Hoạt động của MPLS

- Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp hai.MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP. Các Router trong lõi phải enable MPLS trên từng giao tiếp. Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS. Nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label) được chèn vào giữa header lớp ba và header lớp hai. Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của khiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack).

- Công thức để gán nhãn gói tin là:

Network Layer Packet + MPLS Label Stack

- Không gian nhãn (Label Space): có hai loại. Một là, các giao tiếp dùng chung giá trị nhãn (per-platform label space). Hai là, mỗi giao tiếp mang giá trị nhãn riêng, (Per-interface Label Space).

- Bộ định tuyến chuyển nhãn (LSR – Label Switch Router): ra quyết định chặng kế tiếp dựa trên nội dung của nhãn, các LSP làm việc ít và hoạt động gần giống như Switch.- Con đường chuyển nhãn (LSP – Label Switch Path): xác định đường đi của gói tin MPLS. Gồm hai loại: Hop by hop signal LSP - xác định đường đi khả thi nhất theo kiểu best effort và Explicit route signal LSP - xác định đường đi từ nút gốc.Một số ứng dụng của MPLS:

- Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với các yêu cầu khác nhau. Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiếu quả. Video cho phép thất thoát dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính thời gian thực (realtime). Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao. MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu quả cao.Một số ứng dụng đang được triển khai là:

- MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch cụ có thể tạo VPN lớp 3 dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hàng, chỉ dùng một cơ sở hạ tầng công cộng sẵn có, không cần các ứng dụng encrytion hoặc end-user.

- MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả năng thiết lập một hoặc nhiều đường đi để điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng.- MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về QoS cho khách hàng.

MPLS Unicast/Multicast IP routing.

Điểm vượt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM:

- Khi hợp nhất với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng những thuận lợi của các tế bào ATM - chiều dài thích hợp và chuyển với tốc độ cao. Trong mạng đa dịch vụ chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụ ATM, Frame, Replay và IP Internet trên một mặt phẳng đơn trong một đường đi tốc độ cao. Các mặt phẳng (Platform) công cộng hỗ trợ các dịch vụ này để tiết kiệm chi phí và đơn giản hóa hoạt động cho nhà cung cấp đa dịch vụ. ISP sử dụng chuyển mạch ATM trong mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp các các dòng Cisco, BPX8600, MGX8800, Router chuyển mạch đa dịch vụ 8540 và các chuyển mạch Cisco ATM giúp quản lí mạng hiệu quả hơn xếp chồng (overlay) lớp IP trên mạng ATM. Chuyển mạch nhãn tránh những rắc rối gây ra do có nhiều router ngang hàng và hỗ trợ cấu trúc phân cấp (hierarchical structure) trong một mạng của ISP.

Sự tích hợp:

MPLS xác nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp chồng lớp IP trên ATM. MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến IP và loại bỏ các yêu cầu ánh xạ giữa các đặc tính IP và ATM. MPLS không cần địa chỉ ATM và kỹ thuật định tuyến (như PNNI).Độ tin cậy cao hơn:

Với cơ sở hạ tầng ATM, MPLS có thể kết hợp hiệu quả với nhiều giao thức định tuyến IP over ATM thiết lập một mạng lưới (mesh) dịch vụ công cộng giữ các router xung quanh một đám mây ATM. Tuy nhiên có nhiều vấn đề xảy ra do các PCV link giữa các router xếp chồng trên mạng ATM. Cấu trúc mạng ATM không thể thấy bộ định tuyến. Một link ATM bị hỏng làm hỏng nhiều router-to-router link, gây khó khăn cho lượng cập nhật thông tin định tuyến và nhiều tiến trình xử lí kéo theo.

Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ:

MPLS sử dụng hàng đợi và bộ đếm của ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau. Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP và loại dịch vụ (class of service – cos) trên chuyển mạch ATM mà không cần chuyển đổi phức tạp sang các lớp ATM Forum Service.

Hỗ trợ hiệu quả cho Mulicast và RSVP:

Khác với MPLS, xếp lớp IP trên ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc hỗ trợ các dịch vụ IP như IP muticast và RSVP( Resource Reservation Protocol - RSVP). MPLS hỗ trợ các dịch vụ này, kế thừa thời gian và công việc theo các chuẩn và khuyến khích tạo nên ánh xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP&ATM

Sự đo lường và quản lí VPN:

MPLS có thể tính được các dịch vụ IP VPN và rất dễ quản lí các dịch vụ VPN quan trọng để cung cấp các mạng IP riêng trong cơ sở hạ tầng của nó. Khi một ISP cung cấp dịch vụ VPN hỗ trợ nhiều VPN riêng trên một cơ sở hạ tầng đơn.Với một đường trục MPLS, thông tin VPN chỉ được xử lí tại một điểm ra vào. Các gói mang nhãn MPLS đi qua một đường trục và đến điểm ra đúng của nó. Kết hợp MPLS với MP-BGP (Mutiprotocol Broder Gateway Protocol) tạo ra các dịch vụ VNP dựa trên nền MPLS (MPLS-based VNP) dễ quản lí hơn với sự điều hành chuyển tiếp để quản lí phía VNP và các thành viên VNP, dịch vụ MPSL-based VNP còn có thể mở rộng để hỗ trợ hàng trăm nghìn VPN.Giảm tải trên mạng lõi:

Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ mọi thông tin định tuyến để phân cấp. Hơn nữa,có thể tách rời các định tuyến Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ. Giống như dữ liệu VPN, MPSL chỉ cho phép truy suất bảng định tuyến Internet tại điểm ra vào của mạng. Với MPSL, kĩ thuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết với điểm tương ứng. Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ cũng giúp hạn chế lỗi, ổn định và tăng tính bảo mật

Khả năng điều khiển lưu lượng:

MPLS cung cấp các khả năng điều khiển lưu lượng để sửng dụng hiệu quả tài nguyên mạng. Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển tải từ các phần quá tải sang các phần còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, tải, thời gian,…

Các hình thức hoạt động của MPLS:

Mạng MPLS dùng các nhãn để chuyển tiếp các gói. Khi một gói đi vào mạng, Node MPLS ở lối vào đánh dấu một gói đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC – Forwarding Equivalence Class) cụ thể.

Trong mạng MPLS nhãn điều khiển mọi hoạt động chuyển tiếp. Điều này có nhiều thuận lợi hơn sự chuyển tiếp thông thường:

- Sự chuyển tiếp MPLS có thể thực hiện bằng các bộ chuyển mạch (switch), có thể tra cứu (lookup) thay thế nhãn mà không ảnh hưởng đến header lớp mạng. Các bộ chuyển ATM thực hiệc các chức năng chuyển các tế bào dựa trên giá trị nhãn. ATM-switch cần được điều khiển bởi một thành phần điều khiển MPLS dựa vào IP (IP-base MPLS control element) như bộ điều khiển chuyển mạch nhãn (LSC - Label Switch Controller). Đây là dạng cơ bản của sự kết hợp IP với ATM.

- Khi một gói vào mạng nó được chuyển đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding Equivalence Class). Router có thể sử dụng thông tin gói, như cổng vào (ingress) hay giao tiếp (interface). Các gói đi vào mạng được gán các nhãn khác nhau. Quyết định chuyển tiếp được thực hiện dễ dàng bởi router ngõ vào. Điều này không có trong sự chuyển tiếp thông thường, vì sự xác định lộ trình của router khác với thông tin lộ trình trên gói.

- Mạng được quản lý lưu lượng buộc gói đi theo một con đường cụ thể, một con đường chưa được sử dụng. Con đường đó được chọn trước hoặc ngay khi gói đi vào mạng tốt hơn sự lựa chọn bởi các thuật toán định tuyến thông thường. Trong MPLS, một nhãn có thể được dùng để đại diện cho tuyến, không cần kèm trong gói. Đây là dạng cơ bản của MPLS Traffic Engineering.

- "Lớp dịch vụ (Class of service)" của gói được xác định bởi nút MPLS vào (ingress MPLS node). Một nút MPLS vào có thể huỷ tuyến hay sửa đổi lịch trình để điều khiển các gói khác nhau. Các trạm sau có thể định lại ràng buộc dịch vụ bằng cách thiết lập PBH (per-hop behavior). MPLS cho phép (không yêu cầu) độ ưu tiên một phần hoặc hoàn toàn của lớp dịch vụ từ nhãn. Trường lợp này nhãn đại diện cho sự kết hợp của một FEC với độ ưu tiên hoặc lớp dịch vụ. Đây là dạng cơ bản của MPLS QoS.

Nhãn (Label) trong MPLS

Kiểu khung (Frame mode):

- Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói với nhãn gắn trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20bit, nghĩa là có thể có 220 giá trị khác nhau. Một gói có nhiều nhãn, gọi là chồng nhãn (label stack). Ở mỗi chặng trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét.

Hình 2 mô tả định dạng tiêu đề của MPLS

- Trong đó:

- EXP=Experimental (3 bit): dành cho thực nghiệm. Cisco IOS sử dụng các bit này để giữ các thông báo cho QoS; khi các gói MPLS xếp hàng có thể dùng các bit EXP tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence).

- S=Bottom of stack (1 bit): là bít cuối chồng. Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1, các nhãn khác có bít này là 0.

- TTL=Time To Live (8 bit): thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp (giống như trong IP). Thường dùng khi người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài.Kiểu tế bào (Cell mode):

- Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router ngõ vào (ingress router) phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM – chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router ngõ ra (egress router) sắp xếp lại các tế bào thành một gói.

- Trong đó:

GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung

VPI (Virtual Path Identifier): nhận dạng đường ảoVCI (Virtual Channel Identifier): nhận dạng kênh ảoPT (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tinCLP (Cell Loss Priority): Chức năng chỉ thị ưu tiên huỷ bỏ tế bào HEC (Header error check): Kiểm tra lỗi tiêu đề.