Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLS
Nguồn: khonggianit.vn
Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS – Multi Protocol Label Switching) là
một công nghệ mới, bắt đầu được nghiên cứu vào năm 1997. Nó là thành
phần chính trong các mạng WAN nhờ đó cải thiện đáng kể hiệu năng của
mạng.
Tuy nhiên khi nhu cầu sử dụng mạng ngày càng tăng thì MPLS lại gặp phải vấn đề
về chất lượng dịch vụ và tốc độ truyền dẫn. Trong khi đó, công nghệ mạng không
dây đang có xu hướng phát triển rất mạnh mẽ. Do đó, việc mở rộng MPLS sang
lĩnh vực mạng không dây là một xu hướng tất yếu. Bài viết giới thiệu về công
nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây (Wireless MPLS – WMPLS), cấu
trúc gói tin, hoạt động và ứng dụng của WMPLS.
1. Giới thiệu chung về WMPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây (WMPLS) là công nghệ mở rộng của
MPLS sang lĩnh vực không dây, do đó, trước khi tìm hiểu về WMPLS, chúng ta sẽ
điểm lại một vài đặc điểm quan trọng của MPLS.
MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãn
thành một giải pháp đơn giản để đạt được các mục tiêu: cải thiện hiệu năng định
tuyến, tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền thống và
tăng tính mềm dẻo trong quá trình phát triển các loại hình dịch vụ mới…
Trong MPLS, nhãn được sử dụng để truyền tải gói tin qua mạng. Các nhãn này
gắn vào các gói tin và cho phép bộ định tuyến chuyển tiếp lưu lượng theo nhãn mà
không cần địa chỉ IP đích.
MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần chức năng riêng biệt là chuyển tiếp gói tin
và điều khiển. Phần chức năng chuyển tiếp gói sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Kỹ
thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp cho gói tin trong một
bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồi chuyển tới cổng ra
của bộ định tuyến. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông
thường ở lớp mạng và do vậy cải tiến được năng lực của thiết bị. Phần chức năng
điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến với nhiệm vụ phân phối
thông tin định tuyến giữa các bộ định tuyến, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông
tin định tuyến thành bảng chuyển tiếp nhãn. MPLS có thể hoạt động được với các
giao thức định tuyến Internet như giao thức tìm đường đi ngắn nhất OSPF (Open
Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol) hay PNNI (Private
Network-to-Network Interface) của ATM.
Khi các gói tin vào mạng MPLS, bộ định tuyến không chuyển tiếp theo từng gói
mà thực hiện phân loại chúng thành các lớp chuyển tiếp FEC (Forwarding
Equivalency Classes), sau đó liên kết các lớp này với các giá trị nhãn. Để ấn định
và phân bổ các liên kết nhãn với lớp chuyển tiếp, MPLS sẽ sử dụng giao thức phân
bổ nhãn LDP (Label Distribution Protocol). Khi giao thức LDP hoàn thành nhiệm
vụ, một đường dẫn chuyển mạch nhãn sẽ được thiết lập từ đầu vào tới đầu ra. Hình
1 chỉ ra vị trí và khuôn dạng nhãn MPLS trong một gói dữ liệu.
Hình 1: Định dạng cấu trúc nhãn MPLS
Trong đó:
CoS: Phân lớp dịch vụ (Class of Service)
S: Ngăn xếp (Stack)
TTL = Thời gian sống của gói tin trên mạng (Time To Live)
2. Nhu cầu phát triển của WMPLS
Các công ty như Juniper, Nortel và Cisco hiện đang đầu tư thời gian và tiền của để
nghiên cứu và phát triển vấn đề tích hợp MPLS với công nghệ Internet trên lĩnh
vực không dây. Nguyên nhân là do: IP trong lĩnh vực không dây hiện nay đang
gặp phải một số thách thức, như các giao thức định tuyến IP không hoàn toàn phù
hợp với các mạng không dây di động khi đem so sánh nó với công nghệ WMPLS.
Việc tích hợp MPLS với IP di động đang trở thành một công nghệ hấp dẫn. Nó
cho phép quản lý cục bộ, hỗ trợ chuyển giao, cấp phát địa chỉ, định tuyến và
chuyển giao lưu lượng trong môi trường không dây.
Có một số công nghệ khác như công nghệ ATM, các công nghệ 3G, đang được
sửa đổi để hỗ trợ IP di động. Tuy nhiên, MPLS là công nghệ được ưa thích hơn cả
vì nó có thể đơn giản hóa việc điều khiển lưu lượng trong các mạng lõi. Hơn nữa,
MPLS không chỉ cung cấp tốc độ xử lý nhanh để cải thiện hiệu năng cho IP hiện
nay với chi phí thấp nhất mà còn không gây ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ khi
hạ tầng mạng thay đổi.
3. Hoạt động của WMPLS
3.1. Cấu trúc gói tin WMPLS
WMPLS sử dụng hai khuôn dạng tiêu đề cơ bản được chỉ ra trong hình 2. Trong
mạng WMPLS, 2 bit đầu tiên trong số 20 bit của trường nhãn (Label) sẽ được đọc
giống như trường cờ (Flag). Trường này sẽ quyết định trường điều khiển (Control)
và trường CRC (Cyclic Redundancy Code) có được sử dụng hay không, đồng thời
cho biết độ dài của trường điều khiển được sử dụng là 1 hay 2 byte, tương ứng với
các bit chỉ số thứ tự là 3 hay là 7.
Trong mô hình chồng lấn, tại đó giao thức lớp thấp hơn sẽ hỗ trợ việc điều khiển
luồng và lỗi, khuôn dạng tiêu đề WMPLS sẽ không có trường điều khiển và
trường CRC. Để xác định khuôn dạng cho nhãn khi này thì hai bit đầu tiên của
trường nhãn được thiết lập bằng 0 để biểu thị rằng trường điều khiển và trường
CRC không được sử dụng (Hình 2a).
Cờ
(2 bit)
Nhãn
(18 bit)
CoS
(1 bit)
S
(1 bit)
TTL
(8 bit)
Hình 2a: Tiêu đề WMPLS khi không có trường điều khiển và CRC
Hình 2b: Tiêu đề WMPLS có trường điều khiển và CRC
Trong trường điều khiển, chỉ ra ở hình 2b, N(S) là số thứ tự gói/khung đang gửi và
N(R) là số thứ tự khung yêu cầu phát lại tự động hoặc số thứ tự khung báo nhận
điều khiển luồng. Số bit của N(S) và N(R) phụ thuộc vào giá trị của cờ (bảng 1).
Trong đó, đối với các dịch vụ tốc độ truyền tải thấp, N(R) và N(S) chỉ có 3 bit, và
ngược là sẽ là 7 bit.
Bảng 1: Giá trị các bit cờ trong tiêu đề gói tin WMPLS
Các bit cờ (Flag) N(S), N(R)
0 0 Không có trường điều khiển và CRC
0 1 3 bit N(R) và 3 bit N(S)
1 0 7 bit N(R) và 7 bit N(S)
1 1 Dự phòng cho các ứng dụng trong tương lai
3.2. Giao thức trong WMPLS
Hai giao thức được sử dụng trong mạng MPLS là giao thức phân bổ nhãn LDP và
giao thức giành trước tài nguyên (RSVP- Resource Reservation Protocol). Khi tiến
hành mở rộng MPLS sang miền không dây, người ta đã tiến hành sửa đổi hai giao
thức này để có thể hỗ trợ các dịch vụ WMPLS. Mạng WMPLS sử dụng giao thức
định tuyến cưỡng bức LDP (CR-LDP - Constraint-based Label Distribution
Protocol) để định nghĩa người sử dụng (NSD) đầu cuối và giao thức RSVP mở
rộng (E-RSVP) để thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path).
Do đó, trong môi trường mạng tế bào di động, khi thực hiện chuyển giao từ một
trạm gốc này sang một trạm gốc khác thì sẽ không phải phá bỏ kết nối LSP.
3.3. Hoạt động của WMPLS