Chuyển Mạch IP Và Chuyển Mạch Nhãn

Hình 3.2: Mô hình kết nối của chuyển mạch IP Bộ điều khiển xử lý định tuyến IP đ/ợc ghép với chuyển mạch ATM v cho phép chuyển mạch IP nh/ một giao thức của bộ định tuyến IP thông th/ờn

Ch ơng 3: chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

3.1 Khái niệm về chuyển mạch IP

3.1.1 Định nghĩa v thuật ngữ

Chuyển mạch IP l một thiết bị hay hệ thống m nó có thể gửi các gói tin IP ở lớp

3 v chứa th nh phần chuyển mạch có khả năng chuyển mạch các gói tin ở lớp 2 Thiết bị chuyển mạch IP có cơ chế nhận biết loại gói tin n o sẽ đ/ợc chuyển đi ở lớp

3 v gói n o sẽ đ/ợc chuyển mạch ở lớp 2, sau đó gửi một v i hoặc tất cả các gói tin

đi trên đ/ờng đ/ợc chuyển mạch lớp 2 Hầu hết các chuyển mạch IP sử dụng cơ cấu chuyển mạch ATM [3] Hình vẽ sau đây chỉ rõ hai mô hình chuyển mạch IP

Điểm điều khiển IP IPCP (IP Control Point) thực hiện các giao thức định tuyến IP

điển hình nh/ RIP, OSPF, BGP,.v v để cung cấp đ/ờng định tuyến từng chặng lớp 3 ngầm định v có thể liên lạc trực tiếp hoặc gián tiếp tới các th nh phần của chuyển mạch ATM để gửi các gói tin IP Cũng nh/ các hệ thống chuyển mạch ATM thông th/ờng, những th nh phần chuyển mạch ATM trong chuyển mạch IP duy trì một bảng kết nối các cổng v o/ra, các nhTn v o/ra (VPI/VCI) Có một số đặc điểm khác nhau giữa hai mô hình chuyển mạch IP biểu diễn trên hình 2.1 trên đây Mô hình thiết bị chuyển mạch IP (a) gồm bộ điều khiển IP v tr/ờng chuyển mạch tồn tại trong một thiết bị đơn Mô hình chuyển mạch IP ảo bao gồm nhiều th nh phần

chuyển mạch đ/ợc điều khiển trực tiếp hay gián tiếp của một bộ điều khiển IPCP Sự khác nhau nữa l vị trí của các cổng v o v cổng ra Trong cấu hình của chuyển mạch IP thì các cổng v o v cổng ra đều nằm trong cùng một đơn vị giao diện Với

bộ chuyển mạch IP ảo, th nh phần v o/ra cũng có thể đ/ợc định vị trên cùng một

đơn vị giao diện hoặc trên các giao diện riêng biệt Điều đó dẫn tới cách thức sử dụng v sự phụ thuộc v o các giao thức tìm đ/ờng v báo hiệu ATM v IP trong mỗi

mô hình l khác nhau

3.1.2 Đ ờng v o v đ ờng ra của chuyển mạch IP

Hệ thống chuyển mạch IP thực hiện định tuyến lớp 3 ngầm định để đẩy nhanh các dịch vụ chuyển mạch tại lớp 2 /u điểm của ph/ơng pháp n y l có thể nhóm các ứng dụng riêng lẻ hoặc tập hợp những ng/ời sử dụng cuối cùng bằng mạng cục

bộ LAN, phân mạng hoặc một địa chỉ đích đ/ợc phân chia Bất cứ tiêu chuẩn n odùng để phát hiện đích có thể nhận các dịch vụ chuyển mạch IP thì phải có một

đ/ờng v o (Ingress) v đ/ờng ra (Exgress) khỏi hệ thống chuyển mạch IP

Các thiết bị v o/ra của hệ thống chuyển mạch IP đ/ợc đặt ở gờ hệ thống chuyển mạch IP Thiết bị v o/ra có thể chứa một đoạn mT vận h nh trong một trạm l mviệc Các chức năng quan trọng của đ/ờng v o, ra chuyển mạch IP bao gồm :

o Cung cấp định tuyến IP ngầm định

o Cung cấp các dịch vụ chuyển đổi môi tr/ờng (ví dụ từ Ethernet sang ATM) để các gói tin v o/ra hệ thống chuyển mạch IP

o Tham gia trong các thủ tục điều khiển để thiết lập, duy trì v chuyển đổi đ/ờngdẫn để chuyển mạch lớp 2 giữa các cổng v o/ra thích hợp

o Tại lối v o phân loại những gói tin đủ tiêu chuẩn v sau đó chuyển chúng trên

đ/ờng chuyển mạch lớp 2 Điều n y bao gồm việc xem xét kỹ một số tr/ờng số liệu trong tiêu đề gói tin để xác định gói có đ/ợc đặt lên một đ/ờng đ/ợcchuyển mạch hay không? v nếu gói tin đủ tiêu chuẩn nó sẽ tìm trong bảng định tuyến v gắn một nhTn v o gói v truyền tế b o theo kết nối ảo của chuyển mạch lớp 2

o Tại lối ra, các gói nhận đ/ợc trên đ/ờng đ/ợc chuyển mạch lớp 2 v thực hiện các thủ tục định h/ớng IP chuẩn đ/a các gói ra khỏi hệ thống chuyển mạch để truyền đến bộ định tuyến tiếp theo

Giả sử rằng hệ thống chuyển mạch IP vừa quyết định một v i gói tin có thể đ/ợctruyền qua một đ/ờng chuyển mạch lớp 2 v một đ/ờng dẫn vừa đ/ợc thiết lập giữa hai thiết bị v o ra của mạng Các gói tin đến cổng v o của mạng đ/ợc phân loại đ/a

v o địa chỉ đích, địa chỉ nguồn, mạng đích để định tuyến theo lớp 3 ngầm định hoặc chuyển mạch lớp 2 Nếu các gói đ/ợc phân loại để đ/ợc chuyển mạch lớp 2 thì đ/ợch/ớng tới đích trên một đ/ờng dẫn Tất cả các gói khác đ/ợc chuyển đi ở lớp 3 sử dụng các thủ tục định tuyến IP thông th/ờng

3.1.3 Đ ờng tắt (Short - cut)

Trong một môi tr/ờng định tuyến IP thông th/ờng các gói tin từ nguồn tiến từng b/ớc một qua các bộ định tuyến đến đích, gắn với mỗi b/ớc nhảy định tuyến lnhững chức năng cần thiết nh/ tìm giao thức truyền, kiểm tra độ d i tiêu đề, độ suy giảm TTL, sự chuyển dịch môi tr/ờng …, điều n y dẫn đến hiện t/ợng trễ của các gói khi đi ngang qua các nút trung gian trên con đ/ờng định tuyến Có một cách để giảm thời gian chờ đợi v trễ l bỏ qua một số b/ớc trong quá trình định tuyến vchuyển tin Đ/ờng chuyển mạch lớp 2 đT đ/ợc nêu ở trên đây có thể l m đ/ờng tắt Một đ/ờng tắt l một kết nối ảo từ nguồn đến đích m bỏ qua những b/ớc định tuyến lớp 3 trung gian Nó có thể đ/ợc thiết lập giữa hai máy chủ, do bộ định tuyến hoặc cả hai Các đặc tính cơ bản của đ/ờng tắt l :

o Bỏ qua các chức năng định tuyến tầng 3 trung gian

o Xây dựng một đ/ờng tắt có thể dựa trên l/u l/ợng dữ liệu hoặc ph/ơng pháp

o Một đ/ờng tắt từ cổng v o đến một cổng ra có thể đ/ợc tạo ra trong một đ/ờng

từ đầu cuối- đến - đầu cuối hoặc có thể xây dựng bằng một loạt các đ/ờng tắt qua các nút trung gian Đ/ờng tắt v o/ra có thể đ/ợc thiết lập tại đ/ờng v o hoặc

đ/ờng ra khỏi mạng hoặc tại bất kỳ nơi n o đó trong mạng

o Đ/ờng tắt có thể l điểm-đến-điểm, điểm-đến-đa điểm hoặc đa điểm-đến- điểm

3.1.4 Hoạt động của chuyển mạch IP

Trên hình 3.2 sau đây chỉ ra các hoạt động điều h nh cơ bản của chuyển mạch IP

do Ipsilon đề xuất

Hình 3.2: Mô hình kết nối của chuyển mạch IP

Bộ điều khiển xử lý định tuyến IP đ/ợc ghép với chuyển mạch ATM v cho phép chuyển mạch IP nh/ một giao thức của bộ định tuyến IP thông th/ờng v thực hiện truyền gói trên nguyên tắc từng chặng (1) Khi luồng dữ liệu lớn xuất hiện giám sát bộ xử lý định tuyến IP sẽ báo hiệu cho luồng truyền trạm kế tiếp phía trên

để gán nhTn của một VPI/VCI cho các tế b o của luồng v sau đó sẽ cập nhật v obảng định tuyến ở chuyển mạch ATM có liên quan Thiết bị chuyển mạch IP gửi giao thức IFMP (Ipsilon Flow Management Protocol) tới trạm phát (2) Tiến trình

n y xảy ra độc lập giữa các cặp chuyển mạch IP phụ thuộc v o tuyến kết nối Nó trở

th nh nhiệm vụ đơn giản trong kết nối ở các bảng định tuyến chuyển mạch IP Nếu luồng đến đ/ợc biên dịch, nó sẽ gửi tiếp các gói của luồng trên một Kênh ảo rỗi với một nhận dạng kênh ảo (3) Luồng ra có thể giám sát trên cùng một luồng v yêu cầu chuyển mạch IP hiện thời sử dụng một VCI cho nó (4) Sau đó bộ điều khiển chuyển mạch IP chỉ dẫn chuyển mạch ATM tạo bản đồ cổng cho luồng đó Các số liệu tiếp theo sẽ đ/ợc chuyển mạch trực tiếp trên phần cứng của chuyển mạch ATM (5)

IP Switch Controller

ATM Switch

Upstream

Node

Downstream Node 1

IP Switch Controller

ATM Switch

Downstream Node 5

4

IP Switch Controller

ATM Switch

Upstream Node

2

4

IP Switch Controller

ATM Switch

Upstream Node

Downstream Node

a) Chế độ hoạt động mặc định b) Gán nhTn theo luồng Upstream

c) Gán nhTn theo luồng Downstream d) Kết nối qua chuyển mạch

Trong khoảng thời gian 60 giây sau khi thiết lập luồng ảo, thì trạng thái của các luồng ảo sẽ đ/ợc kiểm tra Nếu không có số liệu truyền qua trong khoảng thời gian

đó thì kênh ảo đó đ/ợc giải phóng Thời gian kiểm tra tuỳ thuộc v o cấu trúc mạng

v thuật toán điều khiển ấn định

Một số giải pháp v kỹ thuật dựa trên chuyển mạch lớp 2 nhằm cải thiện cách thức

định tuyến IP Cuối năm 1996 nhóm l m việc cho IETF tạo ra một forum mới có tên l MPLS nhằm tiêu chuẩn hoá giải pháp chuyển mạch v định tuyến kết hợp giữa chuyển mạch lớp 3 v lớp 4 Cho phép nhiều nh cung cấp thiết bị cùng nhau xây dựng giải pháp chuyển mạch IP Các giao thức n y sẽ đ/ợc chỉ ra trong các phần sau của t i liệu

Khi sử dụng ph/ơng pháp định tuyến IP trên nền mạng ATM dẫn tới một số vấn

đề sau:

o Các bộ định tuyến tạo th nh điểm nút tắc nghẽn v không thể hỗ trợ l/u l/ợng

ổn định tại tốc độ quá cao (OC3), trong khi khả năng của tr/ờng chuyển mạch ATM l rất lớn

o Các bảng định tuyến quá lớn v việc truy nhập địa chỉ mất quá nhiều thời gian, vấn đề n y có thể cải thiện đ/ợc nếu sử dụng bảng định tuyến đơn chiều, với sự sắp xếp nhTn theo hình cây, ph/ơng pháp tra cứu có sự can thiệp chỉ dẫn của các bảng VPI/VCI trong phần cứng

o Các mạng IP thế hệ tiếp theo cần có sự quản lý dải thông, khả năng thực hiện vQOS m ATM có thể đ/a ra

o Cần một cách thức đơn giản để hỗ trợ l/u l/ợng IP phi kết nối qua mạng h/ớngkết nối

o Báo hiệu v định tuyến trong ATM Forum UNI/NNI đ/ợc coi l quá phức tạp, cần một giao thức đơn giản m dễ chấp nhận đối với IP

3.2 Các mô hình chuyển mạch IP

Có hai mô hình cơ bản cho chuyển mạch IP v chúng khác nhau trong cách sử dụng giao thức ATM Forum v các th nh phần chuyển mạch

3.2.1 Mô hình chồng lấn (Overlay Model)

Mô hình overlay cho chuyển mạch ATM bao gồm tầng IP vận h nh trên đỉnh của tầng chuyển mạch ATM riêng biệt Nói cách khác nó bao gồm các thiết bị IP với

các địa chỉ IP đang vận h nh các giao thức định tuyến IP v các thiết bị ATM (IP hosts, IP Routers, ATM Switch) với các địa chỉ ATM đang vận h nh các giao thức

định tuyến v báo hiệu ATM

Mô hình n y có lẽ l cách thực hiện đơn giản nhất bởi vì cả hai th nh phần IP vATM đều khả dụng v vận h nh các giao thức dựa trên các chuẩn cơ sở nh/ng có một v i chức năng sao lại của nhau, trong đó hai không gian địa chỉ phải đ/ợc duytrì v hai giao thức định tuyến phải đ/ợc hỗ trợ Đặc tính của mô hình n y:

o Sử dụng việc lập địa chỉ phân lập SA ( Separated Addressing)

o Vận h nh các giao thức định tuyến riêng tại IP (OSPF) v ATM (PNNI) Điều

n y có nghĩa l hai cấu trúc liên kết Topo riêng để duy trì v chúng độc lập lẫn nhau Ví dụ, các bộ định tuyến IP đang vận h nh OSPF thì biết Topo mạng IP nh/ng không biết hoặc không nhìn thấy các chuyển mạch ATM

o Yêu cầu phân giải địa chỉ IP v ATM, sử dụng báo hiệu v định tuyến UNI/PNNI giao diện mạng- ng/ời sử dụng nếu dùng các kênh ảo chuyển mạch

để th nh lập đ/ờng tắt hoặc thiết lập đ/ờng dẫn thông th/ờng

o Việc lập địa chỉ phân lập SA đ/ợc biểu hiện bởi sự tồn tại của cả hai thiết bị (ATM v IP) Đ/òng định tuyến ngầm định đi theo một đ/ờng xuyên qua hai b/ớc định tuyến Một đ/ờng tắt vòng qua các b/ớc định tuyến có thể đ/ợc thiết lập giữa đ/ờng v o v đ/ờng ra Khi lối v o quyết định địa chỉ ATM của lối ra,

nó có thể sử dụng l m đ/ờng tắt Các định tuyến v báo hiệu ATM chuẩn dùng

để thiết lập một đ/ờng tắt thông qua các nút chuyển mạch Chú ý rằng các gói

đ/ợc đặt trên đ/ờng tắt không đi qua vùng các thiết bị v các liên kết khi những gói n y đi qua đ/ờng đ/ợc định tuyến Có điều n y vì giao thức định tuyến ATM lựa chọn đ/ờng cho yêu cầu thiết lập SVC chuyển mạch từ lối v o tới lối ra trên cơ sở trạng thái của Topo chuyển mạch ATM chứ không phải theo cấu hình IP

3.2.2 Mô hình ngang bằng (Peer Model)

Mô hình ngang bằng cho chuyển mạch IP xác định rõ r ng các th nh phần của bộ chuyển mạch IP duy trì không gian địa chỉ IP đơn v hỗ trợ giao thức định tuyến IP Chế độ ngang bằng cũng biểu hiện sự tồn tại của các giao thức điều khiển riêng m

nó đ/ợc sử dụng để định h/ớng cho l/u l/ợng IP đến các đ/ờng tắt Ví dụ, về mô hình ngang h ng l mạng của những bộ chuyển mạch IP vận h nh các giao thức IFMP v GSMP (Ipsilon)

Các đặc tính của mô hình ngang bằng:

o Duy trì một không gian địa chỉ IP đơn

o Tồn tại giao thức định tuyến IP đơn

o Các bộ chuyển mạch IP sử dụng các giao thức định tuyến đặc biệt để chỉ

đ/ờng dẫn cho l/u l/ợng IP đến các đ/ờng tắt

o Hỗ trợ các đ/ờng tắt v những đ/ờng định tuyến ngầm định

o Xác lập địa chỉ IP tới kênh ảo VC vì các giao thức vận h nh không phải của ATM Đ/ờng định tuyến v đ/ờng tắt đi chung trên một liên kết, sau khi chạy xong giao thức tìm đ/ờng ngắn nhất tới đích

Trong mô hình chồng lấn, các bộ định tuyến đ/ợc kết nối tới một mạng ATM rộng thì cần phải ngang h ng với nhau để trao đổi các thông tin định tuyến cập nhật, để các thông tin n y đ/ợc biểu thị t/ờng minh v chính xác Thêm v o đó các

bộ định tuyến gắn với mạng ATM rộng sẽ mong muốn thiết lập những VC trực tiếp với nhau để đem lại hiệu suất cao

Tất cả các bộ định tuyến trong to n mạng kết nối với nhau sẽ sử dụng một l/ợnglớn các nguồn ảo VC Mô hình ngang bằng l m giảm mức tối thiểu sự tiêu thụ những nguồn t i nguyên sẽ đ/ợc cần đến cho sự kết nối khác trong mạng Một kỹ thuật đ/ợc giới thiệu bởi IBM cho phép hợp nhất nhiều kênh ảo VCs, điều n y dễ

đ ng l m giảm số VCs m phải đ/ợc thiết lập ngang qua mạng v đ/ợc duy trì bởi mỗi bộ định tuyến

3.2.3 Tích hợp IP trên ATM

ATM forum v IETF đT đ/a ra một loạt các tiêu chuẩn để giải quyết vấn đề tích hợp

IP trên nền ATM, các nhóm l m việc trong lĩnh vực n y gồm:

o Nhóm l m việc IP trên nền ATM (IPATM), định nghĩa tiêu chuẩn đóng gói gói tin IP trong các đơn vị bản tin giao thức PDU tại lớp t/ơng thích ATM v sử dụng giao thức phân giải địa chỉ ATM (ATMARP) để ánh xạ địa chỉ IP tới địa chỉ ATM (Tiêu chuẩn n y cho phép xử lý mulicast)

o Nhóm l m việc định tuyến qua miên không gian lớn (RLOC) định nghĩa giao thức phân giải b/ớc kế tiếp NHRP cho phép các trạm chủ v các bộ định tuyến thiết lập các mạch ảo qua mạng ATM

o Nhóm mô phỏng LAN (LANE) định nghĩa các thủ tục cho phép mạng ATM

đoáng vai trò giống nh/ các đa truy nhập LAN

o Nhóm l m việc đa giao thức qua ATM (MPOA) tổ hợp v mở rộng các tiêu chuẩn của các nhóm l m việc để hỗ trợ các giao thức lớp đa mạng

o Nhóm l m việc các dịch vụ tích hợp qua các lớp liên kết đặc biệt (ISSLL) định nghĩa các thủ tục ánh xạ mô hình d nh tr/ớc t i nguyên của IP trên ATM, theo từng lớp liên kết

Để hiểu rõ hơn về vấn đề n y chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số đặc điểm cơ bản của mô hình MPOA Mục tiêu cơ bản của MPOA l hỗ trợ truyền l/u l/ợng unicast giữa các phân mạng, MPOA cho phép truyền l/u l/ợng dựa trên thông tin lớp 3 để các đấu nối kênh ảo VCC m không yêu cầu các bộ định tuyến trên đ/ờng truyền MPOA tổ hợp cầu nối v định tuyến với ATM trong môi tr/ờng nhiều cấu hình mạng v nhiều giao thức cùng tồn tại MPOA cung cấp các điều h nh cho phép các giao thức lớp 3 bao trùm nền ATM, MPOA đ/ợc thiết kế để sử dụng cả thông tin cầu nối v định tuyến để chỉ ra con đ/ờng tối /u qua mạng lõi ATM

MPOA hỗ trợ khái niệm định tuyến ảo, nó tách biệt chức năng tính toán tuyến liên mạng v chuyển tiếp gói tin, ý t/ởng n y mở rộng khả năng quản lý quá trình l mviệc liên mạng bằng cách tăng số l/ợng các thiết bị m có thể cấu hình cho việc thực hiện tính toán tuyến MPOA gồm 5 hoạt động chính:

1 Cấu hình Hoạt động n y nhận thông tin cấu hình từ máy chủ cấu hình

LANE, chúng chứa thông tin thời gian, yêu cầu kích th/ớc gói tin,v v

2 Phát hiện tuyến Các phần tử trong MPOA thu thập v xử lý thông tin từ các

phần tử khác trong mạng thông qua trao đổi các bản tin để tìm tuyến, các bản tin n y chứa kiểu thiết bị MPOA v địa chỉ ATM của nó

3 Phân giải đích Hoạt động n y sử dụng giao thức phân giải b/ớc kế tiếp để

tìm ra node ATM thích hợp có chứa địa chỉ IP đích Node ATM n y đ/ợc biết nh/ l đ/ờng tắt tới đích

4 Quản lý đấu nối Hoạt động n y điều khiển các mạch ảo ATM

5 Truyền dữ liệu Hoạt động n y đảm nhiệm chức năng chuyển tiếp l/u l/ợng

gói tin IP trên các đ/ờng tắt

MPOA hoạt động t/ơng thích ho n to n với LANE v NHRP, ví dụ về hoạt động của giao thức phân giải địa chỉ sẽ đ/ợc trình b y trong phần tiếp theo

Nh/ chúng ta đT thấy, việc ánh xạ địa chỉ IP v o ATM rất phức tạp, hầu hết các nhóm l m việc trên đều đề xuất một v i phần tử phục vụ (ATMARP, NHRP) để xử

lý ánh xạ địa chỉ, cùng với nó l các giao thức cần thiết để t/ơng tác với các phần tử

n y Một vấn đề thực tế l các phần tử phục vụ n y phải đ/ợc trang bị kép để dự phòng, v các phần tử dự phòng phải hoạt động đồng bộ với các phần tử hoạt động Vậy cốt lõi của sự phức tạp n y ở đâu? Trên thực tế chúng ta dễ d ng nhận thấy các giao thức IP v giao thức ATM đ/ợc phát triển độc lập với nhau, khi tích hợp với nhau thì tập giao thức sử dụng sẽ nằm ngo i phạm vi của ATM forum hoặc IETF Chính điều đó thúc đẩy các mô hình mới ra đời để giải quyết vấn đề n y, chúng ta sẽ xem xét vấn đề n y chi tiết hơn trong phần sau của t i liệu n y

3.3 Các kiểu điều khiển chuyển mạch IP

Những tiêu chuẩn để thiết lập đ/ờng tắt v sự phân loại l/u l/ợng đ/ợc đặt trên

đ/ờng tắt phụ thuộc v o kiểu giao thức v giải pháp chuyển mạch IP Có hai loại giải pháp chuyển mạch IP l điều khiển luồng v điều khiển topo

3.3.1 Mô hình chuyển mạch IP điều khiển luồng

Mô hình điều khiển luồng hoạt động trên luồng IP thực tế, m nó đ/ợc định nghĩa nh/ l các gói liên tiếp nhau có cùng địa chỉ nguồn, địa chỉ đích v số thứ tự của cổng Hình vẽ 3.3 minh hoạ mô hình chuyển mạch IP điều khiển luồng hoạt

động theo ph/ơng thức sau :

Một v i gói đầu tiên của luồng IP đ/ợc định tuyến từng chặng qua các thực thể

định tuyến IP ( R1, R2, Rn) qua mạng ATM Các thực thể định tuyến ATM đ/ợc

đấu nối tới các thực thể khác bằng đấu nối ATM

ATM

Bả n đồ /Chuyển tiếp

địa chỉ

N gói của luồng IP

(N+1)+ M gói của luồng IP

Hình 3.3 mô hình chuyển mạch IP điều khiển luồng

Dựa trên đặc tính của luồng IP (ví dụ kiểu l/u l/ợng, số cổng, các địa chỉ nguồn/đích, tốc độ đến,v v.), thực thể định tuyến IP sẽ hoạt động tức khắc xử lý địa

chỉ chuyển tiếp mới để bắt đầu Xử lý địa chỉ chuyển tiếp gồm có các hoạt động yêu cầu tạo lập một đấu nối ATM mới (h/ớng tắt) v để định h/ớng luồng IP qua h/ớng tắt Điều n y đ/ợc ho n tất bởi quá trình gán nhTn VPI/VCI mới tới các tế b o thuộc

về luồng IP v do có các bảng chuyển nhTn VPI/VCI cập nhật trong chuyển mạch ATM

Một khi luồng IP đ/ợc chuyển tiếp địa chỉ mới qua h/ớng tắt, tất cả các tế b othuộc về luồng IP đều l tế b o chuyển mạch Quá trình xử lý định tuyến trên cơ sở

bộ định tuyến đi xuyên qua mạng ATM tách biệt với đ/ờng chuyển mạch vì vậy độ trễ đ/ợc giảm xuống v hiệu suất đ/ợc tăng lên

Các đặc tính của Model chuyển mạch IP điều khiển luồng :

Các h/ớng tắt đ/ợc thiết lập động tuỳ thuộc v o đặc tính của luồng IP đến Mạng hỗ trợ chuyển mạch điều khiển luồng IP có 2 tuyến đ/ờng: Tuyến đ/ờng mặc

định đi qua từng b/ớc định tuyến IP, v h/ớng tắ thiết lập động qua phần cứng chuyển mạch ATM Điều n y khác cách định tuyến truyền thống chỉ tồn tại h/ớngmặc định trên các bộ định tuyến Nếu đ/ờng tắt bị hỏng, luồng IP có thể định tuyến lại qua tuyến mặc định Chuyển mạch IP điều khiển luồng phù hợp nhất cho các khu vực ATM nhỏ v hợp th nh mạng Intranet vì lý do sau

o Thứ nhất, tất cả đầu cuối sử dụng sẽ chạy các ứng dụng khác nhau với đặc tính luồng v yêu cầu mạng l/ới khác nhau

o Thứ hai, điều khiển luồng có đ/ợc sự hỗ trợ tốt của t i nguyên chuyển mạch ATM (không gian nhTn VPI/VCI) sử dụng để cung cấp nhTn cho các luồng riêng biệt Hơn nữa, không phải tất cả các luồng IP đều yêu cầu h/ớng tắt Ví

dụ, các giao thức ứng dụng nh/ ICMP (Internet Control Message Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol), v.v

Một giải pháp khác cho chuyển mạch IP điều khiển luồng l giao thức giải b/ớc

kế tiếp NHRP (Next Hop Resolution Protocol) Giao thức n y đ/a ra bởi Nhóm tạo tuyến qua không gian lớn ROLC (Routing Over Large Clouds), để giải quyết vấn đề giữa các bộ định tuyến của các mạng con logic Mục tiêu ở đây l chỉ ra điểm tồn tại trong vùng gần nhất tới đích v để đạt đ/ợc địa chỉ ATM Máy chủ NHRP t/ơng tác lẫn nhau với các máy chủ khác để đ/a ra đ/ợc điểm gần đích nhất NHRP không phải l giao thức định tuyến v trên thực tế nó sử dụng định tuyến IP tiêu chuẩn để

định tr/ớc các bản tin NHRP qua mạng l/ới NHRP gồm 2 th nh phần (xem trên hình 3.4 d/ới đây)

Hình 3.4 giao thức giải b5ớc kế tiếp

Trạm con b/ớc kế tiếp NHC ( Next Hop Client) v trạm chủ b/ớc kế tiếp NHS (Next Hop Server) NHS cùng tồn tại với chức năng định tuyến v duy trì các địa chỉ

IP ẩn v kết hợp với ATM Bộ định tuyến/ NHS cũng đ/ợc gọi l trạm chủ định tuyến NHC truy tìm trạm chủ định tuyến để tìm địa chỉ ATM của địa chỉ đích IP vTrạm chủ định tuyến trả lời các địa chỉ ATM liên quan hoặc định tr/ớc nó tới trạm chủ định tuyến khác qua tuyến đ/ờng mặc định sẵn

Chuyển mạch IP dựa trên NHRP l m việc theo cách sau:

NHC nguồn (#1) sẽ định tr/ớc v i gói IP đầu tiên qua đấu nối ATM tới Trạm chủ

định tuyến Trạm chủ định tuyến định tr/ớc các gói IP tới trạm chủ đích (NHC #2) qua tuyến đ/ờng định sẵn

Dựa trên kỹ thuật tác động nhanh điều khiển luồng, NHC nguồn (#1) sẽ tra vấn trạm chủ định tuyến các địa chỉ ATM liên quan tới địa chỉ IP đích (B.2) Các tra vấn yêu cầu giải NHRP gồm các địa chỉ IP nguồn/ đích v địa chỉ nguồn của ATM NHC nguồn tìm kiếm thấy địa chỉ đích có địa chỉ ATM của trạm chủ B.2 Nếu trong bộ nhớ Cache của trạm chủ định tuyến chứa bảng truy nhập cho địa chỉ IP (B2_BBBB) có trong yêu cầu chuyển mạch nó sẽ quay trở lại trả lời cho NHC(#1) Nếu không có trong yêu cầu chuyển mạch, NHRP sẽ định h/ớng theo tuyến mặc

định tới Trạm chủ định tuyến tiếp theo hoặc tới trạm chủ có chứa địa chỉ IP đích trong cache của nó Trạm chủ định tuyến cuối cùng sẽ trả lại địa chỉ ATM đích (BBBB) qua các tuyến mặc định về NHC nguồn (#1) Chú ý rằng địa chỉ đích có thể

l địa chỉ ATM của trạm chủ IP đích thực sự hoặc l các thiết bị gờ (Edge) hoặc bộ

định tuyến gần nhất trạm đích NHC nguồn (#1) bây giờ có thể khởi tạo ATM SVC trực tiếp tới địa chỉ đích (BBBB) của trạm chủ đích(NHC #2) ATM SVC l tuyến tắt

bỏ qua tất cả các b/ớc trung gian trong mạng ATM Tuyến tắt đ/ợc thiết lập bởi các

định tuyến v báo hiệu ATM UNI/PNNI tiêu chuẩn

Chuyển mạch IP theo ph/ơng thức NHRP đ/ợc dựa trên mô hình điều khiển luồng Các gói IP khởi tạo h/ớng qua tuyến đ/ờng mặc định đi qua Trạm chủ định tuyến, các gói tuần tự có thể chuyển h/ớng qua mạng chuyển mạch ATM bằng các kết nối độc lập khác nhau Mạng cung cấp hai ph/ơng thức cho NHRP : Tuyến mặc

định v tuyến tắt qua phần cứng chuyển mạch ATM Nếu tuyến tắt không thể thực hiện đ/ợc thì tất cả các gói IP sẽ chuyển theo tuyến mặc định cho đến khi tuyến tắt

đ/ợc thiết lập trở lại

3.3.2 Mô hình chuyển mạch IP điều khiển topo

Chuyển mạch IP điều khiển topo dựa trên topo mạng IP chạy các giao thức định tuyến IP trong thiết bị định tuyến chuyển mạch tích hợp ISR (Intergrated Switch Router) Các nhTn VPI/VCI mới liên kết với các tiền tố IP đích đ/ợc tạo ra v phân

bổ tới các ISR khác trong vùng định tuyến Tất cả l/u l/ợng đT trù định chi tiết cho mạng sẽ chuyển mạch các luồng theo các giá trị của VPI/VCI

Hoạt động của mạng chuyển mạch IP điều khiển kiểu topo chỉ ra trên hình 3.5 sau:

Hình 3.5 Chuyển mạch IP điều khiển topo

Giải pháp chuyển mạch IP điều khiển topo đ/ợc thiết kế cho các mạng liên kết lớn Xây dựng tuyến đ/ờng chuyển mạch dựa trên tiền tố IP mở ra khả năng ghép các luồng IP có cùng địa chỉ v o một tuyến Nh/ vậy nó sẽ giảm phần chi phí t inguyên chuyển mạch (Không gian nhTn VPI/VCI) hơn l giải pháp điều khiển

luồng Một số sự khác biệt giữa hai giải pháp chuyển mạch theo topo v điều khiển luồng nh/ sau:

o Dòng l/u l/ợng trong giải pháp chuyển mạch theo topo đ/ợc chuyển mạch to n

bộ chứ không chỉ l phần sau của dòng dữ liệu nh/ trong giải pháp chuyển mạch

điều khiển luồng

o Đối với giải pháp điều khiển topo thì tổng chi phí thời gian thực hiện thấp hơn nhiều Bởi vì những đ/ờng chuyển mạch đ/ợc xây dựng lại chỉ sau khi một sự thay đổi trong cấu hình mạng hoặc có yêu cầu điều khiển mới Sự phối hợp để

mở rộng điều khiển theo topo đ/ợc đặt ra h ng đầu vì số l/ợng các đ/ờng đ/ợc chuyển mạch trong cùng một tuyến cần t/ơng ứng với số l/ợng bộ định tuyến vkích cỡ của mạng Thêm v o đó một mức kết hợp cao có thể thực hiện bằng cách tạo ra những đ/ờng tắt đa điểm đến đơn điểm qua sử dụng ghép kênh

o Chuyển mạch IP kiểu topo xây dựng những đ/ờng tắt cho dù l/u l/ợng có chảy qua chúng hay không, điều n y có nghĩa l những nguồn chuyển mạch đ/ợcdùng hết do l/u l/ợng điều khiển v không phải chỉ l l/u l/ợng dữ liệu

o Trên thực tế tồn tại vấn đề l rất khó cung cấp chất l/ợng dịch vụ cho một dòng l/u l/ợng m nó đ/ợc truyền trên đ/ờng tắt kiểu điều khiển topo, bởi vì có thể hợp nhất các dòng IP, thời gian thực v dòng tin có nỗ lực tối đa trên một mạng

đích chung, khi chúng truyền trên một đ/ờng tắt

o Cuối cùng khi một mạng hội tụ, việc cập nhật bảng định tuyến không chính xác

có thể gây nên sự hình th nh các vòng lặp ngắn m có thể dẫn tới việc tạo ra một tập nhTn tồn tại trên một vòng lặp chuyển mạch, các bộ định tuyến chỉ có thể hạn chế những vòng lặp n y bằng cách sử dụng tr/ờng TTL của các gói tin

3.4 khái niệm và cấu trúc cơ bản của chuyển mạch nh&n

3.4.1 Chuyển mạch nh=n l gì?

Khái niệm chuyển mạch nhTn t/ơng đối đơn giản Để hình dung về vấn đề n ychúng ta xem xét một quá trình chuyển th/ điện tử từ hệ thống máy tính gửi tới máy tính nhận.Trong mạng internet truyền thống (không sử dụng chuyển mạch nhTn) quá trình chuyển th/ điện tử giống hệt một quá trình chuyển th/ thông th/ờng Các địa chỉ đích đ/ợc chuyển qua các thực thể trễ (các bộ định tuyến) Địa chỉ đích sẽ l yếu

tố để xác định con đ/ờng m gói tin chuyển qua các bộ định tuyến Trong chuyển mạch nhTn ,thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến ,một “nhTn” đ/ợc

gắn với gói tin v đ/ợc đặt v o trong tiêu đề gói tin với mục đích thay thế cho địa chỉ, v nhTn đ/ợc sử dụng để chuyển l/u l/ợng các gói tin tới đích

3.4.2 Tại sao chúng ta sử dụng chuyển mạch nh=n

Mục tiêu đầu tiên của chuyển mạch nhTn đ/a ra l nhằm cải thiện hiệu năng chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán vphân phối nhTn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau Thêm v o đó lcác l/ợc đồ phân phối nhTn ho n to n độc lập với quá trình chuyển mạch

Tr/ớc hết, chúng ta hTy xem xét một số lý do cơ bản hiện nay đang đ/ợc quan tâm

đối với công nghệ mạng nói chung v chuyển mạch nhTn: Tốc độ v độ trễ, khả năng hệ thống, tính đơn giản, t i nguyên mạng, điều khiển định tuyến

Tốc độ v; độ trễ

Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm trong quá trình

xử lý tải l/u l/ợng lớn trong internet v intranet, trễ chủ yếu trong quá trình n y lquá trình xử lý định tuyến để tìm ra thích hợp cho các gói tin đầu v o Mặc dù đT có nhiều cải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến nh/ các kỹ thuật tìm kiếm nhanh bảng định tuyến, nh/ng tải l/u l/ợng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lý, v kết quả l có thể mất l/u l/ợng, mất đấu nối v giảm hiệu năng của to n mạng(mạng IP) Chuyển mạch nhTn đ/a ra một cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp gói tin IP thông th/ờng, sẽ cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề trên Chuyển mạch nhTn thực hiện quá trình gán nhTn cho gói tin đầu

v o v sử dụng nhTn để truy nhập vaò bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến nh/ một chỉ số của bảng Quá trình truy nhập n y chỉ yêu cầu duy nhất cho một truy nhập tới bảng thay vì h ng ng n quá trình tìm kiếm đ/ợc thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống Kết quả l các hoạt động n y hiệu quả hơn v vì vậy l/u l/ợng ng/ời

sử dụng trong gói tin đ/ợc gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ v thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các ng/ời sử dụng

Mạng máy tính luôn tồn tại các hiệu ứng trễ, khi các gói tin chuyển qua rất nhiều nút v nhiều chặng khác nhau để tới đích nó tạo ra các hiệu ứng trễ v biến động trễ

Sự tích trữ trên các cung đoạn sẽ tạo ra trễ tổng thể giữa các đầu cuối

Tại mỗi nút mạng, địa chỉ đích trong gói tin đ/ợc xác minh v so sánh với các địa chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìm

đ/ờng ra Các gói tin chuyển qua các nút mạng tạo ra độ trễ v các biến động trễ khác nhau, tuỳ thuộc v o khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng nh/ l/u l/ợng của luồng tin sẽ ảnh h/ởng trực tiếp tới trễ của ng/ời dùng đầu cuối Một lần nữa, cơ chế hoạt động của chuyển mạch nhTn với khả năng chuyển tiếp gói tin nhanh l giải pháp để giải quyết vấn đề n y

Tính đơn giản

Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhTn chính l sự đơn giản trong các giao thức

chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), v nguyên tắc rất đơn giản:chuyển

tiếp gói tin dựa trên “nhDn” của nó Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho

qua trình liên kết nhTn v đảm bảo tính t/ơng quan giữa các nhTn với luồng l/ul/ợng ng/ời sử dụng, các kỹ thuật n y đôi khi khá phức tạp nh/ng chúng không gây

ảnh h/ởng tới hiệu suất của dòng l/u l/ợng ng/ời dùng Sau khi đT gán nhTn v odòng l/u l/ợng ng/ời dùng thì hoạt động chuyển mạch nhTn có thể nhúng trong phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt(ASIC) hoặc trong bộ xử lý đặc biệt

T;i nguyên sử dụng

Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhTn không chiếm dùng nhiều t i nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đ/ờng chuyển mạch nhTn cho l/u l/ợng ng/ời sử dụng một cách đơn giản l tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhTn Trong các phần sau của cuốn sách n y chúng ta sẽ xem xét cụ thể hơn

Điều khiển định tuyến

Định tuyến trong mạng internet đ/ợc thực hiện với các địa chỉ IP (trong mạng LAN

l các địa chỉ MAC) Tất nhiên, có rất nhiều các thông tin đ/ợc lấy ra từ tiêu đề gói tin IP để thực hiện quá trình định tuyến n y, ví dụ nh/: Tr/ờng kiểu dịch vụ IP (TOS),chỉ số cổng,v v l một phần của quyết định chuyển tiếp gói tin Nh/ng định tuyến theo đích l ph/ơng pháp chuyển tiếp gói tin thông th/ờng nhất hiện đang sử dụng Các ph/ơng pháp định tuyến cho mạng IP đT đ/ợc trình b y trong phần 2.1.5 của t i liệu n y

Định tuyến theo địa chỉ đích không phải l ph/ơng pháp luôn đem lại hiệu quả Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng nh/ sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ l các trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với ph/ơng pháp n y Một vấn

đề nữa đ/ợc đặt ra l các nh cung cấp thiết bị (bộ định tuyến, cầu), triển khai ph/ơng pháp định tuyến dựa theo địa chỉ đích theo cách riêng của họ: một số thiết bị

cho phép ng/ời quản trị mạng chia sẻ l/u l/ợng, trong khi một số khác sử dụng các tr/ờng chức năng TOS, chỉ số cổng,v v

Chuyển mạch nhTn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra t/ờng minh theo nhTn, nh/ vậy cơ chế n y cho cung cấp một cách thức truyền tải l/u l/ợng qua các nút v liên kết phù hợp với l/u l/ợng truyền tải, cũng nh/ l đặt ra các lớp l/u l/ợnggồm các lớp dịch vụ khác nhau(dựa trên yêu cầu QoS) trên đó Chuyển mạch nhTn

l giải pháp tốt để h/ớng l/u l/ợng qua một đ/ờng dẫn, m không nhất thiết phải nhận to n bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích

Định tuyến dựa trên IP (PBR) th/ờng gắn với các giao thức chuyển mạch nhTn, nh/

FR, ATM hoặc MPLS Ph/ơng pháp n y sử dụng các tr/ờng chức năng trong tiêu đề gói tin IP nh/:tr/ờng TOS, chỉ số cổng,nhận dạng giao thức IP hoặc kích th/ớc của gói tin Các tr/ờng chức năng n y cho phép mạng phân lớp dịch vụ th nh các kiểu l/u l/ợng v th/ờng thực hiện tại các nút đầu v o mạng (thiết bị gờ mạng)

Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bit đT xử lý tại thiết bị gờ để quyết

định xử lý luồng l/u l/ợng đến, quá trình xử lý n y có thể sử dụng các kiểu h ng đợikhác nhau v các kiểu ph/ơng pháp xếp h ng khác nhau Định tuyến dựa trên IP cũng cho phép ng/ời quản lý mạng thực hiện ph/ơng pháp định tuyến r ng buộc Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:

-Đặt các giá trị /u tiên vTo trong tiêu đề gói tin IP

-Thiết lập b/ớc kế tiếp cho gói tin

-Thiết lập giao diện ra cho gói tin

-Thiết lập b/ớc kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại h/ớng trong bảng

định tuyến

Chuyển mạch nhTn khác với các ph/ơng pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó l 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 đ/ợc xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đ/ờng dẫn chuyển mạch h/ơngs tới đích.Nó cũng khái quát hoá c/cấu chuyển tiếp v trao đổi nhTn,ph/ơng pháp n y không chỉ thích hợp với các mạng lớn nh/ ATM, chuyển mạch khung, PPP, m nó có thể thích hợp với bất kỳ một ph/ơng pháp đóng gói n o

Chúng ta l/u ý rằng có nhiều t i liệu chỉ ra rằng IP không có khả năng định tuyến dựa theo chính sách v điều kiện r ng buộc, điều đó dựa trên lý do thực tế l trên mạng internet có rất nhiều mạng v nh cung cấp dịch vụ khác nhau, v không có một thoả thuận cụ thể n o về việc sử dụng các bit /u tiên Đối với chuyển mạch nhTn cũng vậy, chuyển mạch nhTn thực sự phát huy hiệu quả chỉ khi có đ/ợc thoả thuận giữa các nh điều h nh mạng về cách thức sử dụng nhTn nh/ thế n o?

3.4.2 Các th nh phần của mạng chuyển mạch nh=n

Một đặc điểm kiến trúc quan trọng của chuyển mạch nhTn l các chức năng điều khiển lớp mạng đ/ợc tách biệt vơí hoạt động chuyển tiếp chuyển mạch nhTn Sự tách biệt của chức năng n y đT đ/ợc tính toán khi quyết định thiết kế

Nó cho phép các nh cung cấp mạng kết hợp một số dịch vụ mạng hiện tại v t/ơnglai với một cơ chế chuyển tiếp đơn giản Nó hỗ trợ tốt các dịch vụ đặc biệt nh/ định tuyến dựa v o đích hay định tuyến đa h/ớng, hoặc t/ờng minh định tuyến bằng cách kết hợp chức năng định tuyến với việc thiết lập các nhTn khi phân phối chúng qua mạng, tạo ra các đ/ờng dẫn chuyển mạch với các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối Mặc

dù các dịch vụ có thể thay đổi nh/ng các cơ chế chuyển tiếp cơ bản l không thay

đổi Vì vậy nếu các chức năng điều khiển lớp mạng mới đ/ợc đ/a v o thì cũng khhong cần thiết phải đánh giá lại hoặc nâng cấp các th nh phần v thiết bị trên

đ/ờng dẫn chuyển tiếp Một ví dụ điển hình l phiên bản IPv6 đT mở rộng không gian địa chỉ th nh 128 bít nh/ng vẫn không có bất kì sự thay đổi n o trên đ/ờng dẫn chuyển tiếp đT tồn tại D/ới đây, chúng ta sẽ xem xét các th nh phần n y cùng với một số khái niệm cơ bản trong mạng chuyển mạch nhTn

Th;nh phần chuyển tiếp

Th nh phần chuyển tiếp dùng nhTn chứa trong một gói tin v thông tin lấy từ bảng thông tin nhTn (LIB) của từng thiết bị LSR để chuyển tiếp gói tin Đặc biệt khi một gói chứa nhTn th/ đ/ợc từ LSR, nhTn n y đ/ợc dùng l m khoá để xác định một thực thể thích hợp trong bảng LIB Một thực thể trong LIB bao gồm một nhTn đầu v o, một nhTn đầu ra v các thông tin về liên kết hoặc đóng gói dữ liệu Khi có yêu cầu chuyển mạch ứng với một thực thể trong bảng LIB thì nhTn đầu v o cùng với các thông tin liên kết khác trao đổi với nhTn đầu ra

Để tiếp tục tìm hiểu về chuyển mạch nhTn chúng ta xem xét kỹ hơn về khái niệm

“nhTn” NhTn đ/ợc định nghĩa l một thực thể có độ d i cố định không có cấu trúc nội Một nhTn không mT hoá trực tiếp bất kỳ một thông tin n o từ tiêu đề lớp mạng

Ví dụ, nhTn không mT hoá trực tiếp địa chỉ mạng (kể cả địa chỉ nguồn v địa chỉ

đích) Vì vậy, nhTn không phải l địa chỉ NhTn có thể mang giá trị l VPI hoặc VCI trong tế b o ATM hoặc tiêu đề DLCI trong PDU của chuyển tiếp khung hoặc shim

tag trong một gói cua chuyển mạch nhTn(ở chuyển mạch nhTn thì shim tag đ/ợcchèn v o phần thông tin về địa chỉ hoá giữa lớp 2 hoặc lớp 3) Chúng ta sẽ xem xét cấu trúc của nhTn trong phần sau

Bộ định tuyến biên chuyển mạch nhDn (LER)

Một LER đ/ợc đặt ở cổng v o hoặc cổng ra của mạng LSR Nó có khả năng cấp phát nhTn cho cổng đầu v o hoặc cổng đầu ra v có thể thực hiện chuyển tiếp tại lớp

3 & chạy theo giao thức định tuyến tiêu chuẩn Multicast v Unicast Chức năng của LER l gán nhTn cho gói đầu v o (tr/ớc đó ch/a đ/ợc gán nhTn) v loại bỏ nhTncho gói tại cổng ra (gói đT đ/ợc gán nhTn)

Một trong những điều thú vị khi đ/a ra chuyển mạch nhTn đó l ngăn xếp nhTn Đó

l kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP Nó cho phép một gói có thể mang nhiều hơn một nhTn Nó đ/ợc cung cấp bởi việc đ/a v o một nhTn mới (mức 2) bên trên nhTn đT tồn tại (mức 1), gói đ/ợc chuyển tiếp qua mạng dựa trên cơ sở các nhTn ởmức 2, sau khi qua mạng n y thì nhTn mức 2 bị loại ra v việc chuyển tiếp n y hoạt

động dựa trên các nhTn mức 1

Lớp chuyển tiếp t5ơng đ5ơng(FEC)

Một FEC l một luồng các gói với các đặc điểm chung m nó có thể chuyển tiếp một cách t/ơng tự qua mạng Cho mục đích chuyển mạch nhTn, một FEC có thể

đ/ợc sắp xếp để thiết lập nhTn dọc theo đ/ờng dẫn của bộ định tuyến Chẳng hạn tất cả các gói có cùng địa chỉ prefix(đích) có thể đ/ợc xem nh/ l một FEC đơn h/ớng

v vì vậy có thể vạch ra biên giới đến nhTn đơn h/ơngs trong quá trình gán nhTn

Đ5ờng dẫn chuyển mạch nhDn (LSP)

Đ/ờng dẫn chuyển mạch từ đầu v o tới đầu ra đ/ợc tạo th nh bằng cách cấp phát một FEC cùng với việc thiết lập các nhTn xuyên qua một v i thiết bị LSR

Tái sử dụng(Piggybacking)

Chuyển mạch nhTn có thể cho phép các nhTn đ/ợc phân phối sử dụng các giao thức

điều khiển đang tồn tại nh/ RSVP v PIM gọi l Piggyback

3.4.3 Th nh phần chuyển tiếp gói tin

Thuật toán sử dụng trong th nh phần chuyển tiếp chuyển mạch nhTn để tạo ra quyết

định chuyển tiếp dựa trên hai nguồn thông tin chính: bảng chuyển tiếp trong bộ định tuyến chuyển mạch nhTn (LSR) v nhTn trong gói tin chuyển tiếp

Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhTn nằm trong bộ định tuyến chuyển mạch nhTn

gồm một dTy các khoản mục(entry) Mỗi một entry gồm một nhTn đầu v o v nhiều mục từ phụ, trong mục từ phụ chứa một nhTn đầu ra, giao diện ra v địa chỉ b/ớc kế tiếp Các mục từ phụ trong cùng một mục từ có thể có cùng hoặc khác nhTn đầu ra, nhất l đối với các đầu nối multicast- với cùng một đầu v o v cần phải chuyển ra nhiều giao diện khác nhau

Hình 3.6 entry trong bảng chuyển tiếp

Bảng chuyển tiếp đ/ợc đánh chỉ số bởi giá trị trong nhTn đầu v o, vì vậy nhTn v o

có thứ tự N sẽ nằm trong mục từ N của bảng chuyển tiếp Để có các thông tin điều khiển các gói tin chuyển tiếp tới nút kế tiếp, trong mục từ phụ chứa một số thông tin liên quan tới nguồn t i nguyên m gói sử dụng, ví dụ nh/ giao diện ra m gói tin sẽ

đ/ợc chuyển tới

LSR có thể duy trì hai kiểu bảng chuyển tiếp: bảng chuyển tiếp đơn cho to;n bộ bộ

định tuyến v; các bảng chuyển tiếp gắn liền với các giao diện; trong kiểu thứ hai

quá trình xử lý không chỉ thực hiện trên các gói m còn trên các giao diện gói tin tới Một bộ định tuyến chuyển mạch nhTn có thể sử dụng một trong hai kiểu bảng

định tuyến hoặc tổ hợp cả hai

NhTn đ/ợc đặt trong gói tin cần chuyển qua chuyển mạch nhTn có thể thực hiện theo nhiều cách tuỳ thuộc v o công nghệ lớp liên kết ATM v chuyển mạch khung

FR có thể mang các nhTn nh/ một phần m o đầu của lớp liên kết Đặc biệt, với

NhTn v o Subentry1 Subentry2 NhTn v o NhTn ra NhTn ra

Giao diện ra Giao diện ra

Địa chỉ kế tiếp Địa chỉ kế tiếp

ATM, nhTn có thể mang cả trong tr/ờng VPI v VCI của tiêu đề ATM, còn đối với

FR, nhTn có thể mang trong tr/ờng DLCI của m o đầu khung FR

Hình 3.6:Mang nhDn trong tiêu đề “Shim”

Ph/ơng pháp mang nhTn nh/ một phần của tiêu đề lớp liên kết, cho phép chuyển mạch nhTn chỉ thực hiện trên một số công nghệ lớp hai chứ không phải to n bộ công nghệ lớp mạng Vì vậy, một ph/ơng pháp hỗ trợ chuyển mạch nhTn trên các công nghệ lớp liên kết khi tiêu đề lớp liên kết không mang trực tiếp nhTn, đ/ợc thông qua một nhTn nhỏ “shim” Shim đ/ợc chèn v o giữa tiêu đề lớp mạng v lớp liên kết dữ liệu, vì vậy nó có thể sử dụng với bất kỳ công nghệ mạng lớp liên kết n o (xem hình 3.6) Sử dụng “shim” cho phép chyển mạch nhTn hoạt động trên các công nghệ mạng khác nhau nh/: Ethernet, FDDI, token ring, các liên kết PPP, v .v

Thuật toán chuyển tiếp chuyển mạch nhDn

Thuật toán chuyển tiếp nhTn đ/ợc thực hiện trong th nh phần chuyển tiếp của chuyển mạch nhTn dựa trên quá trình tráo đổi nhTn “swapping“ Thuật toán nh/ sau: Khi một LSR nhận đ/ợc một gói, bộ định tuyến tách nhTn từ gói tin v sử dụng nó nh/ một chỉ số để truy nhập tới bảng chuyển tiếp Một khi mục từ đánh số bởi nhTn

đ/ợc tìm thấy (mục từ n y có nhTn v o t/ơng tự nh/ nhTn tách ra khỏi gói) Mỗi một mục từ phụ của một mục từ tìm đ/ợc sẽ thay thế nhTn v o bằng nhTn ra v gửi gói tin tới giao diện ra theo h/ớng của b/ớc kế tiếp đ/ợc đặt trong mục từ phụ n y.Nếu mục từ chỉ tới h ng đợi đầu ra thì bộ định tuyến sẽ chuyển gói tin v o trong

h ng đợi đó Tr/ờng hợp chúng ta vừa xét trên đây đ/ợc thực hiện trên đơn bảng chuyển tiếp Trong tr/ờng hợp đa bảng chuyển tiếp gắn kết với các giao diện của bộ

định tuyến, thì các thủ tục vẫn t/ơng tự, chỉ thay đổi nhỏ tại b/ớc đầu tiên, ngay khi

bộ định tuyến nhận đ/ợc gói tin, LSR sử dụng chính giao diện đó để lựa chọn bảng chuyển tiếp sẽ đ/ợc sử dụng để xử lí gói Nếu chúng ta đT từng quen thuộc với công nghệ ATM thì rất dễ d ng nhận ra rằng thuật toán chuyển tiếp các tế b o trong tr/ờng chuyển mạch ATM cũng t/ơng tự nh/ vậy Đây cũng chính l một h/ớngtiếp cận của chuyển mạch nhTn, tuy rằng đó không phải l tất cả

Một nhTn luôn luôn mang ý nghĩa chuyển tiếp v cũng có thể mang ý nghĩa d nhtr/ớc t i nguyên NhTn mang ý nghĩa chuyển tiếp l vì trong một gói tin xác định

đơn nhất một entry trong bảng chuyển tiếp đ/ợc duy trì bởi bộ định tuyến, v vì entry chứa thông tin về nơi m gói tin sẽ đ/ợc chuyển tới Một nhTn có thể tuỳ chọn

Dữ liệu lớp mạng

cho xử lý d nh trứơc t i nguyên, bởi vì entry đ/ợc xác định bởi nhTn có thể tuỳ chọn thông tin liên quan tới t i nguyên m gói tin cần sử dụng, nh/ l h ng đợi m gói tin

sẽ đ/ợc đặt v o đó Khi nhTn mang trong tiêu đề của ATM hoặc FR, nhTn mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp v d nh tr/ớc t i nguyên Khi nhTn mang trong tiêu đề shim, các thông tin liên quan tới t i nguyên sử dụng có thể mT hoá nh/ một phần của tiêu đề, vì thực chất của tiêu đề shim chỉ mang ý nghĩa chuyển tiếp Một lựa chọn khác đ/ợc đ/a ra nhằm sử dụng cả th nh phần nhTn v không phải l nhTn của shim cho việc mT hoá thông tin, nh/ vậy, nhTn sẽ mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp

v d nh tr/ớc t i nguyên

Tính đơn giản của thuật toán chuyển tiếp trong chuyển mạch nhTn sử dụng th nhphần chuyển tiếp nhTn nhằm mục đích thực hiện các thuật toán n y trên phần cứng, vì vậy nó cho phép hiệu năng chuyển tiếp tăng lên m không yêu cầu các phần cứng phức tạp v đắt

Một đặc tính quan trọng của thuật toán chuyển tiếp sử dụng chuyển mạch nhTn lLSR có thể thu đ/ợc tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin cũng nh/ lquyết định t i nguyên n o m gói tin có thể sử dụng trong một lần truy nhập bộ nhớ

Điều n y đ/ợc thực hiện bởi (a) một entry trong bảng chuyển tiếp chứa tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin v t i nguyên gói tin cần sử dụng (b) nhTntrong gói tin cung cấp chỉ số tới entry trong bảng chuyển tiếp sẽ đ/ợc sử dụng để chuyển tiếp gói tin Khả năng thu nhận cả hai thông tin trong một lần truy nhập bộ nhớ sẽ l m cho chuyển mạch nhTn thực sự l một công nghệ có hiệu năng chuyển tiếp cao

Một vấn đề nữa m chúng ta cần hiểu rõ, l khi sử dụng chuyển tiếp trao đổi nhTn tổ hợp với khả năng mang nhTn trên một miền rộng của các công nghệ lớp liên kết có ý nghĩa quan trọng- rất nhiều thiết bị khác nhau có thể sử dụng nh/ bộ định tuyến chuyển mạch nhTn LSR Ví dụ,việc mang nhTn trong tiêu đề của ATM cho phép tr/ờng chuyển mạch ATM hoạt động nh/ l một LSR m không phải thay đổi các chức năng chuyển mạch phần cứng cơ bản, các vấn đề còn lại sẽ đ/ợc xử lí tại phần mềm điều khiển T/ơng tự nh/ vậy, trong tiêu đề shim đ/ợc mô tả trên đây, shim

đặt tại vị trí m hầu hết các bộ định tuyến đều xử lí đ/ợc bằng phần mềm, v nh/vậy bộ định tuyến cũng trở th nh bộ định tuyến chuyển mạch nhTn LSR

Thuật toán chuyển tiếp đơn

Trong kiến trúc của các bộ định tuyến thông th/ờng, các chức năng khác nhau đ/ợccung cấp bởi th nh phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến multicast, unicast với kiểu dịch vụ) yêu cầu nhiều thuật toán trong th nh phần chuyển tiếp.(Xem trên hình 3.7 )

Hình 3.7: Các chức năng định tuyến trong bộ định tuyến

Đối với các bộ định tuyến thông th/ờng, khi bộ định tuyến thực hiện chuyển tiếp

các gói tin unicast, nó yêu cầu một quá trình tìm kiếm địa chỉ đích có tiền tố d i dựa

trên địa chỉ đích lớp mạng, nếu đó l chuyển tiếp multicast thì các địa chỉ nguồn v

giao diện ra sẽ đ/ợc thêm v o l m cơ sở cho quá trình xử lý chuyển tiếp gói tin Nh/

vậy, thời gian sử dụng cho quá trình tìm kiếm địa chỉ IP sẽ tăng lên rất nhanh khi số

l/ợng địa chỉ tăng lên kéo theo kích th/ớc của bảng định tuyến Một h/ớng tiếp cận

để giải quyết vấn đề n y l sử dụng các thuật toán hợp lý trong việc tìm kiếm địa chỉ

có tiền tố d i nhất để l m giảm số lần tính toán, tối /u hoá tìm kiếm trên cây nhị

phân thông qua các h m trọng số [3]

Hình 3.8:Kiến trúc chuyển mạch nhDn

Ng/ợc lại, th nh phần chuyển tiếp trong chuyển mạch nhTn có một số l/ợng nhỏ các

thuật toán chuyển tiếp phức tạp, th nh phần chuyển mạch nhTn th/ờng gồm chỉ một

thuật toán dựa trên hoạt động trao đổi nhTn.(Xem trên hình 3.8)

Đây l một điều rất quan trọng để chúng ta phân biệt chuyển mạch nhTn v các kiến

trúc định tuyến thông th/ờng Khả năng hỗ trợ một miền rộng lớn các chức năng

định tuyến trên cùng một thuật toán chuyển tiếp gói đơn nhất l một yếu tố quan

trọng của chuyển mạch nhTn v hiệu quả hơn hẳn đối với kiến trúc định tuyến thông

th/ờng (thuật toán sử dụng nhiều bảng chuyển tiếp) Chúng ta sẽ xem xét cụ thể v o

ch/ơng sau

Định tuyến multicast

Định tuyến unicast với kiểu dich vụ

Định tuyến unicast

Chức năng

định tuyến

Thuât toán chuyển tiếp Trao đổi nhTn

Định tuyến unicast với kiểu dich vụ Tìm kiếm

địa chỉ đích

Định tuyến unicast

Chức năng

định tuyến

Định tuyến multicast

Tìm kiếm

địa chỉ đích theo kiểu dịch vụ

Tìm kiếm trên cơ sở

địa chỉ nguồn, đích, giao diện

đến Thuât toán

chuyển tiếp

Th;nh phần chuyển tiếp hỗ trợ đa giao thức

Nh/ phần trên đT đề cập, chúng ta dễ d ng nhận thấy trong th nh phần chuyển tiếp

nhTn có hai vấn đề quan trọng Một l , th nh phần chuyển tiếp nhTn không gắn chặt với lớp mạng cụ thể n o, trên cùng một th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể gắn với

IP, IPX, Apple talk Hai l , th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể kết hợp với bất kỳ giao thức lớp liên kết n o Vì vậy, chuyển mạch nhTn l giải pháp đa giao thức Các đặc tính của th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể tổng kết nh/ sau:

Th nh phần chuyển tiếp nhTn sử dụng thuật toán chuyển tiếp đơn dựa trên hoạt động trao đổi nhTn

NhTn mang trong gói tin l một thực thể có độ d i cố định, không có cấu trúc v mang ý nghĩa chuyển tiếp v d nh tr/ớc t i nguyên

Th nh phần chuyển tiếp nhTn không đặt r ng buộc trực tiếp tới các lớp chuyển tiếp t/ơng đ/ơng m thông qua nhTn

Th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể hỗ trợ các giao thức lớp mạng cũng nh/ các giao thức lớp liên kết dữ liệu

3.4.4 Th nh phần điều khiển

Nh/ chúng ta đT đề cập trên đây, các th nh phần chuyển tiếp gói v điều khiển không chỉ áp dụng đối với kiến trúc định tuyến thông th/ờng m còn áp dụng đối với chuyển mạch nhTn Trong phần n y chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số khái niệm cơ bản liên quan tới th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn

Th nh phần điều khiển của chuyển mạch nhTn có nhiệm vụ:

(a) Phân bổ thông tin định tuyến giữa các LSR

(b)Thực hiện các thủ tục chuyển đổi các thông tin định tuyến v o bảng chuyển tiếp nằm tại th nh phần chuyển tiếp

Giống nh/ th nh phần điều khiển của bất kỳ một hệ thống định tuyến n o, th nhphần điều khiển chuyển mạch nhTn phải cung cáp thông tin định tuyến t/ờng minh giữa các LSR, trên cơ sở thông tin định tuyến , bộ định tuyến thiết lập các thủ tục để tạo ra các bảng chuyển tiếp dựa trên các thông tin n y.Trong thực tế, th nh phần

điều khiển chuyển mạch nhTn sử dụng tất cả các giao thức định tuyến trong các bộ

định tuyến thông th/ờng (OSPF, BGP, PIM, v v.) Có thể coi nh/ cấu trúc định tuyến chuyển mạch nhTn có một tập nhỏ thuộc về bộ định tuyến thông th/ờng

Tuy nhiên, th nh phần điều khiển của bộ định tuyến thông th/ờng không hỗ trợ một cách ho n to n hiệu quả đối với chuyển mạch nhTn, bởi vì kiến trúc định tuyến thông th/ờng không thích hợp để tạo ra các bảng chuyển tiếp trên cơ sở của th nhphần chuyển tiếp chuyển mạch nhTn, lý do l trong th nh phần bảng chuyển tiếp

chứa hoạt động tráo đổi nhTn v các b/ớc kế tiếp Để hỗ trợ đầy đủ, chúng ta xem xét các thủ tục m LSR phải thực hiện:

a Tạo ra liên kết r ng buộc giữa nhTn v lớp chuyển tiếp t/ơng đ/ơng (FEC)

b Thông tin tới các LSR khác về liên kết r ng buộc n y

c Sử dụng cả (a) v (b) để xây dựng v duy trì bảng chuyển tiếp

Cấu trúc chung của th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn chỉ ra trên hình 3.9 d/ới đây

Hình 3.9: Th;nh phần điều khiển chuyển mạch nhDn

Các giao thức lớp mạng cung cấp cho các LSR thông tin về sự sắp xếp các FEC vcác địa chỉ b/ớc kế tiếp Các thủ tục tạo liên kết nhTn v phân bổ thông tin tới các LSR về thông tin liên kết nhTn v FEC Hình 3.10 d/ới đây mô tả hai kiểu liên kết nhTn để tạo ra bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhTn

Hình 3.10:Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhDn

Chúng ta nhớ rằng mỗi mục từ trong bảng chuyển tiếp chứa một nhTn đầu v o vmột hoặc nhiều nhTn đầu ra T/ơng ứng với hai loại nhTn trong bảng chuyển tiếp,

th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn cung cấp hai kiểu kiên kết ghép nhTn.Kiểu thứ nhất đ/ợc thực hiện trực tiếp trên LSR, v kiểu thứ hai (từ xa) đ/ợc thực hiện trên các LSR khác Th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn sử dụng liên kết nhTn trực tiếp đối với các nhTn đầu v o, v gián tiếp (từ xa) đối với các nhTn đầu ra,

hoặc ng/ợc lại, gọi l liên kết nhTn downstream v upstream

Thủ tục phân bổ thông tin về nhTn liên kết nhTn đT tạo

Thủ tục tạo liên kết giữa nhTn v FEC

Thủ tục tạo liên kết giữa nhTn vFEC

Các giao thức định

tuyến lớp mạng

Duy trì bảng chuyển tiếp

Liên kết nhTn downstream thực hiện liên kết nhTn với luồng FEC thực tế m gói tin nằm trên đó, đ/ợc tạo ra bởi LSR đặt nhTn v o gói tin Các thông tin liên kết nhTnng/ợc h/ớng với chiều của các gói tin

Liên kết nhTn upstream thực hiện liên kết nhTn với luồng FEC thực tế m gói tin nằm trên đó, đ/ợc tạo ra cùng LSR đặt nhTn v o gói tin Các thông tin liên kết nhTncùng chiều với chiều của các gói tin

Hình 3.11:Liên kết nhDn downstream v; upstream

Trên hình 3.11 minh hoạ liên kết nhTn downstream v upstream, chúng ta dễ d ngnhận thấy rằng; trong tr/ờng hợp downstream, liên kết đ/ợc tạo ra tại phía cuối của kết nối downstream;trong tr/ờng hợp upstream liên kết đ/ợc tạo ra tại cuối của kết nối upstream

Bộ định tuyến chuyển mạch nhTn LSR th/ờng duy trì một số nhTn “tự do”(nhTnkhông liên kết) trong ngăn xếp nhTn Khi LSR khởi tạo lần đầu tiên các nhTn n y

đ/ợc sử dụng cho liên kết nhTn trực tiếp, số l/ợng nhTn n y chỉ ra khả năng liên kết nhTn đồng thời của LSR Khi bộ định tuyến tạo ra liên kết nhTn mới, các nhTn sẽ

đ/ợc lấy ra từ ngăn xếp nhTn v khi huỷ bỏ liên kết các nhTn sẽ đ/ợc trả lại cho lần

sử dụng tiếp theo

Chú ý rằng, bộ định tuyến chuyển mạch nhTn có hai dạng bảng chuyển tiếp, chuyển tiếp đơn v đa bảng chuyển tiếp T/ơng ứng với hai kiểu n y, bộ định tuyến chuyển mạch nhTn sẽ có một hoặc nhiều ngăn xếp chứa nhTn

Tạo v; huỷ bỏ liên kết nhDn

Bộ định tuyến chuyển mạch nhTn LSR tạo v huỷ bỏ liên kết nhTn với lớp chuyển tiếp t/ơng đ/ơng FEC dựa trên tác động từ gói tin chuyển tiếp v thông tin điều khiển (ví dụ, cập nhật thông tin định tuyến OSPF, bản tin RSPV,v v.).Quá trình tạo

v huỷ bỏ liên kết nhTn v khi có tác động từ phía gói tin chuyển tiếp đ/ợc gọi lquá trình liên kết nhTn h/ớng dữ liệu “data-driven” Quá trình tạo v huỷ bỏ liên kết nhTn d/ới tác động của thông tin điều khiển đ/ợc gọi l h/ớng điều khiển “control-driven” Bộ định tuyến chuyển mạch nhTn (LSR) hỗ trợ một miền rộng các tiếp cận

Gói tin có nhTn X

Thông tin liên kết nhTn Y

Gói tin có nhTnY

Thông tin liên

kết nhTn X

để lựa chọn điều khiển Ví dụ, tiếp cận theo h/ớng dữ liệu sẽ tạo ra liên kết nhTn với luồng tin qua gói tin đầu tiên tới LSR, hoặc có thể chờ một v i gói tin đến rồi mới thực hiện liên kết nhTn nếu các gói tin đến theo luồng.Việc lựa chọn ph/ơng pháp thiết lập liên kết có thể ảnh h/ởng tới hiệu năng v độ mềm dẻo của LSR, vì vậy, chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số điều kiện v yêu cầu của mạng để rõ hơn các

sở cứ lựa chọn ph/ơng pháp

Phần trên đây của cuốn t i liệu n y đT nêu lên một số /u điểm khi sử dụng chuyển mạch nhTn, v một trong số các vấn đề đặt ra l chuyển mạch nhTn đ/a ra khả năng cải thiện hiệu năng của hệ thống Trong phần n y chúng ta sẽ phân tích kỹ hơn xung quanh vấn đề n y Điều đầu tiên khi chúng ta đề cập đến hiệu năng cuả hệ thống lchúng ta phải đ/a ra đ/ợc giả thiết về điều kiện hoạt động, trong ttr/ờng hợp n y để

dễ d ng phân tích chúng ta coi hệ thống hoạt động trong điều kiện lý t/ởng Một bộ

định tuyến chuyển mạch nhTn có thể chuyển tiếp dữ liệu tại bất kỳ một tốc độ n o (chỉ phụ thuộc v o th nh phần chuyển tiếp chuyển mạch nhTn), bất kể l bộ định tuyến hoạt động theo ph/ơng pháp điều khiển n o Trong rất nhiều tr/ờng hợp , tốc

độ n y đ/ợc quyết định bởi cơ cấu phần cứng chuyển mạch của bộ định tuyến Ví

dụ, nếu bộ định tuyến chuyển mạch nhTn chạy trên nền ATM thì hiệu năng chuyển gói cao nhất thuộc về khả năng của tr/ờng chuyển mạch ATM Hầu hết các chuyển mạch ATM có thể chuyển tiếp to n bộ l/u l/ợng đến từ tất cả các giao diện đầu v o, nếu kiến trúc của tr/ờng chuyển mạch ATM l kiến trúc không tắc nghẽn (non -blocking) D/ới điều kiện lý t/ởng, bất kỳ một ph/ơng pháp điều khiển chuyển mạch nhTn n o cũng cần phải đạt đ/ợc thông l/ợng theo yêu cầu Mấu chốt ở đây l

“ d/ới điều kiện lý t/ởng “, v chúng ta rất muốn biết cách tiếp cận tới điều kiện lý t/ởng đó từ môi tr/ờng hoạt động thực tế Nh/ng điều đó l rất khó, đặc biệt l đối với ph/ơng pháp điều khiển h/ớng dữ liệu Điều n y có thể dễ d ng nhận thấy vì khi các nhTn đ/ợc dán liên kết với các luồng dữ liệu ứng dụng có thời gian sống khác nhau ( không tính đ/ợc, chỉ dự đoán), điều kiện lý t/ởng trong tr/ờng hợp n y lluồng gói tin đến có thời gian sống d i vô tận, khi đó giá th nh thiết lập đ/ờngchuyển mạch nhTn (LSP) sẽ giảm xuống tới mức có thể bỏ qua Nh/ vậy điều kiện

lý t/ởng sẽ khác xa những gì m môi tr/ờng mạng thực tế đem lại

3.5 hoạt động chuyển mạch và chuyển tiếp gói tin

3.5.1 Chuyển mạch lớp 2

Trong ch/ơng 1 chúng ta đT xem xét một số thiết bị cơ bản của mạng LAN, cầu nối trong mạng l thiết bị lớp 2- lớp liên kết dữ liệu, thuật ngữ chuyển mạch lớp 2 th/ờng đ/ợc sử dụng để mô tả một cầu nối LAN Tuy nhiên, thuật ngữ n y có thể hiểu rộng hơn để mô tả các thiết bị chuyển mạch ATM hoặc FR, ATM v FR có thể

đ/ợc xem nh/ l sự tổ hợp công nghệ chuyển mạch lớp 2 v lớp 3 Rất nhiều ng/ờitrong lĩnh vực công nghệ thông tin sử dụng khái niệm định tuyến trên lớp 3 v coi

đó cũng l phần tử chuyển tiếp, trong cuốn t i liệu n y cũng đ/a ra các khái niệm t/ơng tự Nh/ chúng ta đT xem xét trong ch/ơng 2, chức năng định tuyến gắn liền với phát h nh định tuyến v xác định tuyến trong môi tr/ờng IP, vấn đề trễ chuyển tiếp gói tin trong mạng IP với các bộ định tuyến truyền thống đ/ợc đặt v o các giao thức định tuyến v thuật toán tìm đ/ờng

3.5.2 Chuyển mạch lớp 3

Đây l một thuật ngữ chỉ ra một ph/ơng pháp mới để chuyển tiếp gói tin, đặc tính phân biệt của chuyển mạch lớp 3 l các chức năng đ/ợc thực hiện trong phần cứng nhờ các mạch tích hợp đặc biệt (ASIC) hoặc các phần cứng thiết kế đặc biệt Chúng không thực hiện việc ghép nhTn v cũng không bắt buộc phải nằm trên tr/ờngchuyển mạch của ATM hoặc FR Một v i hệ thống chuyển mạch lớp 3 sử dụng cache để hỗ trợ, cache đ/ợc xây dựng để chứa các địa chỉ mạng th/ờng xuyên nhận l/u l/ợng gói tin, các truy nhập th/ờng xuyên sẽ không bắt buộc phải truy nhập v obảng định tuyến trung tâm Đi cùng với kiến trúc đó, ph/ơng pháp điều khiển phân tán sẽ đ/ợc sử dụng nhằm đẩy nhanh tốc độ chuyển tiếp gói tin Bảng định tuyến

đ/ợc tính toán bởi bộ xử lý trung tâm, nh/ng bộ xử lý trung tâm không ra quyết

định chuyển tiếp cho từng gói tin, thay v o đó các bảng chuyển tiếp đ/ợc chuyển tới các bộ xử lý giao diện v các bộ xử lý n y đ/a ra quyết định chuyển tiếp gói tin Chúng ta cùng nhau xem xét một ví dụ d/ới đây (hình 3.12)

Hình 3.12 chỉ ra kiến trúc tổng quan của bộ định tuyến gigabit, bộ định tuyến chứa các card đ/ờng dây trên đó có chứa các giao diện, các card xử lý chuyển tiếp v tất cả đ/ợc nối tới chuyển mạch Luồng gói tin đ/ợc chuyển từ ngo i v o các card

đ/ờng dây, đ/ợc tách tiêu đề gói tin v chuyển tiêu đề tới card xử lý chuyển tiếp qua tr/ờng chuyển mạch, trong khi đó phần tải tin đ/ợc l/u lại trong card đ/ờng dây Bộ

xử lý chuyển tiếp kiểm tra tiêu đề, xác định tuyến của gói tin, cập nhật tiêu đề vchuyển chúng lại cho card đ/ờng dây cùng với thông tin chuyển tiếp Tiếp theo đó card đ/ờng dây sẽ chuyển gói tin tới card đầu ra phù hợp Bộ định tuyến gigabit (MGR) có dung l/ợng tổng l 50Gb/s v tốc độ truyền gói l 32 triệu gói/giây

Các gói tin Tiêu đề

Bộ xử lý gói

Các gói tin Tiêu đề

MGR sử dụng một số tiếp cận khác với các bộ định tuyến truyền thống:

card xử lý chuyển tiếp chứa tập địa chỉ ho n chỉnh cho các tuyến, điều n ytránh đ/ợc hiện t/ợng trễ tại bảng xử lý biên dịch trung tâm Hơn nữa, các bảng chuyển tiếp n y không chứa to n bộ các khoản mục nh/ trong bộ định tuyến truyền thống, nó chỉ chứa thông tin địa chỉ b/ớc kế tiếp

cổng chứ không phải l tr/ờng chuyển mạch bus chia sẻ, tr/ờng chuyển mạch

n y sử dụng kiểu h ng đợi đầu v o FIFO v một số thuật toán để giải quyết vấn đề nghẽn đầu dòng (HOL)

n y cho phép hệ thống mềm dẻo khi hỗ trợ các giao diện trên các card đ/ờngdây, hỗ trợ mạng ảo v đơn giản khi cấu hình v quản trị hệ thống

thức lớp 2 khác nhau v biến đổi chúng th nh một khuôn dạng chung trong nội bộ của MGR

các gói v ghép chúng th nh luồng, thông tin n y đ/ợc chuyển tới cổng đầu

ra, thực hiện lập lịch truyền dẫn gói tin

3.5.3 Chuyển mạch lớp 4

Chuyển mạch lớp 4 liên quan tới một số thuật ngữ mới, nó ngụ ý sử dụng các chỉ số cổng trong các giao thức lớp trên nh/ l một phần của quyết định chuyển tiếp gói tin Địa chỉ IP đích v chỉ số cổng đích chắc chắc đ/ợc sử dụng, chỉ số cổng nguồn

v tr/ờng nhận dạng giao thức trong tiêu đề IP có thể sử dụng hoặc không

3.5.4 Ghép lớp 3 v o lớp 2

Tiếp cận n y t/ơng tự nh/ chuyển mạch IP phân luồng, địa chỉ lớp 3 sẽ đ/ợc ghép

v o nhTn hoặc các nhận dạng kênh ảo Hình 3.13 sau đây mô tả thủ tục ghép địa chỉ lớp 3, trong đó các thông tin chỉ số cổng v tr/ờng nhận dạng giao thức đ/ợc sử dụng để phân loại luồng tại thiết bị gờ đầu v o

Gói tin đến Tế b o, khung dữ liệu

Hình 3.13: Ghép lớp đề lớp 3 v;o lớp 2 t;i thiết bị gờ đầu v;o

Các gói tin đến sẽ đ/ợc l/u v o trong h ng đợi chờ xử lý, khi quá trình xử lý bắt

đầu, thông tin trong tiêu đề gói tin đ/ợc lấy ra v xử lý, các gói tin lỗi sẽ bị huỷ bỏ

Địa chỉ IP đích đ/ợc xác minh, nếu đó l địa chỉ cục bộ thì tr/ờng nhận dạng giao thức IP sẽ đ/ợc sử dụng để chuyển tr/ờng dữ liệu lên các module tiếp theo nh/TCP,UDP v ICMP, nếu đó l gói tin cần chuyển qua ATM hoặc FR, địa chỉ IP lớp

3 sẽ đ/ợc gắn với nhTn hoặc chỉ số kênh ảo, các gói tin đ/ợc đóng gói bằng các giao thức lớp 2 của môi tr/ờng truyền dẫn Hình 3.14 d/ới đây thể hiện các thủ tục xử lý gói tại thiết bị trung gian v thiết bị đầu ra

Mở gói, xử lý tiêu đề IP Chuyển dữ liệu tới module phù hợp

Tế b o, khung dữ liệu Tế b o, khung dữ liệu

Hình 3.14: xử lý tại thiết bị trung gian v; đầu ra