Tổng quan về VPN
VPN được giới thiệu để cho phép các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng cơ sở hạ tầng công cộng có sẵn để thực thi các kết nối point-to-point giữa các site khách hàng. Một mạng khách hàng thực thi với bất kỳ công nghệ VPN nào sẽ nằm trong vùng điều khiển của khách hàng được gọi là các site khách hàng, các site này được kết nối với nhau thông qua mạng của nhà cung cấp dịch vụ (SP – service provider). Trong các mạng dựa trên bộ định tuyến truyền thống (traditional router-based network), các site khác nhau của cùng khách hàng được kết nối với nhau bằng các kết nối point-to-point chuyên dụng (lease line, Frame Relay,…). Chi phí thực hiện phụ thuộc vào số lượng site khách hàng. Các site kết nối dạng full mesh sẽ làm gia tăng chi phí theo cấp số mũ. Frame Relay và ATM là những công nghệ đi đầu thích hợp thực thi VPN. Các mạng này bao gồm các thiết bị khác nhau thuộc về khách hàng hoặc nhà cung cấp dịch vụ, đó là các thành phần của giải pháp VPN.
Nhìn chung, VPN gồm các vùng sau:
Khi Frame Relay và ATM cung cấp cho khách hàng các mạng riêng, nhà cung cấp không thể tham gia vào việc định tuyến khách hàng. Các nhà cung cấp dịch vụ chỉ vận chuyển dữ liệu qua các kết nối point-to-point ảo. Như vậy nhà cung cấp chỉ cung cấp cho khách hàng kết nối ảo tại lớp 2; đó là mô hình Overlay. Nếu mạch ảo là cố định, sẵn sàng cho khách hàng sử dụng mọi lúc thì được gọi là mạch ảo cố định (PVC – permanent virtual circuit). Nếu mạch ảo được thiết lập theo yêu cầu (on-demand) thì được gọi là mạch ảo chuyển đổi (SVC – switch virtual circuit). Hạn chế chính của mô hình Overlay là các mạch ảo của các site khách hàng kết nối dạng full mesh (ngoại trừ triển khai dạng hub-and-spoke hay partial hub-and-spoke). Nếu có N site khách hàng thì tổng số lượng mạch ảo cần thiết cho việc tối ưu định tuyến là N(N-1)/2.
Ban đầu Overlay VPN được thực thi bởi SP để cung cấp các kết nối lớp 1 (physical layer) hay mạch chuyển vận lớp 2 (dữ liệu dạng frame hoặc cell) giữa các site khách hàng bằng cách sử dụng các thiết bị Frame Relay hay ATM switch làm PE. Do đó nhà cung cấp dịch vụ không thể nhận biết được việc định tuyến ở phía khách hàng. Sau đó, Overlay VPN thực thi các dịch vụ qua IP (lớp 3) với các giao thức định đường hầm như L2TP, GRE, và IPSec. Tuy nhiên, dù trong trường hợp nào thì mạng của nhà cung cấp vẫn trong suốt đối với khách hàng, và các giao thức định tuyến chạy trực tiếp giữa các router của khách hàng.
Mô hình ngang cấp (peer-to-peer) được phát triển để khắc phục nhược điểm của mô hình Overlay và cung cấp cho khách hàng cơ chế vận chuyển tối ưu qua SP backbone. Do đó nhà cung cấp dịch vụ có thể tham gia vào việc định tuyến của khách hàng. Trong mô hình peer-to-peer, thông tin định tuyến được trao đổi giữa các router khách hàng và các router của nhà cung cấp dịch vụ, dữ liệu của khách hàng được vận chuyển qua mạng lõi của nhà cung cấp. Thông tin định tuyến của khách hàng được mang giữa các router trong mạng của nhà cung cấp (P và PE), và mạng khách hàng (các CE router). Mô hình này không yêu cầu tạo ra mạch ảo. Quan sát hình trên ta thấy, các CE router trao đổi tuyến với các router PE trong SP domain. Thông tin định tuyến của khách hàng được quảng bá qua SP backbone giữa các PE và P và xác định được đường đi tối ưu từ một site khách hàng đến một site khác. Việc phát hiện các thông tin định tuyến riêng của khác hàng đạt được bằng cách thực hiện lọc gói tại các router kết nối với mạng khách hàng. Địa chỉ IP của khách hàng do nhà cung cấp kiểm soát. Tiến trình này xem như là thực thi các PE peer-topeer chia sẻ (shared PE peer-to-peer).
Hình sau mô tả những việc triển khai mô hình peer-to-peer.
Kiến trúc và thuật ngữ trong MPLS VPN
Trong kiến trúc mạng MPLS VPN, các router biên mang thông tin định tuyến khách hàng, cung cấp định tuyến tối ưu cho lưu lượng giữa các site của khách hàng. Mô hình MPLS-based VPN cũng giúp cho khách hàng sử dụng không gian địa chỉ trùng lắp (overlapping address spaces), không giống như mô hình peer-to-peer truyền thống trong việc định tuyến lưu lượng khách hàng yêu cầu nhà cung cấp phải gán địa chỉ IP riêng cho mỗi khách hàng (hoặc khách hàng phải thực hiên NAT) để tránh trùng lắp không gian địa chỉ. MPLS VPN là một dạng thực thi đầy đủ của mô hình peer-to-peer; MPLS VPN backbone và các site khách hàng trao đổi thông tin định tuyến lớp 3, và dữ liệu được chuyển tiếp giữa các site khách hàng sử dụng MPLS-enable SP IP backbone. Miền (domain) MPLS VPN, giống như VPN truyền thống, gồm mạng của khách hàng và mạng của nhà cung cấp. Mô hình MPLS VPN giống với mô hình router PE dành riêng (dedicated PE router model) trong các dạng thực thi VPN ngang cấp peer-to-peer VPN. Tuy nhiên, thay vì triển khai các router PE khác nhau cho từng khách hàng, lưu lượng khách hàng được tách riêng trên cùng router PE nhằm cung cấp khả năng kết nối vào mạng của nhà cung cấp cho nhiều khách hàng. Các thành phần của một MPLS VPN được trình bày trong hình sau:
Các thành phần chính của kiến trúc MPLS VPN:
Mạng khách hàng – thường là miền điều khiển của khách hàng gồm các thiết bị hay các router trải rộng trên nhiều site của cùng một khách hàng. Các router CE – là những router trong mạng khách hàng giao tiếp với mạng của nhà cung cấp. Ở hình trên, mạng khách hàng của CustomerA gồm các router CE1-A, CE2-A và các thiết bị trong Site 1 và Site 2 của CustomerA. Các router CE của Customer A là CE1-A và CE2-A, và router CE của Customer B là CE1-B và CE2-B.
Mạng của nhà cung cấp – miền thuộc điều khiển của nhà cung cấp gồm các router biên (edge) và lõi (core) để kết nối các site thuộc vào các khách hàng trong một hạ tầng mạng chia sẻ. Các router PE – là các router trong mạng của nhà cung cấp giao tiếp với router biên của khách hàng. Các router P – router trong lõi của mạng, giao tiếp với các router lõi khác hoặc router biên của nhà cung cấp. Trong hình trên, mạng của nhà cung cấp gồm các router PE1, PE2, P1, P2, P3, và P4. PE1 và PE2 là router biên của nhà cung cấp trong miền MPLS VPN cho khách hàng A và B. Router P1, P2, P3 và P4 là các router nhà cung cấp (provider router).
Mô hình định tuyến MPLS VPN
MPLS VPN giống như mô hình mạng ngang cấp với router dành riêng. Từ một router CE, chỉ cập nhật IPv4, dữ liệu được chuyển tiếp đến router PE. CE không cần bất kỳ một cấu hình riêng biệt nào cho phép nó tham gia vào miền MPLS VPN. Yêu cầu duy nhất trên CE là một giao thức định tuyến (hay tuyến tĩnh(static)/tuyến ngầm định (default)) cho phép nó trao đổi thông tin định tuyến IPv4 với các router PE. Trong mô hình MPLS VPN, router PE thực hiện rất nhiều chức năng. Trước tiên nó phải phân tách lưu lượng khách hàng nếu có nhiều hơn một khách hàng kết nối tới nó. Vì thế, mỗi khách hàng được gắn với một bảng định tuyến độc lập. Định tuyến qua SP backbone thực hiện bằng một tiến trình định tuyến trong bảng định tuyến toàn cục.
Router P cung cấp chuyển mạch nhãn giữa các router biên của nhà cung cấp và không biết đến các tuyến VPN. Các router CE trong mạng khách hàng không nhận biết được các router P và do đó cấu trúc mạng nội bộ của mạng SP trong suốt đối với khách hàng. Hình sau mô tả chức năng của router PE.
