Đề tài Nghiên cứu và mô phỏng một số cơ chế bảo vệ, khôi phục đường trong Mpls - Te

t lỗi sẽ được báo hiệu bằng bản tin CR-LDP-Notification. Để thiết lập một CR-LSP theo một đường dẫn gồm tập các nút LER/LSR xác định trước, CR-LDP sử dụng đối tượng tuyến tường minh ER chứa đựng các bản tin CR-LDP-Label-Request. Xét ví dụ trong hình 2.11, giả sử LSR1 muốn thiết lập một con đường tường minh là LSR1→LSR2→LSR3→LSR4, LSR1 xây dựng đối tượng ER chứa tuần tự 3 địa chỉ IP với vai trò MPLS-TE Router-ID của 3 nút LSR2, LSR3, LSR4. Tiếp theo LSR1 khởi tạo bản tin CR-LDP-Label-Request chứa đối tượng ER vừa xây dựng, LSR1 tìm đường và gửi bản tin này tới nút đầu tiên trong danh sách ER, đó là nút LSR2. Tiếp đó LSR2 tiếp nhận bản tin và nhận thấy nó là nút đầu tiên trong danh sách ER, sau đó LSR2 tiếp tục quá trình như ở nút LSR1, nút LSR3 tương tự như nút LSR2. Khi bản tin đến LSR4, nó nhận thấy nó là nút cuối cùng trong danh sách ER, do vậy LSR4 khởi tạo bản tin CR-LDP-Label-Mapping chứa nhãn dành cho CR-LSP và gửi nó ngược trở lại các nút trong danh sách ER, tới nút LSR3. LSR3 tiến hành cập nhật bảng LFIB để cập nhật nhãn mới có được trong bản tin Mapping. Sau đó LSR3 chuyển tiếp bản tin CR-LDP-Label-Mapping tới LSR2 (nút tiếp theo trong danh sách theo chiều ngược lại) với nhãn mới dành cho CR-LSP, tuy nhiên giá trị nhãn mới này do LSR3 ấn định và nó có thể mang giá trị khác so với giá trị nhãn mới mà R3 nhận được từ R4. Quá trình tương tự với LSR2, và sau cùng LSR1 nhận được bản tin này và tiến hành quá trình cập nhật bảng LFIB. Hình 2.11: Thiết lập đường ràng buộc CR-LSP với giao thức CR-LDP Khi một nút LER/LSR nhận được một bản tin CR-LDP-Label-Request, nó thực hiện thủ tục kiểm soát truy nhập (Admission Control) trong CR-LDP để kiểm tra xem nó có đảm bảo được các tài nguyên được yêu cầu bởi trung kế lưu lượng hay không. Nếu không đảm bảo, CR-LDP sẽ gửi trả về bản tin CR-LDP-Notification để hủy phiên yêu cầu, quá trình thiết lập CR-LSP không thành công. Ngược lại nếu đảm bảo, thủ tục kiểm soát truy nhập sẽ dự trữ nó bằng cách cập nhật bảng tài nguyên (Resource Table) và bản tin CR-LDP-Label-Request được chuyển tiếp đến nút tiếp sau trong danh sách ER. Khi một nút LER/LSR nhận được một bản tin CR-LDP-Label-Mapping, nó sẽ thực hiện một loạt các thủ tục sau: Lưu thông tin nhãn mới và giao diện nhận được vào bảng LIB. Lưu thông tin CR-LDP được yêu cầu vào bảng cơ sở thông tin tuyến tường minh ERB (Explicit RIB). Sử dụng thủ tục kiểm soát tài nguyên (Resource Control/Manager) trong CR-LDP để khởi tạo một bảng hàng đợi phục vụ cho CR-LSP vừa yêu cầu thiết lập đồng thời lưu Service-ID của CR-LSP vào bảng ERB Chuyển tiếp bản tin CR-LDP-Label-Mapping tới nút MPLS tiếp sau trong danh sách ER theo chiều ngược lại. 2.2.6.2.2 Giao thức RSVP-TE Theo tài liệu RFC 3209, RSVP-TE là phiên bản mở rộng của giao thức dự trữ tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) nhằm hỗ trợ các phương thức định tuyến ràng buộc, kỹ thuật lưu lượng và các hoạt động cấp phát tài nguyên dành cho miền chuyển mạch MPLS thực hiện kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE. So với phiên bản RSVP truyền thống, RSVP-TE vẫn sử dụng tập các bản tin RSVP-PATH và RSVP-RESV. Tuy nhiên xuất hiện thêm các trường phụ trợ trong các bản tin này để hỗ trợ MPLS-TE, đó là các trường đối tượng như Label_Request, Explicit_Route, Record_Route, Label, Session_Attribute… Các hoạt động cơ bản của RSVP-TE là: Gắn nhãn cho LSP ràng buộc Định tuyến từng chặng hoặc định tuyến tường minh Báo hiệu dành riêng tài nguyên cho LSP ràng buộc Tái định tuyến LSP ràng buộc sau sự cố Điều khiển chặng của LSP Các cơ chế lấn chiếm Nguyên tắc hoạt động cơ bản của RSVP-TE hỗ trợ định tuyến ràng buộc được đặc tả như trên hình 2.12. Hình 2.12 Thiết lập đường ràng buộc TE-LSP với giao thức RSVP-TE Headend-LSR gửi bản tin RSVP-PATH có chứa các trường Label_Request, Explicit_Route, Record_Route, Session_Attribute dọc theo đường dẫn LSP ràng buộc đã tính toán trước đó để tới Tailend-LSR. Đối với giao thức RSVP-TE, khái niệm LSP ràng buộc còn được gọi là TE-LSP. Trường Label_Request mang yêu cầu gắn nhãn cho TE-LSP, trường Explicit_Route thể hiện danh sách các nút LER/LSR dọc TE-LSP có được từ thuật toán định tuyến ràng buộc CSPF hoặc gắn tĩnh, trường Session_Attribute mang thông tin về các thuộc tính ràng buộc yêu cầu của TE-LSP. Mỗi nút trung gian trên đường dẫn TE-LSP giữa Headend-LSR và Tailend-LSR tiếp nhận bản tin RSVP-PATH và thực hiện thủ tục kiểm soát truy nhập Admission Control để kiểm tra thuộc tính ràng buộc yêu cầu của TE-LSP và so sánh với tài nguyên của bản thân nó, lượng tài nguyên này chính là các thuộc tính ràng buộc của các liên kết. Nếu kết quả của thủ tục này trả về là đồng ý, thì nút trung gian sẽ cho phép TE-LSP được thiết lập và dành riêng phần tài nguyên yêu cầu của TE-LSP đó. Tiếp đó nút trung gian khởi tạo bản tin RSVP-PATH mới nhưng với trường Explicit_Route của bản tin RSVP-PATH nhận được và gửi nó tới nút trung gian kế tiếp cho tới khi bản tin này đến được Tailend-LSR. Tailend-LSR tiếp nhận bản tin RSVP-PATH và cũng thực hiện thủ tục kiểm soát truy nhập như các nút trung gian. Khi nhận ra rằng mình là nút cuối cùng trong chuỗi Explicit_Route, Tailend-LSR gửi trả về bản tin RSVP-RESV chứa trường Label và Record_Route, đường đi của bản tin này theo danh sách Explicit_Route với chiều ngược lại. Trường Label chứa giá trị nhãn mới dành cho TE-LSP mà các nút trung gian và Headend-LSR có thể sử dụng để truyền lưu lượng của trung kế lưu lượng. Khi các nút trung gian nhận được bản tin RSVP-RESV, nếu có yêu cầu lấn chiếm, các nút này sẽ thực hiện hủy các TE-LSP có độ ưu tiên thấp để nhường tài nguyên cho các TE-LSP có độ ưu tiên cao hơn. Trong trường hợp có lỗi xảy ra trong hoạt động thiết lập và báo hiệu TE-LSP, bản tin RSVP-PATHERR sẽ ra thông báo lỗi và chi tiết lỗi tương ứng. Trong trường hợp TE-LSP không còn cần tài nguyên của mạng hay TE-LSP bị lấn chiếm bởi một TE-LSP khác có độ ưu tiên cao hơn thì bản tin RSVP-PATHTEAR sẽ ra thông báo hủy phiên làm việc của TE-LSP và lý do chi tiết tương ứng. 2.2.7 Truyền tải lưu lượng của trung kế lưu lượng lên LSP ràng buộc Kết quả của quá trình tính toán và thiết lập, báo hiệu đường ràng buộc là một đường dẫn đơn hướng LSP ràng buộc thỏa mãn các thuộc tính ràng buộc yêu cầu bởi trung kế lưu lượng. Bước tiếp theo trong việc thực hiện kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE đó là truyền tải lưu lượng của trung kế lưu lượng lên LSP ràng buộc. Lý do cần thiết phải có một phương thức để ghép lưu lượng lên đường dẫn LSP ràng buộc là: Ta đã biết một bộ định tuyến chuyển phát gói tin IP dựa trên bảng định tuyến, tuy nhiên quá trình định tuyến IP thông thường với kết quả bảng định tuyến RIB là tách biệt so với quá trình định tuyến ràng buộc với kết quả đường dẫn LSP phù hợp nhất với trung kế lưu lượng. Do vậy để một nút có thể chuyển phát được lưu lượng IP đi thì cần thiết phải có cơ chế thông báo cho bảng định tuyến RIB kiến thức về các LSP ràng buộc. Để truyền tải lưu lượng của trung kế lưu lượng lên LSP ràng buộc hay nói cách khác, để ghép được lưu lượng lên các đường dẫn LSP đã được lưu lượng hóa, ta có các phương thức sau: Định tuyến tĩnh (Static Routing) Định tuyến theo chính sách PBR (Policy-based Routing) Thông cáo tuyến tự động (Autoroute Announce theo RFC 3906) Lân cận chuyển tiếp (Forwarding Adjacency theo RFC4201) Ghép trực tiếp lưu lượng MPLS-AToM (Any Transport over MPLS) lên các LSP ràng buộc Lựa chọn LSP ràng buộc theo phân lớp chất lượng dịch vụ CBTS (Class-based Tunnel Selection) Như đã trình bày trong mục 2.2.6, các LSP ràng buộc còn có thể được gọi là các CR-LSP (với CR-LDP) hay các TE-LSP (với RSVP-TE). Phương thức truyền tải lưu lượng lên TE-LSP sử dụng định tuyến tĩnh là phương thức đơn giản nhất, được thiết lập bởi nhà điều hành mạng tại mỗi Headend-LSR. Với mỗi mạng đích, nhà quản trị sẽ chỉ định TE-LSP cụ thể, Headend-LSR sẽ dựa trên thông tin cụ thể đó để truyền tải các lưu lượng hướng đến các mạng đích đã được cấu hình đó lên các TE-LSP được chỉ định. Ưu điểm của phương thức này là đơn giản, nhanh chóng, không yêu cầu tính toán phức tạp, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương thức này là khả năng mở rộng rất kém, yêu cầu khối lượng cấu hình triển khai rất lớn và phức tạp từ phía nhà điều hành mạng. Một nhược điểm khác đó là phương thức này không cho phép phân biệt dịch vụ đối với lưu lượng đến mạng đích hay lưu lượng đi trên TE-LSP. Các lưu lượng yêu cầu các mức chất lượng dịch vụ cao như các loại hình dịch vụ thời gian thực (Voice/Video/Streamming/Interactive Applications) sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều. Phương thức truyền tải lưu lượng lên TE-LSP sử dụng định tuyến theo chính sách PBR cải tiến nhược điểm của phương thức định tuyến tĩnh, PBR cho phép phân biệt dịch vụ đối với lưu lượng đến mạng đích hay lưu lượng đi trên TE-LSP bằng cách sử dụng các đối tượng “route-map” cho phép phân tách và xác định luồng lưu lượng cụ thể sẽ đi trên TE-LSP. Tiêu chí phân tách của “route-map” có thể là: giá trị IP-Precedence/DSCP trong trường ToS của tiêu đề gói tin IPv4 hoặc trong trường Traffic Class của tiêu đề gói tin IPv6; địa chỉ IP đích; địa chỉ cổng TCP/UDP;… Tuy nhiên phương thức sử dụng định tuyến theo chính sách PBR vẫn có nhược điểm là khả năng mở rộng rất kém, yêu cầu khối lượng cấu hình triển khai rất lớn và phức tạp từ phía nhà điều hành mạng. Phương thức truyền tải lưu lượng lên TE-LSP sử dụng thông cáo tuyến tự động (Autoroute Announce hay IGP Shortcuts theo tài liệu RFC 3906) là phương thức tự động đầu tiên được đưa ra nhằm khắc phục các nhược điểm trước đây của hai phương thức đầu tiên. Với phương thức này, trong quá trình tính toán ra bảng RIB, thuật toán SPF được chỉnh sửa sao cho các TE-LSP có thể được sử dụng như các giao diện ngõ ra và next-hop hướng tới mạng đích. Với thông cáo tuyến tự động, TE-LSP tại nút Headend-LSR được xem như một đường dẫn kết nối trực tiếp tới Tailend-LSR, do vậy tất cả các lưu lượng đi tới Tailend-LSR và tất cả các mạng đằng sau vị trí của Tailend-LSR đều sử dụng TE-LSP làm giao diện ngõ ra. Autoroute Announce chỉ ảnh hưởng tới quá trình truyền tải lưu lượng của nút Headend-LSR mà không ảnh hưởng tới các LSR khác trong khu vực mạng lõi. Giá trị chi phí IGP Cost của TE-LSP bằng giá trị chi phí Cost tổng cộng để đi từ Headend-LSR tới Tailend-LSR theo đường tốt nhất (được tính toán bởi SPF) bất kể TE-LSP có thực sự đi hoàn toàn trên đường đó hay đi trên đường dẫn khác phù hợp hơn. Ta quan sát phương thức Autoroute Announce ở hình 2.13 dưới đây. Một CR-LSP ràng buộc được tính toán và thiết lập giữa R7 và R6, thông thường CR-LSP này chỉ được sử dụng để truyền tải lưu lượng có đích đến tại R6. Tuy nhiên với phương thức Autoroute Announce, CR-LSP này còn có thể được sử dụng để truyền tải các lưu lượng dành cho các nút đằng sau R6 (R8, R9, R10). Sẽ có một cơ chế để tính toán những nút đằng sau mà R7 được phép sử dụng CR-LSP để truyền tải lưu lượng đến. Hình 2.13: Truyền tải lưu lượng lên TE-LSP bằng phương thức Autoroute Announce Phương thức truyền tải lưu lượng lên TE-LSP sử dụng lân cận chuyển tiếp (Forwarding Adjacency theo tài liệu RFC 4201) là phương thức cho phép Headend-LSR có thể quảng bá các TE-LSP như một đường dẫn đơn hướng trong mạng, cho phép các LER/LSR có thể sử dụng các TE-LSP mà Headend-LSR đã tính toán và thiết lập thành công tới các Tailend-LSR. Các TE-LSP giờ đây có thể được quảng bá như các đường dẫn kết nối trực tiếp giữa Headend-LSR và các Tailend-LSR. Do về bản chất TE-LSP là đường dẫn đơn hướng LSP nên về thực chất để có thể triển khai được phương thức lân cận chuyển tiếp, giữa mỗi cặp Headend-LSR và Tailend-LSR cần phải có 2 TE-LSP cho mỗi chiều lưu lượng. Ta quan sát phương thức Forwarding Adjacency ở hình 2.14. Hình 2.14: Truyền tải lưu lượng lên TE-LSP bằng phương thức Forwarding Adjacency Với cơ chế định tuyến IP truyền thống lưu lượng từ R1 tới R7 sẽ đi theo đường R1→R2→R3→R7 do đường dẫn này là tối ưu nhất. Nếu kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE được triển khai với 2 TE-LSP được thiết lập giữa R2-R3 và R4-R6, lưu lượng từ R1 tới R7 vẫn đi trên TE-LSP giữa R2-R3 bởi lưu lượng chỉ có thể được ghép trực tiếp vào TE-LSP tại Headend-LSR (R2 và R4) (TE-LSP chỉ được sử dụng bởi Headend-LSR mà không được quảng bá cho các LSR khác ở trong mạng nên R1 vẫn chuyển tiếp lưu lượng đến R2). Khi phương thức Forwarding Adjacency được triển khai trên R2,R3,R4,R6, các TE-LSP sẽ được quảng bá như các đường liên kết trong miền MPLS-TE. Do vậy R1 sẽ đưa các TE-LSP vào trong quá trình tính toán SPF của mình và có thể sử dụng chúng. TE-LSP nào có giá trị chi phí IGP Cost nhỏ nhất sẽ được R1 sử dụng để truyền lưu lượng tới R7, nếu các TE-LSP có giá trị chi phí IGP Cost bằng nhau thì lưu lượng sẽ được cân bằng tải trên các TE-LSP này theo cơ chế cân bằng tải thông thường của các giao thức định tuyến truyền thống. Phương thức ghép trực tiếp lưu lượng MPLS-AToM (Any Transport over MPLS) lên các TE-LSP được sử dụng khi MPLS-AToM được triển khai trong miền MPLS-TE. MPLS-AToM là ứng dụng nâng cao của MPLS, cho phép đóng gói trong thành phần tải tin của khung MPLS không chỉ gói tin IPv4/IPv6 mà còn là rất nhiều loại giao thức ở lớp liên kết dữ liệu như ATM AAL5, Frame-Relay, PPP, HDLC, Ethernet, IEEE802.1Q. Tuy nhiên nhược điểm của MPLS-AToM là chỉ cho phép truyền tải các loại giao thức lớp liên kết dữ liệu theo hình thức điểm-điểm (MPLS-VPLS cho phép đóng gói khung Ethernet trong thành phần tải tin của khung MPLS với cơ chế truyền tải điểm-đa điểm). Phương thức ghép trực tiếp lưu lượng MPLS-AToM lên các TE-LSP bằng cách cấu hình tại các nút Headend-LSR để chỉ định loại lưu lượng của giao thức nào sẽ đi trên TE-LSP nào cụ thể. Phương thức lựa chọn LSP ràng buộc theo lớp dịch vụ CBTS (Class-based Tunnel Selection) cho phép ghép các loại lưu lượng với mức dịch vụ khác nhau lên các TE-LSP khác nhau để truyền tải lưu lượng giữa mỗi cặp Headend-LSR và Tailend-LSR. Tiêu chí để phân loại các loại lưu lượng với mức dịch vụ khác nhau cũng tương tự như việc phân loại dịch vụ trong mô hình DiffServ của IP truyền thống bằng các giá trị IP-Precedence trong trường ToS của tiêu đề gói tin IPv4 hoặc các giá trị trong trường EXP của khung MPLS. Thông thường tại các Ingress-LSR sẽ có các ánh xạ giữa giá trị IP-Precedence và EXP. Trong trường hợp Headend-LSR đóng vai trò làm Ingress-LSR thì tiêu chí phân loại còn có thể là giá trị DSCP trong trường ToS của tiêu đề gói tin IPv4. Trường EXP có 3 bit, từ đó có thể phân loại được 8 mức dịch vụ, do vậy có thể có 8 TE-LSP giữa Headend-LSR và Tailend-LSR. Thông thường phương thức CBTS được phối hợp với phương thức Autoroute Announce để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các trung kế lưu lượng. 2.3 Bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE Sự cố xảy ra trong một mạng có thể bao gồm nhiều nguyên nhân như đứt đường truyền vật lý, quá tải năng lực xử lý của thiết bị, tắc nghẽn,… và gây ra tình trạng mất gói và nhiều hậu quả khác và có thể ảnh hưởng một khu vực của mạng hoặc toàn bộ hệ thống mạng. Thông thường ta có thể phân loại sự cố trên mạng đó là: Sự cố liên kết (đường truyền) Sự cố nút (thiết bị) Kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE có các cơ chế bảo vệ, khôi phục nhằm giảm thiểu tối đa hậu quả của các sự cố trong miền chuyển mạch MPLS-TE, từ đó cung cấp khả năng truyền tải lưu lượng tin cậy. Lưu lượng trong miền chuyển mạch MPLS-TE đi trên các đường dẫn LSP ràng buộc bao gồm một tập các liên kết đi qua các nút, khi có sự cố xảy ra với các nút và liên kết tương ứng của một LSP ràng buộc thì LSP đó không thể tiếp tục truyền tải lưu lượng như bình thường. Và nguyên tắc cơ bản của bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE là ngay lập tức chuyển lưu lượng của LSP ràng buộc gặp sự cố sang một LSP ràng buộc khác để đảm bảo khả năng truyền tải trong mạng. 2.3.1 Sự cần thiết của bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE Các nhà điều hành mạng đã phải đương đầu với các sự cố về liên kết và nút trong mạng từ khi hệ thống mạng ra đời. Các giao thức định tuyến nội miền IGP thông thường đã có các phương thức thích nghi và nhanh chóng phục hồi sau khi gặp sự cố. Quá trình từ lúc phát hiện sự cố cho tới khi khắc phục hoàn toàn sự cố được gọi là quá trình hội tụ. Trong mạng cần phải đảm bảo thời gian hội tụ thấp để giảm thiểu thời gian xảy ra vấn đề mất gói. Tuy nhiên khả năng hội tụ của các giao thức IGP có một số nhược điểm như: Trong một mạng lớn, thời gian hội tụ tương đối lâu, trong thời gian hội tụ mất gói xảy ra, thông thường để khôi phục một liên kết bị “flapping” trong mạng lõi có thể cần tới 5-10 giây Một liên kết bị sự cố có thể dẫn tới tắc nghẽn tại một số khu vực trong mạng, trong khi một số khu vực khác thì không được sử dụng Nếu cấu hình giảm thời gian hội tụ xuống thấp thì có thể làm cho mạng quá nhạy cảm với các sự cố nhỏ như tình trạng liên kết bị “flapping” Với các giao thức định tuyến IGP dạng Link-State như OSPF/IS-IS, thuật toán SPF sẽ được thi hành mỗi khi bất kỳ một liên kết nào “up” hoặc “down”, nếu liên kết đó bị hiện tượng “flapping” (up,down xảy ra liên tục) thì thuật toán SPF sẽ phải thi hành nhiều lần dẫn đến tình trạng mất ổn định trong mạng và tiêu thụ năng lực xử lý của nút. Kỹ thuật MPLS-TE đòi hỏi sự có mặt của các giao thức định tuyến loại này, tình hình còn tồi tệ hơn, khi một liên kế xảy ra sự cố, quá trình hội tụ thông thường sẽ diễn ra với các sự kiện như sau: Liên kết gặp sự cố, các LSP thông thường tương ứng bị hủy, thuật toán SPF thi hành lại để tính toán lại các bảng định tuyến, giao thức LDP thực hiện gắn nhãn lại cho các LSP mới Các LSP ràng buộc tương ứng với liên kết gặp sự cố sẽ bị hủy, các Headend-LSR có các LSP ràng buộc bị hủy phải thi hành lại thuật toán CSPF để tính toán đường LSP ràng buộc mới CR-LDP/RSVP-TE phải thực hiện thiết lập và báo hiệu LSP ràng buộc mới Headend-LSR phải thực thi phương thức ghép lưu lượng của trung kế lưu lượng lên LSP ràng buộc mới (thi hành SPF nếu sử dụng Autoroute Announce) Do đó thời gian hội tụ trong miền MPLS-TE khi xảy ra sự cố có thể diễn ra với thời gian lâu hơn rất nhiều so với định tuyến IP truyền thống. Ngay cả khi hệ thống mạng lõi sử dụng các phương thức chuyển mạch bảo vệ tự động APS (AutoProtection Switching) như trong mạng SONET cho phép chuyển đổi liên kết bị hỏng sang liên kết dự phòng với thời gian trễ nhỏ hơn 50ms thì thời gian hội tụ của miền MPLS-TE vẫn bị ảnh hưởng do các giao thức định tuyến (OSPF/IS-IS) vẫn phải thiết lập các mối quan hệ lân cận mới. Do đó nhất thiết phải có cơ chế bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE để đảm bảo khả năng truyền tải tin cậy của kỹ thuật này. Mục tiêu của các cơ chế bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE là giảm thiểu nhiều nhất có thể tỷ lệ mất gói trong thời điểm mạng gặp sự cố. 2.3.2 Khái niệm và phân loại các cơ chế bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE 2.3.2.1 Khái niệm bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE Khái niệm các cơ chế bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE là tập các thủ tục cho phép áp dụng đối với một hoặc nhiều nguồn tài nguyên của mạng một cách có chọn lựa nhằm đảm bảo tỷ lệ mất gói thấp trước sự cố trong mạng. Tài nguyên được bảo vệ có thể là các tài nguyên mang tính vật lý như liên kết, nút, hoặc cũng có thể là các tài nguyên mang tính logic như các LSP ràng buộc đi trên một liên kết hoặc đi qua một nút. Khi một liên kết gặp sự cố, các LSP ràng buộc đi trên liên kết hoặc đi qua nút này cũng sẽ gặp sự cố, do đó bảo vệ, khôi phục tài nguyên vật lý cũng chính là bảo vệ tài nguyên logic. Về mặt thuật ngữ, trong các tài liệu RFC của IETF, khái niệm bảo vệ, khôi phục còn được gọi tắt là FRR (Fast ReRoute) hoặc Protection & Restoration. Nguyên lý cơ bản của các cơ chế bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE đó là các tài nguyên được lựa chọn bảo vệ sẽ hoạt động cùng với các tài nguyên dự phòng được thiết lập trước. Các tài nguyên dự phòng sẽ chỉ được thực hiện báo hiệu khi tài nguyên được lựa chọn bảo vệ gặp sự cố. Thông thường tài nguyên được lựa chọn bảo vệ, khôi phục là liên kết, nút hoặc đường TE-LSP. Các khái niệm cơ bản sử dụng trong FRR là: Đường TE-LSP làm việc: là đường chuyển tải trung kế lưu lượng khi xảy ra lỗi. Đây là đường được bảo vệ bởi cơ chế khôi phục. Đường TE-LSP khôi phục: là đường mà trung kế lưu lượng sẽ được tái định tuyến sau khi xảy ra lỗi, được thiết lập để bảo vệ cho đường làm việc. PSL (Path Switch LSR): là LSR đứng trước vị trí lỗi trên đường làm việc chị trách nhiệm chuyển mạch hoặc tái tạo lưu lượng sang đường khôi phục. PML (Path Merge LSR): là LSP chị trách nhiệm nhận lưu lượng trên đường khôi phục, và sẽ: hoặc hợp nhất lưu lượng trở về đường làm việc hoặc , hoặc chuyển lưu lượng ra khỏi miền MPLS nếu bản thân nó là đích. POR (Point Of Repair): POR là một LSR chịu trách nhiệm sữa chữa một LSP, nó có thể là PML hoặc PSL tùy theo cơ chế khôi phục nào được dung. FIS (Fault Indication Signal): là bản tin chỉ thị có lỗi xảy ra trên đường, được chuyển tiếp bởi các LSR trung gian cho tới khi nó tới được POR. FIS được phát đi theo chu kỳ bởi các nút cận kề vị trí lỗi. FRS (Fault Recovery Signal) : là bản tin chỉ thị một lỗi trên đường làm việc đã được sửa chữa xong.FRS được chuyển tiếp cho đến khi nó đến được một LSP đảm nhận công việc chuyển trả lại đường nguyên thủy. 2.3.2.2 Phân loại các cơ chế bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE Có hai phương thức để phân loại các cơ chế bảo vệ, khôi phục trong kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE, đó là: Phân loại dựa trên vị trí bảo vệ, khôi phục kết hợp loại tài nguyên được lựa chọn bảo vệ, khôi phục. Với phương thức này ta có các cơ chế: Bảo vệ, khôi phục dạng sửa chữa toàn cục Bảo vệ, khôi phục dạng sửa chữa cục bộ Phân loại dựa trên đặc điểm của tài nguyên dự phòng. Với phương thức này ta có các cơ chế: Bảo vệ, khôi phục dạng tái định tuyến Bảo vệ, khôi phục dạng chuyển mạch bảo vệ 2.3.2.2.1 Sửa chữa toàn cục và sửa chữa cục bộ: Sửa chữa toàn cục là bảo vệ, khôi phục khi có sự cố bất kì nào trên đường LSP làm việc. Điểm sửa chữa POR (ở đây chính là Headend-LSR) thường cách xa vị trí lỗi và được thông báo bằng tín hiệu FIS. Việc khôi phục đường có tính chất từ đầu cuối tới đầu cuối (end-to-end), trong đó đường làm việc và đường bảo vệ tách rời nhau (disjoint) hoàn toàn. Sửa chữa cục bộ cũng nhằm bảo vệ, khôi phục khi có sự cố liên kết hoặc sự cố nút nhưng khôi phục nhanh hơn sửa chữa toàn cục nếu điểm sửa chữa POR ở xa so với Headend-LSR nhờ việc sửa chữa được thực hiện cục bộ tại thiết bị phát hiện sự cố. Nút liền kề trực tiếp trước vị trí lỗi sẽ đóng vai trò là PSL khởi tạo công tác khôi phục. Sửa chữa cục bộ có thể được thiết lập theo hai trường hợp: Khôi phục liên kết: để bảo vệ một liên kết trên đường làm việc. Nếu một lỗi xảy ra trên link này thì đường khôi phục sẽ nối liền giữa PSL và PML ở hai đầu liên kết lỗi. Đường khôi phục và đường làm việc tách rời nhau đối với liên kết được lựa chọn bảo vệ, khôi phục. Khôi phục nút: để bảo vệ một nút trên đường làm việc. Đường khôi phục và đường làm việc phải tách rời nhau đối với nút được bảo vệ và các liên kết nối vào nút này. PML có thể là nút trên đường làm việc nằm kề sau nút được bảo vệ, khôi phục hoặc PML là Tailend-LSR. 2.3.2.2.2 Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ Đối với khôi phục bằng tái định tuyến (re-route), đường khôi phục được thiết lập theo yêu cầu sau khi xảy ra sự cố. Khi phát hiện sự cố trên đường làm việc, một LSR đứng trước vị trí lỗi có vai trò là POR mới bắt đầu báo hiệu một đường khôi phục đi vòng qua điểm lỗi và nối (merge) vào một nút nào đó nằm sau điểm lỗi trên đường làm việc. Đường khôi phục này có thể được tính toán sẵn trước hoặc tính toán sau khi phát hiện sự cố. Khi đường khôi phục được thiết lập xong, PSL bắt đầu chuyển lưu lượng trên đường này. Trong chuyển mạch bảo vệ thì đường khôi phục được tính toán và thiết lập trước khi xảy ra sự cố trên đường làm việc. PSL được cấu hình để chuyển mạch lưu lượng sang đường khôi phục ngay khi nó biết có lỗi trên đường làm việc (trực tiếp phát hiện lỗi hoặc nhờ nhận được FIS). Vì đường khôi phục đã được thiết lập trước nên chuyển mạch bảo vệ nhanh hơn so với khôi phục bằng tái định tuyến. 2.3.3 Các mô hình bảo vệ, khôi phục đường Có 6 loại mô hình bảo vệ, khôi phục đường trong MPLS-TE đã được xây dựng và phát triển, mỗi loại mô hình có những đặc điểm và tính chất đặc trưng riêng cũng như có ưu điểm, nhược điểm riêng. Trước khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của từng loại, ta có bảng 2.3 phân loại và thống kê các đặc điểm của các mô hình bảo vệ, khôi phục. Bảng 2.3: So sánh đặc điểm các mô hình bảo vệ, khôi phục đường trong MPLS-TE Mô hình bảo vệ, khôi phục Sửa chữa toàn cục (Global) Sửa chữa cục bộ (Local) Tái định tuyến (Rerouting) Chuyển mạch bảo vệ (Protection Switching) Makam √ √ Haskin √ √ √ Hundessa √ √ √ Shortest-Dynamic √ √ Simple-Dynamic √ √ Simple-Static √ √ 2.3.3.1 Mô hình Makam Đây là mô hình bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE đầu tiên được đề xuất. Nó cung cấp bảo vệ, khôi phục toàn cục cho một LSP bằng cách thiết lập đường khôi phục giữa Headend-LSR và Tailend-LSR. Đường làm việc và khôi phục tách rời nhau hoàn toàn (disjoint) cả về tập liên kết và nút. Khi phát hiện lỗi ở bất kì vị trí nào trên đường làm việc, tín hiệu FIS được dùng để chuyển thông báo lỗi về Headend-LSR (là PSL). Headend-LSR sẽ thực hiện chuyển mạch lưu lượn