Chuyên đề Mô hình chất lượng dịch vụ IP trong MPLS

ên cơ sở trạng thái tài nguyên dự phòng được tính toán trên mặt bằng điều khiển. Giao thức RSVP RSVP được xác định trong RFC 2205.17 RSVP là một giao thức thiết lập tài nguyên dự phòng RSVP hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 và thích hợp cho cả hai kiểu multicast và unicast của IP. Trong giao thức dành trước tài nguyên RSVP, các nguồn tài nguyên được dành trước theo hướng độc lập. Máy chủ nguồn và máy chủ đích trao đổi các bản tin RSVP để thiết lập các trạng thái chuyển tiếp và phân loại gói tại mỗi node. RSVP không phải là một giao thức định tuyến mà là giao thức báo hiệu. Các bản tin RSVP truyền đi trên cùng một con đường mà các gói tin IP truyền đi, nó được xác định bằng các bảng định tuyến bên trong các bộ định tuyến IP. RSVP cung cấp nhiều kiểu dành riêng. RSVP là một giao thức phức tạp. Ngoài ra RSVP được sử dụng để duy trì và làm tươi trạng thái cho luồng ứng dụng yêu cầu QoS. Một số đặc tính cơ bản của RSVP như sau: RSVP là giao thức báo hiệu để dành trước tài nguyên trong đường truyền dẫn từ nguồn tới đích. RSVP báo hiệu tới tất cả các thiết bị mạng về yêu cầu QoS của ứng dụng. RSVP yêu cầu các ứng dụng khởi tạo yêu cầu. RSVP hoạt động liên điều hành với các kỹ thuật QoS khác để cải thiện độ đảm bảo cho các tài nguyên dành trước. Giao thức RSVP thường được dùng cho các ứng dụng yêu cầu cần đảm bảo các tham số băng thông, độ trễ. Để hiểu rõ được các vấn đề trên chúng ta đi xem xét hoạt động của giao thức RSVP. Một phiên làm việc gồm 3 tham số: Địa chỉ đích, nhận dạng giao thức, địa chỉ cổng đích. Hình 2.23 chỉ ra nguyên lý hoạt động của RSVP. Máy chủ nguồn gửi một bản tin Path tới đích cho một luồng dữ liệu hay còn gọi là một phiên truyền thông. Bản tin Path chứa các đặc tính cho một luồng dữ liệu được gửi, bản tin Path đi qua các bộ định tuyến trên đường dẫn tới đích. Các bộ định tuyến trên tuyến đăng ký nhận dạng và các đặc tính luồng vào cơ sở dữ liệu. Bản tin Resv được máy chủ nhận phát ngược lại trong bản tin Path, đây là các thông tin về dự phòng tài nguyên cho đường dẫn mà gói tin sẽ được chuyển qua. Hình 2.23: Nguyên lý hoạt động của RSVP Kỹ thuật IntServ (Integrated Service) sử dụng giao thức RSVP để dành trước tài nguyên trước khi truyền dữ liệu. Phía gửi sử dụng RSVP để gửi một bản tin PATH tới phía nhận để xác định các thuộc tính của lưu lượng sẽ gửi. Mỗi node trung gian sẽ chuyển tiếp bộ bản tin PATH tới các node kế tiếp. Khi nhận được bản tin PATH, bên nhận sẽ gửi bản tin RESV để yêu cầu tài nguyên cho luồng. Các node trung gian trên đường đi có thể chấp nhận hay từ chối các yêu cầu chứa trong bản tin RESV. Nếu yêu cầu bị từ chối, bộ định tuyến sẽ gửi bản tin báo lỗi cho bên nhận, quá trình báo hiệu kết thúc. Nếu yêu cầu được chấp nhận, tài nguyên được dành cho luồng và các thông tin trạng thái liên quan của luồng sẽ được cài đặt vào bộ định tuyến. RSVP có nhiều cấp bậc khác nhau và khó khăn trong việc thực hiện vì việc chuyển tiếp các gói dựa trên trạng thái của gói tại mỗi node, các định tuyến này yêu cầu các gói RSVP phải mang một số thông tin “tóm tắt” để định phiên làm việc của chúng. Các bộ định tuyến trung gian phải có một bảng định tuyến động chứa phương pháp sử lý các thông tin “tóm tắt” đó và thông tin về việc dành trước tài nguyên. Khi bộ định tuyến nhận được một gói thuộc một phiên làm việc RSVP nó phải tham chiếu vào bảng để biết cách xử lý gói như thế nào. Hình 2.24: Mô hình tích hợp dịch vụ sử dụng RSPV RSPV hỗ trợ 3 kiểu dành sẵn tài nguyên sau: Wildcard-Filter (WF): Tài nguyên được chia sẻ với tất cả người dùng (tài nguyên dùng chung). Fixed-Filter (FF): Không chia sẻ tài nguyên giữa các người dùng. Shared- Explicit (SE): Tài nguyên được chia sẻ trong một nhóm người dùng. Người gửi lựa chọn Dành riêng Explicit Distinct Charsed Kiểu Fixed-Filter (FF) Không được định nghĩa Kiểu Shared- Explicit (SE) Kiểu Wildcard- Filter (WF) Wildcard Bảng 1: các kiểu dành trước tài nguyên RSPV Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ Kiến trúc mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ được coi là bước phát triển tiếp theo của mô hình tích hợp dịch vụ IntServ. Một vấn đề lớn nhất tồn tại của IntServ là các nguồn tài nguyên cần phải được duy trì trạng thái thông tin thao từng luồng. Với các mạng có số lượng dịch vụ và số lượng thiết bị mạng lớn, vấn đề này trở nên khó khả thi đối với các bộ định tuyến lõi cần phải xử lý lưu lượng rất lớn trong mạng. Tiếp cận của mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ là không cần phải sử lý theo từng luồng lưu lượng phân biệt mà ghép chúng vào số lượng hạn chế của các lớp lưu lượng. Trong DiffServ, băng thông và các tài nguyên mạng khác được chỉ định trong các lớp lưu lượng. Mặt khác DiffServ hướng tới sử lý từng vùng dịch vụ phân biệt DS (Differential Service) thay vì sử lý từ đầu tới cuối như trong mô hình tích hợp dịch vụ IntServ. Hình 2.25 : Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ đưa độ phức tạp về phía biên mạng nhằm giảm bớt quá trình xử lý tải trên mạng lõi. Giải pháp này đẩy mạnh xử lý điều hành do giảm bớt thủ tục báo hiệu và các thông tin lưu trữ dành cho xử lý. DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ các dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau: Định nghĩa một số lượng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức ưu tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lưu lượng (băng thông min-max, kích cỡ bùng nổ, thời gian kéo dài bùng nổ). Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng tương ứng với các lớp dịch vụ. Các thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bít báo hiệu đã được đánh dấu trong tiêu đề của gói. Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng. Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng cung cấp một số lượng nhỏ các mức dịch vụ khác nhau cho rất nhiều kiểu dịch vụ của khách hàng. Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên, vì chức năng phân loại là công việc của thiết bị biên. Hỗ trợ rất tốt dịch vụ mạng riêng ảo VPN. Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như: Không có khả năng cung cấp băng thông và độ trễ đảm bảo như dịch vụ đảm bảo GS của IntServ hay ATM. Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ phân lớp dịch vụ chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ. Vấn đề quản lý trạng thái phân lớp dịch vụ của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm. Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ. Hình 2.26: Sử lý gói trong mô hình DiffServ Mô hình DiffServ bao gồm một số thành phần như sau: DS-Byte: byte xác định DiffServ là thành phần ToS của IPv4 và trường loại lưu lượng IPv6. Các bít trong byte này thông báo gói tin được mong đợi nhận được thuộc dịch vụ nào. Các thiết bị biên (router biên): nằm tại lối vào hay lối ra của mạng cung cấp DiffServ. Các thiết bị bên trong mạng DiffServ. Quản lý cưỡng bức: Các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và đo kiểm đảm bảo SLA giữa mạng và người dùng. Thực chất của các dịch vụ phân biệt DiffServ là chia lưu lượng thành nhiều lớp, điều khiển chúng khác nhau, đặc biệt khi tài nguyên hạn chế. Thông thường các bộ định tuyến làm việc dựa trên cơ sở gói, trong khi dịch vụ tích hợp làm việc dựa trên toàn bộ luồng. Nếu có trường hợp ở đó không phải tất cả lưu lượng có thể được chuyển tiếp ngay lập tức, thì bộ định tuyến sẽ có khả năng quyết định gói nào sẽ được phép truyền đầu tiên. Để phân biệt lưu lượng mạng, các gói được chia thành các lớp chuyển tiếp. Đối với trường hợp lưu lượng giao thức truyền file FTP có thể là lớp “0” và lưu lượng thoại IP có thể là lớp “1”. Thông tin lớp này được mã hoá vào tiêu đề của mỗi gói sau đó được đọc bởi mỗi bộ định tuyến dọc theo đường đi. Bộ định tuyến chứa bảng dữ liệu mà ở đó mỗi lớp chuyển tiếp được ghi vào cùng với cách thức xử lý lớp dịch vụ liên quan tương ứng cách thức chuyển tiếp. Trong trường hợp chung, tất cả các lớp “1” sẽ được xử lý trước mọi lớp “0”. Sự khác biệt trong mô hình dịch vụ phân biệt là có một vài node có chức năng phân loại các gói và chuyển tiếp chúng tương ứng với các lớp. Một số chức năng chính của DiffServ được liệt kê dưới đây. Bộ phân loại gói tin Phân loại là một quá trình thực hiện tại node biên. Ở đó lưu lượng đi vào mạng được bộ phân loại kiểm tra tiêu đề gói và quyết định kiểu lớp chuyển tiếp nào sẽ gán vào tiêu đề của gói. Các lớp được chỉ rõ trong thoả thuận mức dịch vụ SLA. Có hai kiểu bộ phân loại gói tin: Bộ phân loại gói tin kết hợp hành vi BA: BA chỉ kiểm tra giá trị điểm mã các dịch vụ phân biệt DSCP. Đó là trường tin chỉ thị cho gói tin được phân loại. Bộ phân loại gói tin đa trường MF: MF kiểm tra một vài trường tiêu đề trong gói IP. Nó thường sử dụng một tập hợp các trường như số cổng, nhận diện giao thức PID, địa chỉ nguồn/đích để quyết định lớp chuyển tiếp nào nó sẽ gán vào tiêu đề IP. Tính cước Thông thường khách hàng sẽ có một thoả thuận mức dịch vụ với ISP. Mọi lưu lượng vượt quá thoả thuận sẽ được giải quyết theo chuẩn của dịch vụ nỗ lực tối đa, vì vậy phương pháp tính cước là phương pháp động theo thực tế. Gán lớp chuyển tiếp Theo kiến trúc DiffServ một điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP được mang trong tất cả các gói tin tại trường ToS của gói tin IP. Quá trình phân loại, chia gói và chính sách áp dụng cho các gói tin được xử lý tại các bộ định tuyến biên để ghép vào các mức dịch vụ khác nhau. Khác với IntServ, DiffServ không cung cấp dịch vụ kiểu từ đầu cuối tới đầu cuối cho các ứng dụng đơn lẻ. Đúng hơn là nó tạo ra một tập hợp các khối lưu lượng và cung cấp một số chức năng để xây dựng các dịch vụ đảm bảo QoS qua mạng điều kiện và hoán đổi. Các luồng đầu vào bị tràn lưu lượng vẫn có thể chuyển tiếp lưu lượng theo yêu cầu, hoặc gán cho nó một lớp thấp hơn hoặc đơn giản là loại bỏ gói. Các hoạt động như vậy được gọi là xử lý điều kiện. Để thực hiện các điều kiện, tuỳ thuộc vào đặc tính lưu lượng hoặc kết quả kiểm tra mức lưu lượng mà luồng tin được xử lý đệm hoặc chuyển luồng, nghĩa là các gói mà nằm đối tượng được đưa vào bộ đệm để chờ khi lưu lượng giảm tới mức nào đó thì các gói đó được gửi đi. Hành vi cho mỗi chặng – PHB Có một số PHB xác định trước được định nghĩa bởi nhóm làm việc WG11 cho các dịch vụ phân biệt như sau: Mã điểm PHB mặc định: Mã điểm này được thiết kế cho khả năng tương thích với các dịch vụ IP truyền thống, cho phép lưu lượng nỗ lực tối đa định tuyến qua bộ định tuyến DS. Giá trị nhị phân là 000 000 có nghĩa là nó tương thích với tất cả các bộ định tuyến, vì vậy tất cả các bộ định tuyến DS phải hỗ trợ mã điểm này. PHB lựa chọn lớp: giải pháp DiffServ tương thích với các thiết bị sử dụng trường kiểu dịch vụ ToS là thông qua PHB lựa chọn lớp. DiffServ xác định 8 lớp cơ bản sử dụng cho chuyển tiếp để xác định các mức xử lý. Các lớp này không chỉ được sử dụng cho tương thích ngược với môi trường IP mà còn để tạo ra các dịch vụ mới với yêu cầu cách thức chuyển tiếp mới. Một gói nằm trong lớp cao nhất của DiffServ được xử lý có độ ưu tiên cao hơn hoặc bằng với gói tại lớp giá trị thấp hơn. AF PHB: Nhóm làm việc dịch vụ phân biệt IETF định nghĩa hai loại PHB: Expedited Forwarding (EF) PHB và Assured Forwarding (AF) PHB. Đặc điểm của AF PHB là phân phối dữ liệu đảm bảo với khả năng mất gói thấp. Đó là điều kiện tốt nhất khi sử dụng các giao thức không thực hiện xử lý sửa lỗi hoặc không có giải pháp truyền lại gói. AF PHB bao gồm 4 lớp chuyển tiếp và mỗi lớp chuyển tiếp có 3 mức ưu tiên loại bỏ gói tin, mỗi lớp được gán một băng thông và khoảng nhớ đệm xác định. Lớp A có thể có bộ nhớ đệm lớn hơn nhưng băng thông nhỏ và lớp D có thể có bộ nhớ đệm nhỏ nhưng băng thông lớn hơn. Nếu một gói phải bị loại bỏ, bộ định tuyến có cách nhận biết gói nào bị loại bỏ đầu tiên. Ngoài ra, mỗi lớp chuyển tiếp được phân bổ một số lượng cực nhỏ băng thông và bộ nhớ đệm. Nếu bộ nhớ đệm đầy, thì quá trình loại bỏ gói sẽ bắt đầu theo trật tự loại bỏ theo mức ưu tiên. Chúng ta có thể thấy rằng mặc dù gói lớp A ít quan trọng nhưng không bị loại bỏ, còn gói lớp C quan trọng nhưng vẫn bị loại bỏ. EF PHB: EF PHB đảm bảo tính năng về mặt tốc độ hơn là độ tin cậy. Nó được yêu cầu đưa ra các dịch vụ với khả năng tổn hao thấp, trễ thấp, rung pha thấp và đảm bảo băng thông. Vì rung pha và trễ gây nên bởi thời gian mà gói sử dụng ở trong bộ nhớ đệm và hàng đợi. Tốc độ đầu ra của bộ định tuyến này phải bằng (hoặc cao hơn đầu vào). Khi xảy ra hiện tượng quá tải, node biên miền DS không cho phép lưu lượng dạng này đi vào trong miền vì nó sẽ là nguyên nhân gây tắc nghẽn tại các bộ định tuyến trong miền DS. Vấn đề này được điều chỉnh bởi xác định mức dịch vụ SLA và xác định điều kiện lưu lượng truyền có điều kiện. Hình 2.27: Xử lý chuyển tiếp nhanh EH PHB PHB và thỏa thuận lớp lưu lượng: Các PHB xác định theo các giới hạn về tài nguyên của chúng có quan hệ ưu tiên với các PHB khác hay trong các giới hạn về đặc điểm lưu lượng tường minh.Các PHB này có thể được hình dung như là một khối làm sẵn để cấp phát các tài nguyên và nên được định rõ một nhóm PHB chắc chắn. Các nhóm PHB thường chia sẻ áp dụng ràng buộc chung cho PHB trong phạm vi nhóm., như chính sách lập lịch gói hay quản lý bộ đệm. Quan hệ giữa các PHB trong nhóm có thể ở dưới dạng ưu tiên tuyệt đối hay tương đối. Một PHB đơn là trường hợp đặc biệt của nhóm PHB. PHB được thực hiện trong các node theo một cơ cấu quản lý bộ đệm hoặc lập lịch gói. Hình 2.28: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA Kết hợp MPLS với DiffServ là một giải pháp đề xuất bởi tổ chức IETF cho việc thực thi QoS trong mạng của ISP. Lợi ích chủ yếu của giải pháp đó là xử lý dịch vụ phân biệt DiffServ để quyết định chọn LSP cho một gói tin được thực hiện tại node vào. Khi đó thông tin lớp dịch vụ DiffServ có thể được mang trong trường thử nghiệm EXP của tiêu đề MPLS. Trong một miền DS, tất cả các gói tin IP đi qua cùng một tuyến yêu cầu cùng một hành vi xử lý phân biệt dịch vụ DiffServ gọi là BA. Tại node đầu vào của miền DiffServ các gói tin được phân loại và đánh dấu điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP tương ứng với BA của chúng. Tại mỗi node chuyển tiếp, DSCP được sử dụng để lựa chọn PHB nhằm quyết định hàng đợi và lập lịch, trong một số trường hợp đó còn là xác suất huỷ bỏ gói tin. Miền phân biệt dịch vụ DS và điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP Một miền DS gồm các bộ định tuyến hỗ trợ cơ chế phân biệt dịch vụ, còn gọi là các node DS hoạt động với một chính sách cung cấp dịch vụ chung và thiết lập các nhóm PHB được thức hiện trên mỗi node. Một miền DS có biên gồm các node biên DS và các node lõi trong miền. Các node biên DS phân loại và điều khiển lưu lượng đầu vào để đảm bảo rằng các gói tin đi qua miền đánh dấu thích hợp để lựa chọn một PHB từ một nhóm các PHB được hỗ trợ trong phạm vi miền. Các node trong miền DS lựa chọn ứng xử chuyển tiếp cho các gói dựa trên điểm mã dịch vụ DSCP của chúng, sắp xếp vào một trong các PHB theo yêu cầu. Một miền DS thông thường gồm một hay nhiều mạng dưới cùng một chính sách quản trị. Việc quản trị một hay nhiều miền phải đảm bảo tin cậy để đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên tương xứng được cung cấp và được dự trữ để hỗ trợ các SLA yêu cầu. Hình 2.29: Miền phân biệt dịch vụ DS Một vùng DS là tập hợp một hay nhiều miền DS kế tiếp nhau. Các vùng DS có khả năng hỗ trợ các miền DS dọc theo đường dẫn nối các miền trong vùng. Các miền DS trong vùng DS có thể hỗ trợ nội bộ trong các nhóm PHB khac nhau và các điểm mã khác nhau để sắp xếp PHB. Tuy nhiên, để cho phép các dịch vụ nối ngang qua nhiều miền, các miền DS ngang hàng phải thiết lập mỗi miền một SLA ngang hàng chứa thỏa thuận lưu lượng TCA phù hợp. Một vài miền DS trong một vùng DS có thể kế thừa một chính sách cung cấp dịch vụ chung và có thể hỗ trợ tập hợp các nhóm PHB và cách sắp xếp điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP, vì vậy có thể loại bỏ quy định lưu lượng giữa các miền DS đó. Kết luận chương Chương này đưa ra các giải pháp kỹ thuật để nâng cao chất lượng dịch vụ mạng. Chất lượng dịch vụ là yếu tố quan trong nhất của một nhà cung cấp mạng nên các nhà khai thác luôn cần các giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng dịch vụ. Từ các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ và các yêu cầu chất lượng dịch vụ đã thể hiện một cách xuyên xuất và cho chúng ta thấy tầm quan trọng của QoS IP. Đưa ra hai mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ IP: mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ. Qua các đặc điểm của hai mô hình này chúng ta có thể hiểu và nắm bắt được rõ nhất về khía cạnh ứng dụng trong mô hình mạng thực tế. Từ đó chúng ta hiểu và cách nhìn xuyên suốt về đảm bảo chất lượng dịch vụ IP. CHƯƠNG III: CHẤT LƯỢNG IP VÀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS Chương này sẽ trình bày sơ lược sự phát triển và các thành phần chính của MPLS. Đưa ra các mô hình và giải pháp, cung cấp, hỗ trợ, định tuyến nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ QoS trong MPLS. Thể hiện việc kết hợp các mô hình chất lượng dịch vụ IP vào trong MPLS, các giải pháp báo hiệu trong MPLS. Mô hình chất lượng dịch vụ IP trong MLPS sẽ được trình bày chi tiết trong chương này. Động lực và phát triển của MPLS Sự phát triển công nghệ chuyển mạch MPLS là một kết quả của mô hình ứng dụng công nghệ IP trên nền ATM và FR. Chất lượng dịch vụ mạng QoS chính là yêu cầu thúc đẩy MPLS. So sánh với các yêu cầu khác, như quản lý lưu lương và hỗ trợ VPN thì QoS không phải là lý do quan trọng nhất để chuyển khai MPLS. Hầu hết các công việc được thực hiện trong MPLS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính IP QoS trong mạng. Nói cách khác mục tiêu chính là thiết lập điểm tương đồng của đặc tính QoS giữa IP và MPLS chứ không phải là làm MPLS QoS tốt hơn IP QoS. Để hiểu rõ thêm về MPLS chúng ta tìm hiểu một số lý do để thấy tầm quan trong của công nghệ MPLS và các tham số ảnh hưởng chính tới sự ra đời của công nghệ này: Tốc độ và độ trễ, khả năng hệ thống, tính đơn giản, tài nguyên mạng, điều khiển định tuyến. Tốc độ và độ trễ Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm. Mặc dù đã có nhiều cải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến như các kỹ thuật tìm kiếm nhanh bảng định tuyến, nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lý nhưng việc sử lý tìm kiếm rất chậm. Chuyển mạch nhãn đưa ra một cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp gói tin IP thông thường, thay vì việc phải mạng một khối hearder lớn thay vào đó là gán một nhãn thay cho địa chỉ IP. Tại mỗi node mạng, địa chỉ đích trong gói tin được xác minh và so sánh với các địa chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìm đường ra. Các gói tin chuyển qua các node mạng tạo ra độ trễ và các biến động trễ khác nhau. Khả năng hệ thống Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lý lưu lượng người dùng trên mạng internet là vấn đề rất quan trọng. Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của người dùng internet, thay vì hàng loạt các địa chỉ IP mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, làm giảm kích thước bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn. Tính đơn giản Sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên “nhãn” của nó. Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho qúa trình liên kết nhãn và đảm bảo tính tương quan giữa các nhãn với luồng lưu lượng người sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức tạp nhưng chúng không gây ảnh hưởng tới hiệu suất của dòng lưu lượng người dùng. Sau khi đã gán nhãn vào dòng lưu lượng người dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể nhúng trong phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt hoặc trong bộ xử lý đặc biệt. Tài nguyên sử dụng Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không chiếm dùng nhiều tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đường chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhãn. Điều khiển định tuyến Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng như sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là các trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với phương pháp này. Chuyển mạch nhãn là giải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích. Chuyển mạch nhãn khác với các phương pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác, sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ được xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đường dẫn chuyển mạch hướng tới đích. Nó cũng khái quát hoá cơ cấu chuyển tiếp và trao đổi nhãn, phương pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn như ATM, chuyển mạch khung, PPP, mà nó có thể thích hợp với bất kỳ một phương pháp đóng gói nào. Mô hình và giải pháp cung cấp QoS trong MPLS Kiến trúc của MPLS MPLS cho phép hoạt động với nhiều loại thủ tục mạng và thủ tục liên kết dữ liệu khác nhau. MPLS có thể được coi như một loại thủ tục dàn xếp, nó gồm một phần ở node mạng (mặt bằng điều khiển định tuyến) và một phần ở lớp liên kết dữ liệu (mặt bằng chuyển tiếp dữ liệu) và được đặt giữa lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu nên được gọi là lớp 2,5. Hình 3.1 : Các mặt bằng điều khiển định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu Với thiết kế của MPLS, nó cho phép nhiều loại thủ tục lớp mạng có thể hoạt động trên các loại thủ tục lớp liên kết dữ liệu ở cùng một thời điểm. Cơ cấu MPLS đã được đưa ra cho các thủ tục lớp mạng thông thường và các thủ tục lớp liên kết dữ liệu trong Internet hiện nay được trình bày trong hình 3.2. Trong hình này cho ta thấy khả năng rất rộng của MPLS, nhưng thực ra hiện nay nó chỉ tập trung trên thủ tục IPv4 qua PPP, ATM, FR và Ethernet, đối với nhiều thủ tục khác thì đang được nghiên cứu thêm và được coi như là các trường hợp đặc biệt. Hình 3.2: Mô hình MPLS đa thủ tục Hình 3.3 trình bày sự đóng gói MPLS trong trường hợp sử dụng một số công nghệ chính ở lớp 2. Trường hợp lớp 2 là ATM hoặc FR nhãn trên cùng có thể sử dụng các định dạng ở lớp 2 (VPI/VCI, DLCI). Trong trường hợp lớp 2 là Ethernet hoặc PPP thì nhãn nằm trong một đầu mục MPLS chèn thêm giữa đầu mục của lớp 2 và đầu mục của lớp 3. Hiện nay khi nói đến MPLS thường người ta nghĩ đến lớp 2 nên là ATM, đặc biệt dùng trong trường hợp vận chuyển IP qua mạng ATM. Các chuyển mạch ATM có khả năng MPLS thường chạy thủ tục đinh tuyến IP và sử dụng ATM cho cơ chế chuyển tiếp dữ liệu, các chuyển mạch này được gọi là ATM-LSR (ATM-Label Switch Router). Hình 3.3: Mô hình đóng gói chồng nhãn MPLS Giải pháp cung cấp QoS trong MPLS Giải pháp công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) là kết quả của phát triển của nhiều giải pháp chuyển mạch IP, mục tiêu cơ bản của giải pháp này là tích hợp định tuyến và chuyển mạch thành một tiêu chuẩn đơn nhất. Đặc biệt, MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến các lớp mạng và các cơ chế trao đổi nhãn thành một giải pháp đơn để đạt được các mục tiêu sau: Cải thiện hiệu năng định tuyến. Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình chồng lấn truyền thống. Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới. MPLS cũng có thể coi như một giải pháp công nghệ tổ hợp, mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 và tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như một kỹ thuật chuyển tiếp. MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP đơn, cập nhật trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, duy trì một không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ. MPLS chia bộ định tuyến IP làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị. Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là hoàn toàn khả thi. Đây là chức năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến khác. Tuy nhiên, do MPLS là công nghệ chuyển mạch định hướng kết nối nên khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền là cao hơn so với các công nghệ khác. Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc qu