyền qua UDP, mặc dù có thể xảy ra sự mất gói nhưng SGCP xử lí bằng cơ chế phát lại các thông điệp. Hình 4-22. Mô hình báo hiệu dùng giao thức SGCP 4.5.3.3. Thiết lập cuộc gọi Trình tự thiết lập cuộc gọi cơ sở là như sau (Hình 4-23): 24) Khi máy ĐT A được nhấc lên gateway A gửi bản tin cho MGC 25) Gateway A tạo âm mời quay số và nhận số bị gọi 26) Số bị gọi được gửi cho MGC 27) MGC xác định định tuyến cuộc gọi như thế nào 28) MGC gửi lệnh cho gateway B 29) Gateway B đổ chuông ở máy B 30) MGC gửi lệnh cho gateway A và B tạo phiên kết nối RTP/RTCP Gateway A Gateway B RTP/RTCP Call Agent Media Gateway Controller Analog Phone A Analog Phone B MGCP MGCP Hình 4-23. Thiết lập cuộc gọi A-B. 4.5.3.4. Các lệnh MGCP Giao thức MGCP có 2 nhóm lệnh như sau: Lệnh MGC EndpointConfiguration NotificationRequest CreateConnection ModifyConnection DeleteConnection AuditEndpoint AuditConnection DeleteConnection RestartInProgress Lệnh gateway DeleteConnection RestartInProgress 4.5.3.5. MGCP, SIP và H.323 MGCP khác với SIP và H.323 ở một số điểm như sau:  MGCP là giao thức kiểu chủ/ tớ, trong khi SIP và H.323 là giao thức ngang cấp.  MGCP được sử dụng giữa MG và MGC. MGCP ra đời nhằm tách biệt các chức năng báo hiệu và thiết lập đường truyền. MGC (hay CA, softswitch...) sau khi nhận được yêu cầu thiết lập cuộc gọi SIP hoặc H.323 sẽ dùng giao thức MGCP để điều khiển gateway thiết lập phiên kết nối giữa 2 đầu cuối. Trong Hình 4-24 ta thấy chức năng báo hiệu đã được tách biệt và do MGC đảm nhiệm. Chúng ta xem xét việc thiết lập cuộc gọi trong hai trường hợp ( Hình 4.25). Call Agent/ Media Gateway Controller Media Gateway MGCP H.323 Gateway H.323 Gateway H.323 Media RTP/RTCP Hình 4-24. H.323 Gateway và MGC + MG Analog Phone Analog Phone 5.RTP/R TCP1 3 4H.323Gateway H.323 Gateway Gateway A Gateway B Analog Phone Call Agent/ Media Gateway Controller RTP/ RTCP Analog Phone 1 2 Hình 4-25. Báo hiệu thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP Bảng 4.5. Thiết lập cuộc gọi trong hai mạng H.323 và MGCP H.323 MGCP Thuê bao nhấc máy và quay số Gateway phân tích định tuyến cuộc gọi Hai gateway trao đổi thông tin Gateway bị gọi đổ chuông ở số máy bị gọi Hai gateway thiết lập phiên kết nối RTP/RTCP Thuê bao nhấc máy và quay số Gateway thông báo cho MGC MGC phân tích số, định tuyến và gửi lệnh cho gateway bị gọi để đổ chuông ở số máy bị gọi MGC gửi lệnh cho 2 gateway để thiết lập phiên kết nối RTP/RTCP Trên cơ sở MGCP một số giao thức mới được phát triển, đó là:  Megaco do IETF phát triển.  H.248 hay H.GCP do ITU phát triển. MGCP và Megaco/H.248 đều là giao thức điều khiển MG từ MGC/SW. Tuy nhiên, Megaco/H.248 là giao thức mới hơn và đang có xu hướng thay thế MGCP. Một số thiết bị được sản xuất hỗ trợ cả hai giao thức cùng một lúc. 4.5.3.6. Giao thức Megaco/H.248 Megaco/H.248 dựa trên mô hình chủ/tớ (Master/Slave) và là chuẩn quốc tế điều khiển cổng (Gateway) trong các mạng riêng rẽ, được phát triển bởi cả IETF và ITU. Megaco/H.248 đơn giản nhưng vẫn hiệu quả cao và có khả năng mở rộng, cho phép xây dựng chức năng cổng tách rời dưới lớp điều khiển cuộc gọi (ví dụ như H.323, SIP...). Nó có khả năng mềm dẻo cao khi triển khai các dịch vụ lớn mang lại lợi nhuận, đồng thời cũng phục vụ và phát triển tốt các mạng kế thừa. Megaco/H.248 giới thiệu một phương pháp điều khiển cổng độc lập bao phủ tất cả các ứng dụng cổng vào ra. Các ứng dụng này bao gồm cổng trung kế PSTN, giao diện ATM, các đường dây tương tự và giao diện điện thoại, điện thoại Internet, các Server thông báo và nhiều ứng dụng khác. Nó phục vụ cho một số lượng lớn các ứng dụng, và với các đặc tính chính như đơn giản, hiệu quả, mềm dẻo và mang lại lợi nhuận cao đã làm cho Megaco/H.248 trở thành một chuẩn thực sự hấp dẫn cho mạng thế hệ kế tiếp (NGN). Hình 4-26 chỉ ra cấu trúc của Megaco/H.248:  Lớp MGC chứa tất cả các thông tin điều khiển cuộc gọi và cung cấp các đặc trưng mức cuộc gọi như hướng cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, hội nghị và giữ cuộc gọi. Lớp này cũng cung cấp một vài giao thức ngang cấp để tương tác với các MGC khác hoặc các thực thể ngang cấp, quản lý tất cả tương thích đặc trưng và một vài tương thích với mạng báo hiệu như mạng báo hiệu số 7 (SS7).  Lớp MG thực hiện các kết nối phương tiện đến hoặc từ mạng gói cơ bản (IP hoặc ATM), tương tác với các kết nối phương tiện này và chuyển qua ứng dụng của các tín hiệu và sự kiện, đồng thời điều khiển các đặc tính thiết bị cổng như giao diện người dùng. Lớp này không biết đến các đặc tính mức cuộc gọi, và hoạt động như một tớ (Slave) đơn giản.  Giao thức Megaco/H.248 thực hiện điều khiển chủ/tớ MG bởi MGC. Nó cung cấp điều khiển kết nối, điều khiển thiết bị, và cấu hình thiết bị. Hình 4-26. Cấu trúc giao thức điều khiển cổng Megaco/H.248 Các đặc trưng của Megaco/H.248: Hai khái niệm chính - đầu cuối và đối tượng. Đầu cuối đưa ra các kết nối phương tiện đến hoặc từ mạng gói, cho phép tín hiệu được đưa vào các kết nối phương tiện và các sự kiện được nhận từ các kết nối phương tiện Đối tượng cung cấp cầu nối và trộn phương tiện giữa các đầu cuối. Chỉ có 7 lệnh, hoạt động trên các đầu cuối theo cách nhất định: Add, Subtract, Move, Modify, Notify, Audit, ServiceChange. Nhóm các lệnh vào các phiên hoạt động (transaction), sử dụng quy tắc xây dựng mềm dẻo. Các lệnh sử dụng kí hiệu để nhóm các thành phần dữ liệu liên quan. Cơ chế mở rộng gói cung cấp phương thức mở rộng rõ ràng, đơn giản và thực sự mở để định rõ các tín hiệu, sự kiện, thuộc tính, và các thông số trên đầu cuối. Cơ chế hoạt động cấu hình định nghĩa tổ chức của MG và chỉ rõ sự lựa chọn các thành phần cho các ứng dụng riêng biệt. Bảng 4.6 đưa ra so sánh giứa Megaco/H.248 và MGCP. Bảng 4.6. So sánh Megaco/H.248 và MGCP Các vấn đề Megaco/H.248 MGCP Tiêu chuẩn hoá Là một chuẩn thật sự mở. Vấn đề có thể được xem xét lại. Là chuẩn quốc tế độc lập từ cả IETF và ITU. Chuẩn đóng. Vấn đề không thể xem xét lại Mô hình kết nối Mô hình đầu cuối - đối tượng hoàn toàn mềm dẻo, cung cấp cho tất cả các mạng. Có khả năng thực hiện những kịch bản kết nối phức tạp, trộn lẫn đa phương tiện. Có thể áp dụng cho tất cả các loại mạng gói, xây dựng các dịch vụ đồng thời cho cả mạng IP và ATM. Mô hình kết nối kém mềm dẻo. Không hiệu quả đối với hội nghị và các kịch bản kết nối phức tạp khác. Các dịch vụ khác nhau cung cấp cho mạng IP và ATM, làm tăng sự phức tạp, khó khăn hơn khi triển khai. Cơ chế mở rộng gói Định nghĩa dễ dàng cho các giao diện ứng dụng mới thông qua cơ chế định nghĩa gói hoàn toàn mở, và xử lý đăng kí. Các gói mới có thể được định nghĩa dựa trên các gói đã có. Rất khó mở rộng các thiết kế cố định. Cơ chế định nghĩa gói mở không rõ ràng. Không có các thuật toán để mở rộng gói dựa trên các gói đã có. Cho phép định nghĩa mở rộng các gói mà không cần chuẩn giao thức cơ bản. Thời gian ngắn để tạo ra các chức năng mới, tăng cơ hội đổi mới. Cơ chế cấu hình Cho phép định nghĩa và thoả thuận giữa MGC và MG trên các ứng dụng rõ ràng. Giảm phức tạp và tăng hiệu quả trong cả MGC và MG. Cải thiện vận hành cho các ứng dụng riêng biệt. Không có khả năng. 4.5.4. Nhận xét  Trong các mạng VoIP hiện nay giao thức báo hiệu chính được sử dụng là H.323 cho báo hiệu liên gateway và SS7 cho kết nối PSTN. Tuy nhiên mô hình báo hiệu H.323 rất ít được chú trọng trong các sản phẩm mới. H323 là một chuẩn phức tạp vì nó hỗ trợ rất nhiều tính năng như truyền hình hội nghị, đảm bảo hoạt động qua lại giữa các mạng khác. Thủ tục báo hiệu trải qua nhiều giai đoạn, thời gian thiết lập cuộc gọi dài. Các nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ H.323 chủ yếu để đảm bảo tính tương thích với mạng đã có. Có lẽ trong tương lai H.323 chỉ có thể đứng vững trong lĩnh vực hẹp là báo hiệu những hội nghị audio hay video đặc biệt phức tạp.  SIP được phát triển trong môi trường mạng Internet, khắc phục các nhược điểm của H.323 bằng mô hình Client/Server. Thiết lập cuộc gọi trong SIP nhanh hơn, thủ tục báo hiệu ít phức tạp và có nhiều khả năng mở rộng. Báo hiệu trong mạng NGN đã định hình, đó là SIP cho các kết nối trong mạng IP. Đương nhiên SS7 vẫn đựơc sử dụng để báo hiệu với mạng PSTN.  MGCP là phương pháp báo hiệu mới, khả năng kết hợp hoạt động với mạng PSTN (đặc biệt là với mạng báo hiệu số 7), có tính mở cho phép phát triển các tính năng mới. Tuy nhiên mô hình báo hiệu dùng MGCP chưa toàn diện nhiều tính năng phải dùng H323 hoặc SIP ví dụ khi thông tin PC tới PC hay hội nghị truyền thông và chưa được các hãng hỗ trợ rộng rãi. 4.6.Công Nghệ Chuyển Mạch NhãnĐa Giao Thức MPLS 4.6.1. Giới thiệu chung về công nghệ MPLS 4.6.1.1.Sự ra đời và phát triển của công nghệ MPLS Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng chế độ hoán đổi nhãn như ATM. Nhờ đó tốc độ truyền gói tin được tăng lên mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến IP. MPLS được định nghĩa trong bộ tiêu chuẩn kỹ thuật của uỷ ban tư vấn kỹ thuật Internet (IETF) là cung cấp việc định tuyến, chuyển tiếp và chuyển mạch các luồng lưu lượng thông qua mạng. Ý tưởng đầu tiên về MPLS được đưa ra bởi hãng Ipsilon. Một thời gian ngắn sau đó, Cisco và một loạt các hãng lớn khác như IBM, Toshiba, v.v... công bố các sản phẩm của họ sử dụng công nghệ chuyển mạch được đặt dưới nhiều tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất đã là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn. Thiết bị CSR (Cell switch router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài IP của Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Công nghệ Tag switching của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một số điểm mới như lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding equivalence class), giao thức phân phối nhãn (LDP), v.v...Cisco phát hành ấn bản đầu tiên về chuyển mạch thẻ (tag switching) vào tháng 3 năm 1998 và trong thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị cơ bản trong mạng IP: tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến. Chúng ta có thể thấy rằng chỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữa giá cả và chất lượng thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với bộ định tuyến. Tuy nhiên, các bộ định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài không thể so sánh được. Do đó chúng ta không thể không nghĩ rằng chúng ta có thể có một thiết bị có khả năng điều khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng như các chức năng định tuyến mềm dẻo của bộ định tuyến. Đó là động cơ then chốt để phát triển chuyển mạch nhãn. Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tương tự như bộ định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này có được tỉ lệ giữa giá thành và chất lượng có thể sánh được với tổng đài. Nó cũng có thể hỗ trợ thậm chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn như định tuyến hiện v.v.. Công nghệ này do đó kết hợp một cách hoàn hảo ưu điểm của các tổng đài chuyển mạch với ưu điểm của các bộ định tuyến. Do vậy chuyển mạch nhãn có thể hoạt động tại vị trí lớp 2.5 tương ứng trong mô hình OSI (Hình 4.27). Trong MPLS, việc truyền dữ liệu thực hiện theo các đường chuyển mạch nhãn (LSP). Các đường chuyển mạch nhãn chứa dãy nhãn tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi phát hiện một luồng dữ liệu nào đó. Các nhãn được phân phối bằng việc sử dụng giao thức phân phối nhãn (LDP) hoặc giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) trên các giao thức định tuyến giống như giao thức BGP và OSPF. Mỗi gói dữ liệu được gói lại và mang các nhãn trong thời gian di chuyển từ nguồn tới đích. Chuyển mạch dữ liệu tốc độ cao hoàn toàn có thể thực hiện dựa theo phương pháp này, vì các nhãn có độ dài cố định được chèn vào phần đầu của gói hoặc tế bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng để chuyển mạch nhanh các gói giữa các liên kết. Hình 4-27: MPLS so sánh với Mô hình OSI 4.6.1.2. Ưu điểm của MPLS MPLS mang lại nhiều lợi ích cho mạng IP, như:  Kỹ thuật lưu lượng: Cung cấp khả năng thiết lập đường truyền mà lưu lượng sẽ truyền qua mạng và khả năng thiết lập các chất lượng cho các lớp dịch vụ (CoS) và chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau. MPLS là sự phát triển chính trong các công nghệ Internet mà hỗ trợ việc bổ sung một số khả năng thiết yếu cho mạng IP ngày nay.  Cung cấp IP dựa trên các mạng riêng ảo (VPNs): Bằng việc sử dụng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo các đường hầm IP đi qua mạng của chúng mà không cần thiết mật hoá hoặc các ứng dụng đầu cuối-người sử dụng.  Loại bỏ cấu hình đa lớp: Thông thường, phần lớp các nhà điều hành mạng cung cấp một mô hình chồng lấn mà ATM được sử dụng tại lớp 2 và IP được sử dụng tại lớp 3. Bằng việc sử dụng MPLS, các nhà điều hành mạng có thể di chuyển các chức năng của mặt bằng điều khiển ATM vào lớp 3, do đó sẽ làm đơn giản hoá việc quản lý mạng và sự phức tạp của mạng.  Tuyến hiện: Một đặc điểm chính của MPLS là sự hỗ trợ của nó đối với các tuyến hiện. Các đường chuyển mạch nhãn được định tuyến sẵn hiệu quả hơn so với tuỳ chọn tuyến nguồn trong IP. Chúng cũng có thể cung cấp một vài chức năng cần thiết cho kỹ thuật lưu lượng. Các đường được định tuyến sẵn cũng có một vài vấn đề đáng quan tâm như “các đường hầm xuyên suốt” mà ở đó chúng có thể truyền mọi kiểu lưu lượng mà hai điểm đầu cuối đường hầm cộng tác đồng ý. Vì các LSR trung gian mà “mang” 7. Tầng ứng dụng Application 6.Tầng trình diễn Presentation 5. Tầng phiên Session 4. Tầng giao vận Transport 3.Tầng mạng Network IP MPLS 2.Tầng liên kết dữ liệu Data Link ATM 1. Tầng vật lý Physical đường hầm chỉ quan tâm lưu lượng các gói được gán nhãn gửi trên đường hầm.  Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức: Thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn là không xác định với một lớp mạng xác định. Ví dụ, cùng một thành phần chuyển tiếp cũng có thể được sử dụng khi đang thực hiện chuyển mạch nhãn với IP cũng như IPX. Chuyển mạch nhãn cũng có khả năng hoạt động ảo trên mọi giao thức lớp liên kết dữ liệu thông qua ATM. “Đa giao thức” trong MPLS áp dụng ở trên và dưới lớp chuyển mạch nhãn. 4.6.1.3.Nhược điểm của MPLS  Hỗ trợ đa giao thức sẽ dẫn đến các vấn để phức tạp trong kết nối.  Khó thực hiện hỗ trợ QoS xuyên suốt.  Việc hợp nhất các kênh ảo đang còn tiếp tục nghiên cứu. Giải quyết việc chèn tế bào sẽ chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm hơn. 4.6.2. Các thành phần của MPLS MPLS cung cấp nhiều cải tiến mới đối với việc định tuyến IP trong quá trình chuyển tiếp các gói. Những cải tiến này giống như kỹ thuật lưu lượng và chất lượng dịch vụ đã được sử dụng trong ATM. Các thành phần khác của giao thức MPLS cho phép thực hiện các chức năng ở mức độ cao hơn và thông minh hơn các công nghệ hiện nay. MPLS cũng cung cấp kiểu chuyển tiếp gói từ nguồn tới đích hiệu quả hơn phương thức định tuyến từng chặng được sử dụng trong phương pháp định tuyến truyền thống. Nhiều thành phần của nó là sự mở rộng của các kỹ thuật hiện có, như việc mở rộng đã được thực hiện đối với giao thức định tuyến RSVP hiện có. Thêm vào đó, chức năng LSR/ LER có thể được đưa vào chuyển mạch ATM hoặc chuyển mạch quang đơn giản hơn bằng phần mềm nâng cấp. MPLS có thể thực hiện dễ dàng việc nâng cấp giao thức để vì các thành phần điều khiển và chuyển tiếp là riêng biệt. Thành phần chuyển tiếp tương ứng với việc truyền gói dựa trên bảng định tuyến. Thành phần điều khiển tương ứng với việc kiến tạo và duy trì bảng định tuyến, cũng như đang như liên kết với các thành phần điều khiển của các nút khác để truyền thông tin định tuyến. 4.6.2.1.Nhãn và ngăn xếp nhãn MPLS  Nhãn MPLS MPLS đã mở rộng bộ giao thức IP nhằm cải thiện quá trình chuyển tiếp gói của các router. Đối với các router IP, khi nhận được một gói tin nó phải phân tích địa chỉ và tìm kiếm tuyến khá phức tạp để xác định trạm kế tiếp bằng cách kiểm tra địa chỉ đích trong header của gói tin. MPLS đã làm đơn giản thủ tục này bằng cách dựa vào một nhãn đơn giản khi phát chuyển. Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định, không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ IP(vì nhãn là một địa chỉ lớp 2). Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho FEC (Forwarding Equivalence Class - Lớp chuyển tiếp tương đương) mà gói tin đó được ấn định. Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được bọc vỏ. Ví dụ nhãn có thể là trường nhận diện kênh ảo và trường nhận diện đường ảo (VPI/ VCI) trong ATM và nhãn có thể là nhận diện kết nối liên kết dữ liệu trong Frame relay. Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm 4 byte (32bits) được chèn thêm để sử dụng cho nhãn. Đoạn đệm này nằm giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề IP trong các gói. Khuôn dạng của đoạn đệm có cấu trúc như trong Hình 4-28 . Hình 4-29. Khuôn dạng nhãn MPLS  Trường nhãn: gồm 20 bits là giá trị thực của nhãn, dùng để gán cho các gói tin, trao đổi giữa hai router.  Trường EXP (Experimental Bits Field): Ban đầu gọi là lớp dịch vụ CoS . EXP có thể tác động đến thuật toán hàng đợi.  Trường ngăn xếp nhãn S:Hỗ trợ sự phân cấp nhãn trong ngăn xếp nhãn.  Trường Thời gian sống Time To Live (TTL): Trường này có chức năng như là bộ đếm bước nhảy IP thông thường.Mỗi khi đi qua một router giá trị của trường này bị giảm đi 1. Khi giá trị của trường này trở về không tính thì gói tin sẽ bị loại bỏ. Do vậy trường này có chức năng ngăn gói tin đi lòng vòng trong mạng.  Ngăn xếp nhãn Ngăn xếp nhãn xuất hiện sau lớp tiêu đề lớp liên kết dữ liệu, nhưng trước mọi tiêu đề lớp mạng. Phần đầu của ngăn xếp nhãn xuất hiện sớm nhất trong gói (gần với tiêu đề lớp mạng), và phần cuối cùng xuất hiện muộn nhất (gần với tiều đề lớp liên kết dữ liệu). Gói dữ liệu lớp mạng đi theo cổng vào chồng nhãn mà có bit S đã được thiết lập. Trong một khung liên kết dữ liệu, ví dụ như giao thức điểm-điểm (PPP), ngăn xếp nhãn xuất hiện giữa tiêu đề IP và tiêu đề liên kết dữ liệu. Đối với các tế bào ATM, giá trị nhãn trong phần ngăn xếp nhãn cao nhất được đặt vào trong trường nhận diện kênh ảo/đường ảo (VPI/VCI) trong phần tiêu đề tế bào ATM. Giá trị nhãn đầu tiên không duy trì tại phần đầu của ngăn xếp nhãn mà được chèn giữa tiêu đề tế bào và tiêu đề IP. 32 bit Nhãn (20) Exp(3) (3(33) S(1) TTL (8) Tiêu đề MPLS Tiêu đề IPTiêu đề lớp 2 Dữ liệu gói Việc đặt giá trị nhãn trong tiêu đề tế bào ATM làm thuận tiện cho việc chuyển mạch được thực hiện bởi chuyển mạch ATM, mà như thường lệ sẽ có nhu cầu chỉ kiểm tra tại tiêu đề tế bào. Tương tự như vậy, giá trị nhãn cao nhất có thể được đặt trong trường nhận diện kết nối liên kết dữ liệu của tiêu đề Frame relay. 4.6.2.2.Đường chuyển mạch nhãn LSP Đường chuyển mạch nhãn trong mạng MPLS được định nghĩa là đường nằm giữa router chuyển mạch nhãn LSR lối vào và router chuyển mạch nhãn LSR lối ra. MPLS sử dụng một số giao thức báo hiệu như RSVP hay LDP để thiết lập các LSP. MPLS sử dụng một số giao thức báo hiệu như giao thức dành trước tài nguyên RSVP hay giao thức phân phối nhãn LDP để thiết lập các LSP. MPLS cung cấp 2 phương thức sau để thiết lập một LSP:  Định tuyến từng chặng: Mỗi LSR lựa chọn riêng một bước nhảy tiếp tiếp theo cho FEC nhất định  Định tuyến hiện:Định tuyến hiện giống với định tuyến nguồn. LSR lối vào chỉ định các nút mà LSP đi qua. Nhằm điều khiển đường các LSP một cách hiệu quả, mỗi LSP được gắn một hoặc một số thuộc tính. Những thuộc tính này được dùng khi tính đường cho LSP. Bảng 4.7 liệt kê các thuộc tính của LSP. Bảng 4.7: Các thuộc tính của LSP Tên thuộc tính Ý nghĩa Băng thông Yêu cầu băng thông có thể giành được tối thiểu trên một đường khi thiết lập LSP trên đường đó. Thuộc tính đường Thuộc tính quyết định xem đường của LSP được xác định thủ công hay được tính toán động từ thuật toán định tuyến ràng buộc. Ưu tiên thiết lập (setup priority) Thuộc tính quyết định LSP nào sẽ nhận được tài nguyên khi có nhiều LSP cùng cạnh tranh tài nguyên này. Ưu tiên chiếm giữ (Holding Priority) Thuộc tính quyết định xem phần tài nguyên mà LSP đang giữ sau khi đã được thiết lập có bị nhường cho 1 LSP mới yêu cầu chiếm trước tài nguyên không? Thuộc tính màu (color) Thuộc tính quản trị của 1 LSP nhằm xác định những loại lưu lượng nào được xét đến khi tìm đường LSP Thích nghi Có chuyển LSP này sang đường khác tối ưu hơn không khi đường này đã sẵn sàng. Tính đàn hồi (co giãn) Thuộc tính này quyết định xem có định tuyến lại LSP khi đường hiện tại gặp sự cố hay không? Trong ví dụ trên Hình 4-30, host A muốn gửi thông tin đến host B. Tại thời điểm này tuyến thích hợp nhất (trễ thấp, jitter nhỏ, băng thông sẵn sàng lớn, tắc nghẽn ít) là đường được chỉ ra theo đường mũi tên trên Hình 4-30. Đường này được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path). LSP được chọn theo các đặc tính như : tải lưu lượng đỉnh và cam kết (committed and peak traffic load), trễ tối đa (maximum latency), xác suất mất gói (loss probability), Hình 4-30: Hoạt động mạng MPLS Router đầu tiên R1 gắn nhãn 23 để chuyển gói IP thành gói MPLS, nó thực hiện nhiệm vụ phân loại gói bước đầu. Ví dụ, nếu như host A nằm trên mạng 10.16/16, dạng phân loại nhiều trường (multi-field classification) có thể được sử dụng để tách riêng các gói đi vào mạng này, gắn cho gói nhãn 23 và đi theo tuyến LSP đã được lựa chọn : R1-R3-R2-R4-R6-R8. Theo cách này MPLS hoạt động giống như một giao thức bao trùm (overlay) lên giao thức IP. Tuy nhiên 2 giao thức này có thể cùng tồn tại trong cùng 1 hệ thống tự trị AS. Bảng 4.8: Bảng định tuyến tại các router Router Nhãn Chỉ dẫn R1 - Router chuyển mạch nhãn tại biên (lối vào): nhận gói từ host A, chuyển đổi gói IP thành gói MPLS. Đẩy nhãn 23 cho gói và chuyển đến router R3 qua giao diện Ethernet 0 (eth0) R3 23 Đổi nhãn thành 32 và chuyển gói cho router R2 qua giao diện Serial 3 (ser3) R2 32 Xếp chồng thêm nhãn mới 16 và chuyển gói đến router R4 sử dụng giao diện ppp3 R4 16 Loại bỏ nhãn 16 và chuyển gói đến R6 sử dụng giao diện Frame Relay 4. R6 32 Chuyển gói đến router R8 sử dụng giao diện eth1 R8 32 Router chuyển mạch nhãn tại biên (lối ra) chịu trách nhiệm chuyển gói MPLS trở lại gói IP. Tách nhãn khỏi gói và chuyển đến host B Router chuyển mạch nhãn tại lớp biên mạng (LER Label Edge Router) gán nhãn cho gói IP dựa trên một số tiêu chuẩn phân loại và chuyển nó thành gói MPLS trước khi đi vào miền MPLS. Tiêu chí phân loại có thể dựa vào giao thức, địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, cổng (port) vào router hay loại dịch vụ; phức tạp hơn là có thể dựa vào kết quả đo một số luồng để chọn ra nhãn cuối cùng cần đẩy vào. Nhãn ở đây không phải là một nhãn đơn, MPLS cho phép đặt nhiều nhãn để tạo nên chồng nhãn (stack of labels) trên một gói để chuyển tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà nó đi qua. Trong một vùng MPLS, router chuyển mạch nhãn thực hiện chức năng kiểm tra gói, đẩy thêm nhãn (push label), rút bớt nhãn (pop label), hoán đổi nhãn và chuyển gói dựa theo nhãn. Do vậy định hướng gói đi theo một đường chuyển mạch nhãn LSP đã được định trước. Đường chuyển mạch nhãn LSP được lựa chọn tuỳ theo loại lưu lượng. Ví dụ nếu muốn chuyển phần lưu lượng SQL đặc biệt vào ứng dụng cơ sở dữ liệu chính, có thể chọn LSP với một số lựa chọn như: bảo mật cao (high-secure), chi phí thấp (low-cost), trễ thấp (low-latency), jitter thấp (low-jitter), tỷ lệ mất gói thấp (low-loss), cung cấp tài nguyên dư thừa (sufficientely overprovisioned). Ngược lại với lưu lượng thông thường lựa chọn LSP best-effort là thích hợp. Trong ví dụ trên Hình 4-31, host A và B có thể nối với nhau thông qua 3 đường chuyển mạch nhãn (LSP) trên mạng MPLS. LSP (giữa) là LSP chất lượng cao trên nền mạng ATM. LSP (dưới) có chất lượng trung bình trên nền mạng Frame Relay, còn LSP (trên cùng) là mạng IP best-effort. Trong mạng MPLS, 3 đường chuyển mạch nhãn này cùng tồn tại mà không gây ảnh hưởng gì đến nhau. A B Hình 4-31: Các đường LSP 4.6.2.3.Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router). Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR là bộ định tuyến tốc độ cao trong mạng lõi MPLS tham gia vào việc thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP bằng việc sử dụng các giao thức phân bổ nhãn thích hợp và chuyển mạch lưu lượng tốc độ cao dựa trên đường đã thiết lập. LSR có thể kết nối tới LSR biên (LER) hoặc LSR khác. Các loại LSR chính và chức năng của chúng được mô tả trên Bảng 4.9. LER (LSR biên): Nằm ở biên của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói thông tin tới hay đến mạng khác (IP, Frame Relay,...). LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Các LSR này có thể là Ingress Router (router lối vào) hay egress router (router lối ra) (Hình 4-32). ATM-LSR: là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mạng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mạng số liệu. Như vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR. Bảng 4.9. Các loại LSR trong mạng MPLS Loại LSR Chức năng thực hiện LSR lõi Chuyển tiếp gói có nhãn LSR biên Nhận gói IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gửi gói vào mạng LSR Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến nút tiếp theo. ATM-LSR Sử dụng giao thức của MPLS trong mạng điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo ATM-LSR biên Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn. 4.6.3. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC Với bất kỳ giao thức định tuyến nào khả năng mở rộng (scalability) cũng được tính đến ngay từ đầu. Để đảm bảo điều này, các trạng thái luồng được quản lý theo tập hợp hay nhóm (aggregation). MPLS đảm bảo khả năng mở rộng hỗ trợ trên tập hợp và được gọi là lớp chuyển tiếp tương đương (Forwarding Equivalence Class -FEC). FEC dựa trên sự phân loại các gói có chung thuộc tính như: cùng địa chỉ đích, VPN, hoặc cùng yêu cầu về dịch vụ như luồng, multicast, QoS. FEC chỉ được gán cho gói tại router LSR lối vào. Việc tập hợp được thực hiện tại router chuyển mạch nhãn ở biên (LER). LER chịu trách nhiệm phân loại gói đến và liên kết chúng với FEC. Mỗi FEC kết hợp với một nhãn thích hợp và một đường chuyển gói. LER sử dụng một số kiểu phân loại lưu lượng. Bảng 4.10 đưa ra ví dụ về việc phân loại lưu lượng theo địa chỉ đích của gói. Bảng 4.10: Bảng chỉ dẫn gán nhãn tại router biên Đchỉ đích Port đích FEC Chặng tiếp Nhãn Chỉ dẫn 201.20.3.4 80 B x.x.x.x 65 Gán nhãn 201.20.4.5 443 A y.y.y.y 18 Gán nhãn 208.12.8.1 25 IP z.z.z.z - Giữ nguyên địa chỉ IP Sau khi gói rời khỏi router biên LER đi vào miền MPLS, gói được chuyển đến đích nhờ các router chuyển mạch nhãn LSR. LSR sẽ đọc nhãn của gói và so khớp nó với nhãn trong bảng chuyển gói. Bảng này được gọi là Cơ sở thông tin nhãn (Label Information Base -LIB). LSR sẽ gán nhãn, hoán đổi nhãn hay loại bỏ nhãn tuỳ theo chỉ dẫn LIB (Bảng 4.11). Cuối cùng khi gói đến được LER lối ra trước khi ra khỏi miền MPLS, LER loại bỏ mào đầu MPLS và chuyển gói sang mạng IP. Router biên LER khởi đầu nhiệm vụ phân loại nhiều trường (multi-field –MF classification), ánh xạ lớp 2 thành MPLS và MPLS thành lớp 3 và phân loại nhiều trường sử dụng phân loại tinh (fine granularity). Quá trình phân loại này xác định gói IP nào được chuyển thành gói MPLS. Nhiều nhãn được gắn vào một gói tạo nên chồng nhãn. Sự xếp chồng này biểu diễn một phân cấp mạng. Ví dụ, giả sử một gói đi vào miền MPLS, khi gói lần đầu tiên vào miền MPLS, router gắn nhãn 45, các router sẽ chuyển gói theo những chỉ dẫn của nhãn 45. Sau đó gói đi đến mạng thứ 2 trong miền, một nhãn mới được chồng thêm vào, ví dụ nhãn 56. Lúc này, nhãn được chuyển đi sử dụng tập chỉ dẫn tương ứng với nhãn 56. Khi nhãn đến biên giới của mạng 2, router LER cuối cùng sẽ loại bỏ nhãn 56 và chuyển gói trở lại mạng đầu tiên với nhãn 45. Ví dụ cho thấy phân cấp 2 mức. Như vậy, khả năng phân cấp mạng là vô tận. Tại mỗi LSR, mỗi gói đã gán nhãn được chuyển tiếp dựa trên giá trị nhãn của nó.LSR thay thế giá trị nhãn lối vào bằng một giá trị nhãn lối ra. Việc gán yêu cầu được thực hiện hoặc bởi cấu hình nhân công, bởi phương thức của một vài giao thức báo hiệu hoặc bởi việc phân tích các gói tại LER lối vào. Chúng ta có thể phân loại chúng như sau:  Lối vào LER duy nhất và nhiều LER lối ra. Trong trường hợp này, chỉ có một đường truyền đi qua miền MPLS được yêu cầu.  LER lối ra duy nhất và nhiều LER lối vào. Nếu lưu lượng được gán tới một FEC có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau mà đi vào mạng tại nhiều LER lối vào khác nhau, sau đó trường hợp này xảy ra. Một ví dụ là mạng nội bộ doanh nghiệp tại một vị trí nhưng truy nhập tới miền MPLS đi qua nhiều MPLS-LER lối vào. Trường hợp này sẽ yêu cầu nhiều đường truyền đi qua miền MPLS, mà chắc chắn chia sẻ một vài bước nhảy cuối cùng.  Nhiều LER lối ra cho lưu lượng unicast: nhiều khi một gói được gán tới một FEC (toàn bộ hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Nếu không, nó chấp nhận rằng FEC sẽ yêu cầu nhiều đường tới nhiều LER lối ra xác định. Tuy nhiên, có khả năng sẽ có nhiều mạng đích, tất cả các mạng mà được đi qua cùng MPLS- LER lối ra. 4.6.4. Bảng cơ sở dữ liệu nhãn LIB Mỗi FEC yêu cầu một nhãn riêng biệt. LER lối vào liệt kê các FEC với các nhãn tương ứng của chúng vào trong một bảng, được biết như là bảng cơ sở dữ liệu nhãn LIB. LIB là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ bước nhảy tiếp theo (Bảng 4.11). Các thành phần MPLS được sử dụng các LIB riêng biệt. LER lối vào gán nhán, LSR hoán đổi nhãn và LER lối ra tách nhãn. LSP thứ hai mà đi trên cùng một tuyến về hướng đối diện có thể yêu cầu việc thiết lập thêm LIB lối vào cho mỗi thành phần. Vì vậy, LER có thể gán nhãn cho LSP thứ nhất nhưng tách nhãn đối với LSP thứ hai. Bảng 4.11. Ví dụ về bảng cơ sở dữ liệu chuyển mạch nhãn (LIB) IP đích Cổng lớp 4 FEC Cổng vào Mlabel vào Mlabel ra Cổng ra Bước nhảy tiếp theo Hành động 192.41.21.210 80 A 1 Không 55 2 213.32.8.27 Gán 157.52.63.3 80 D 16 22 60 15 20.38.73.19 Hoán đổi 171.41.21.210 80 F 3 71 25 20 141.1.2.160 Hoán đổi 124.23.87.3 80 H 12 95 Không 22 185.53.43.9 Tách 4.6.5. Cơ chế hoạt động của MPLS Mạng MPLS hoặc mạng Internet bao gồm một tập hợp các nút, được gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR, mà có khả năng chuyển mạch và định tuyến các gói dựa trên một nhãn được gán vào mỗi gói. Các nhãn xác định một luồng các gói giữa 2 điểm đầu cuối hoặc giữa một điểm nguồn với một nhóm các điểm đích trong trường hợp đa hướng. Đối với mỗi luồng cụ thể, một đường xác định đi qua mạng của LSR được xác định, vì vậy MPLS là công nghệ kết nối định hướng. Liên quan với mỗi lớp chuyển tiếp tương đương FEC là các đặc tính lưu lượng mà xác định các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho luồng đó. LSR không cần kiểm tra hoặc xử lý tiêu đề IP, mà chỉ đơn giản chuyển tiếp mỗi gói dựa trên các giá trị nhãn của nó. Do vậy, quá trình chuyển tiếp đơn giản hơn với bộ định tuyến IP. Để hiểu được hoạt động của MPLS, chúng ta cần phải hiệu được mối liên hệ hoạt động trong FEC, LIB và nhãn. Hình 4-32 biểu diễn hoạt động của MPLS. Trình tự hoạt động như sau:  Tại LER lối vào (ingress LER): Gói đi vào miền MPLS thông qua bộ định tuyến biên chuyển mạch nhãn LER lối vào. Dựa vào dịch vụ lớp mạng nào nó yêu cầu, đặc điểm QoS và địa chỉ đích của gói, LER lối vào sẽ phân loại xem gói này thuộc FEC nó đã biết hay không. Nếu gói này tương ứng với FEC mà LER đã biết thì dựa vào bảng LIB, nó sẽ gán một nhãn tương ứng cho gói và chuyển gói đến LSR tiếp theo. Nếu LER xác định đây là FEC mới thì LER lối vào phải kết hợp với LSR khác sử dụng giao thức phân bổ nhãn, RSVP để thiết lập đường LSP tương ứng với FEC mới đó.  Tại LSR lõi: khi mỗi LSR nhận một gói đã được gán nhãn, nó sẽ xoá nhãn lối vào và gán một nhãn lối ra tương ứng cho gói sau đó sẽ chuyển tiếp gói tới router tiếp theo.  Tại LER lối ra (egress LER): Bộ định tuyến biên chuyển mạch nhãn lối ra (LER) tách nhãn, đọc tiêu đề gói IP để xác định địa chỉ IP đích và chuyển tiếp gói tới đích cuối cùng của nó dựa trên địa chỉ IP của nó. 4.6.6. Một số giao thức sử dụng trong mạng MPLS Tham gia vào quá trình truyền thông tin trong mạng MPLS có một số giao thức như giao thức phân phối nhãn LDP, giao thức dành trước tài nguyên RSVP và giao thức CR LDP, OSPF. LSR lõi 1 Ingress LER LSR lõi 2 97 Out LabelIn Label Hoán đổi nhãn 7 9 6 Egress LER -6 Out LabelIn Label Loại bỏ nhãn 69 Out LabelIn Label Hoán đổi nhãn 7- Out LabelIn Label Ấn định nhãn Hình 4-32. Hoạt động của MPLS 4.6.6.1.Giao thức phân phối nhãn LDP Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành. Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC. Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin. Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với đầu ra tương ứng trong LIB của nó. Phát hiện LSR lân cận Một LSR định kỳ gửi đi bản tin Hello tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast. Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp. Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn. Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con (subnet) người ta sử dụng một cơ chế bổ xung như sau: LSR định kỳ gửi bản tin Hello đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xác định được khai báo khi lập cấu hình. Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hello khác truyền theo chiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên. Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa 2 LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn quan đường LSP đó Giao thức truyền tải tin cậy Việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét. Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết: nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kết nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn. Một vấn đề quan trọng nữa đó là đảm bảo thứ tự các bản tin. Như vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng luôn chức năng truyền tải này trong bản thân LDP hay không? Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất, ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDPTuy nhiên việc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tiệp cận trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét, ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần 1 bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP. Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải. Đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng độ tin cậy của giao thức truyền tải. Tuy nhiên vấn đề hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP. * Các bản tin LDP Có 4 dạng bản tin cơ bản sau đây :  Bản tin Initialization.  Bản tin KeepAlive.  Bản tin Label Mapping.  Bản tin Release. Ngoài ra LDP còn một số bản tin khác như:  Bản tin Label Withdrawal.  Bản tin Request.  Bản tin Request Abort. Dạng bản tin Initialization. Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm :  Chế độ phân bổ nhãn.  Các giá trị định thời. Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó. Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lời bằng KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên bản kết thúc. Dạng bản tin KeepAlive. Các bản tin KeepAlive được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng. Dạng bản tin Label Mapping Các bản tin Label Mapping được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (tiền tố địa chỉ) và nhãn. Bản tin Label Withdrawal thực hiện quá trình ngược lại: nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổ tiền tố địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó. Dạng bản tin Label Release Bản tin này được LSR sử dụng khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa. Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó. Ở chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu nhờ bản tin Label Request Abort. Các chế độ phân giải nhãn Chúng ta đã biết một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn như: không yêu cầu phía trước, theo yêu cầu phía trước, điều khiển LSP theo lệnh hay tự lập, duy trì tiên tiến hay lưu giữ. Các chế độ này được thoả thuận bởi LSR trong quá trình khởi tạo phiên LDP. Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì lưu giữ, nó sẽ chỉ giữ những giá trị nhãn/ FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại. Các chuyển đổi khác được giải phóng. Ngược lại trong chế độ duy trì tiên tiến, LSR giữ tất cả các chuyển đổi mà nó được thông báo ngay cả những chuyển đổi không được sử dụng tại thời điểm hiện tại. Hoạt động của chế độ này như sau: LSR1 gửi liên kết nhãn vào một số FEC đến một trong các LSR kế tiếp (LSR2) cho FEC đó. LSR2 nhận thấy LSR1 hiện tại không phải là nút tiếp theo đối với FEC đó và nó không thể sử dụng liên kết này cho mục đích chuyển tiếp tại thời điểm hiện tại nhưng nó vẫn lưu giữ liên kết này lại. Tại thời điểm nào đó sau này có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và LSR1 trở thành nút tiếp theo của LSR1 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ cập nhật thông tin trong bảng định tuyến tương ứng và có thể chuyển tiếp các gói có nhãn đến LSR1 trên tuyến mới. Việc này được thực hiện một cách tự động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới. Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến là khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến. Nhược điểm lớn nhất là lãng phí bộ nhớ và nhãn. Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối với những thiết bị lưu trữ bảng định tuyến trong phần cứng như ATM- LSR. Thông thường chế độ duy trì lưu giữ nhãn được sử dụng cho các ATM-LSR. 4.6.6.2.Giao thức CR-LDP Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức cho LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên bản TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản phân phối nhãn. 4.6.6.3.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 gửi và phía nhận, số cổng UPD. 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 4.6.6.4.Giao thức OSPF OSPF là giao thức định tuyến trạng thái liên kết, được thiết kế cho các mạng lớn hoặc các mạng liên hợp và phức tạp. Các giải thuật định tuyến trạng thái sử dụng các giải thuật Shortest Path First (SPF) cùng với một cơ sở dữ liệu về cấu hình của mạng. Cơ sở dữ liệu về cấu hình mạng về cơ bản bao gồm tất cả dữ liệu về mạng có liên kết đến bộ định tuyến chứa cơ sở dữ liệu. OSPF sẽ sử dụng thuật toán tìm đường ngắn nhất Dijkstra để lựa chọn đường ngắn nhất trong số các đường có thể kết nối đến đích, với định nghĩa độ dài của một đường là tổng độ dài của tất cả các kênh trên đường đó. 4.6.6.5.Giao thức cổng biên Giao thức cổng biên (BGP- Border Gateway Protocol) là một giao thức định tuyến miền ngoài, thực hiện việc định tuyến giữa các hệ thống tự trị AS. Giao thức này dựa vào phương pháp định tuyến có tên là định tuyến véctơ đường đi. Định tuyến véctơ đường đi khác với cả định tuyến véctơ khoảng cách (như : giao thức thông tin định tuyến RIP) và định tuyến trạng thái liên kết . Mỗi mục trong bảng định tuyến chứa địa chỉ mạng đích, router kế tiếp và đường đi đến đích. Đường đi ở đây được thể hiện dưới dạng một danh sách các AS mà gói phải đi qua để tới đích. 4.6.7. GMPLS 4.6.7.1.Lợi ích của GMPLS và tồn tại của GMPLS GMPLS có nhiều lợi ích nhưng lợi ích được thể hiện rõ nhất là xử lí lưu lượng qua lớp. Trước đây, các router IP phát chuyển lưu lượng dựa trên các đường ngắn nhất qua mạng. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng mang lại hiệu quả tốt nhất vì có những trường hợp không dùng hết khả năng các tuyến hoặc gây ra tắc nghẽn tuyến. GMPLS với khả năng thiết kế lưu lượng sử dụng các đường quang logic xác định trước nối tới router để giải quyết điều này. Nhưng khi tăng tải đột xuất hoặc xảy ra sự cố về tuyến làm cho các đường quang bị nghẽn thì mạng sẽ có sự cố. Lúc đó, mạng phải dừng hoặc loại bỏ lưu lượng, dẫn đến khả năng thực hiện của mạng kém. Để tránh tình huống trên, cần có dung lượng và nguồn tài nguyên dự trữ. Nhờ sử dụng công cụ xử lí lưu lượng tập trung và các thuật toán mới GMPLS cho phép cấu hình lại một cách tự động và tối ưu hoá các đường quang giữa các router dựa trên các mẫu và tổng lưu lượng thực. Khả năng cấu hình lại một cách tự động (bằng cách nào và như thế nào)và tối ưu hoá mạng IP sẽ tiết kiệm chi phí trong một số vấn đề như: nhân lực, băng tần, và cổng router. Khi mạng được mở rộng và trở nên phức tạp, lưu lượng tăng lên và trở nên động, không dự đoán trước được thì phương pháp xử lí lưu lượng truyền thống không thể đáp ứng được nữa(why). GMPLS cung cấp giải pháp để vượt qua thử thách này một cách hiệu quả. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội của mạng GMPLS với các phương thức điều khiển hiện đại, nó cũng bộc lộ một số vấn đề cần được bổ sung. An toàn: Định tuyến IP truyền thống kiểm tra nội dung header của gói nhận được để xác định trạm kế tiếp. Bước này tuy mất thời gian nhưng cho phép thiết lập được các firewall(chính sách lọc/chặn gói), vì các thông tin cần thiết trong tiêu đề gói như địa chỉ đích, địa chỉ nguồn là không đổi trong cả quá trình. Ngược lại, các nhãn MPLS/GMPLS được sử dụng để làm đơn giản quá trình phát chuyển gói và chỉ có giá trị trong nội bộ 2 node, chẳng hạn nhãn được hiểu và sử dụng chỉ trong các thiết bị GMPLS. Những nhãn này không thể được dùng để điều khiển truy nhập hoặc cho mục đích bảo mật mạng. Hệ thống quản lí: tham số quan trọng trong việc quản lí mạng IP truyền thống là điạ chỉ đến (destination address). Trong mạng GMPLS hệ thống quản lí cần lưu hàng trăm thậm chí là hàng triệu LSP cho trạng thái hoạt động của chúng, các đường định tuyến, thiết kế lưu lượngĐiều này dẫn đến hệ thống quản lí mạng GMPLS phức tạp hơn so với mạng IP truyền thống.(đồng thời yêu cầu nhiều tài nguyên để xử lí) 4.6.7.2.Quá trình phát triển từ MPLS lên GMPLS IETF đã mở rộng bộ giao thức MPLS để có khả năng hỗ trợ cả các thiết bị chuyển mạch theo thời gian, bước sóng, hay chuyển mạch quang qua GMPLS. Điều này cho phép mạng GMPLS xác định và cung cấp đường tối ưu dựa trên các yêu cầu lưu lượng của người sử dụng. Một số cấu trúc GMPLS được chỉ ra ở Bảng 4.12. Bảng 4.12: Một số cấu trúc của GMPLS Miền chuyển mạch Loại lưu lượng Lược đồ chuyển tiếp Thiết bị điển hình Gói, cell IP, ATM Nhãn như phần thêm vào header, của gói kết nối kênh ảo (VCC) IP router , ATM switching Thời gian TDM/SONET Nhãn là khe thời gian trong chu kỳ lặp lại Hệ thống kết nối chéo số DSC, ADM Bước sóng Trong suốt Bước sóng WDM, DWDM Không gian vật lý Trong suốt Đường quang OXC 4.6.7.3.Sự khác nhau giữa MPLS và GMPLS GMPLS được mở rộng từ MPLS, tuy nhiên trong khi MPLS hoạt động trong mảng số liệu thì GMPLS lại được ứng dụng trong mảng điều khiển, thực hiện quản lí kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh (như TDM), chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch quang. Một điểm khác nữa giữa MPLS và GMPLS là MPLS yêu cầu đường chuyển mạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó GMPLS mở rộng khái niệm LSP, LSP trong GMPLS có thể được thiết lập giữa bất kì kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên mạng. Chẳng hạn, có thể thiết lập LSP giữa các bộ ghép kênh ADM/SDH tạo nên TDM LSP hoặc có thể thiết lập giữa hai hệ thống chuyển mạch để tạo nên LSC LSP hoặc giữa các hệ thống nối chéo chuyển mạch quang để tạo nên FSC LSP. 4.6.7.4.Các giao thức sử dụng trong GMPLS GMPLS đã mở rộng giao thức báo hiệu (RSVP-TE, CR-LDP) và giao thức định tuyến (OSPF-TE, IS-IS-TE). Các mở rộng này dùng cho các đặc tính mạng quang và TDM/SONET. Ngoài ra trong GMPLS thêm vào giao thức quản lí liên kết (LMP). Giao thức quản lí liên kết là một giao thức mới để quản lí và bảo dưỡng mặt phẳng điểu khiển và mặt phảng dữ liệu giữa hai node lân cận nhau. LMP là giao thức dựa trên IP bao gồm các mở rộng đối với RSVP-TE và CR- LDP. Bảng 4.13 tóm tắt các giao thức và các mở rộng của GMPLS. Bảng 4.13. Các giao thức và các mở rộng của GMPLS Định tuyến OSPF-TE, IS-IS-TE Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tự động về topo mạng, thông báo các tài nguyên khả dụng. Một số tăng cường chính gồm: -Cho biết loại bảo vệ tuyến (1+1. 1:1, không bảo vệ, lưu lượng phụ thêm). -Nhận và thông báo các liên kết không có địa chỉ IP-link ID . -Giao diện ID vào và ra. -Khám phá tuyến khác nhau cho dự phòng. Báo hiệu RSVP-TE, CR-LDP Giao thức báo hiệu dùng cho quá trình thiết lập các LSP mang lưu lượng. Các tăng cường chính: -Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng không phải chuyển mạch gói. -Thiết lập các LSP 2 hướng. -Báo hiệu để thiết lập đường dự phòng. -Thúc đẩy việc gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất. -Hỗ trợ chuyển mạch băng tần-tập các bước sóng gần nhau được chuyển mạch với nhau. Quản lý liên kết LMP 1. Quản lí kênh điều khiển: được thiết lập bởi các tham số liên kết (ví dụ như tần số gửi bản tin keep-alive) và đảm bảo sự hoạt động tốt cho cả liên kết. 2. Kiểm tra việc kết nối liên kết: Đảm bảo kết nối vật lí của liên kết giữa các node lân cận, sử dụng một ping-như bản tin kiểm tra. 3. Liên hệ các đặc tính liên kết: Xác định các đặc tính liên kết của các node lân cận. 4. Cô lập lỗi: Cô lập các lỗi đơn hoặc lỗi kép trong miền quang.