Xem mẫu
- NGUYÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI
“CHUYỂN MẠCH IP”
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Định tuyến trong chuyển mạch gói truyền thống
Để chuyển các gói tin từ mạng này đến mạng khác một cách nhanh chóng và
chính xác, các gói tin cần phải được định tuyến, những thiết bị để định tuyến các
gói tin ban đầu được gọi là Gateway (đóng vai trò là một cổng giao tiếp từ mạng
này tới mạng khác) và và sau đó router ra đời để kết nối giữa các mạng vật lý khác
nhau tạo thành một liên mạng hợp nhất rộng lớn hơn. Các gói thông tin riêng biệt
bao gồm một nhãn mạng đích mà router thực hiện tương hợp nhãn với một trong
nhiều thực thể của bảng mạng đích mà nó biết trước. Khi tìm thấy một sự tương
hợp, router có thể định hướng gói tin tới giao diện tương ứng và chờ đến khi gói tín
khác đến. Quá trình tương quan đơn giản này được thực hiện đối với mỗi gói riêng
biệt đến router. Thậm chí nếu có một số lượng lớn gói tin có cùng một đích đến
chung, thì router sẽ vẫn xử lý mỗi gói tin theo cách riêng.
Chú ý thế hệ router đầu tiên được giới thiệu trong hình 1.1:
- Hình 1.1: Router thế hệ đầu tiên
Nó bao gồm một bộ xử lý trung tâm và nhiều card giao tiếp, tất cả được nối
với nhau bằng một đường bus chung. Bộ xử lý rất tin cậy cho chạy giao thức định
tuyến và duy trì một bảng hướng đi của router bước nhảy tiếp theo mà gói được
gửi đến. Các gói đi vào router qua bus và đi vào bộ xử lý nơi sẽ tra cứu bảng định
tuyến chuẩn và thực hiện xác định bước nhẩy tiếp theo. Gói sau đó được đi vào bus
chung đến giao diện đầu ra tương ứng. Hiệu năng của hệ thống này phụ thuộc vào
tốc độ bus và khả năng xử lý của bộ xử lý trung tâm. Và mỗi gói được yêu cầu đi
trên bus hai lần.
Trước sự phát triển không ngừng của Internet. Ngày càng có nhiều người
hơn sẽ đăng nhập vào mạng và khi đó bảng định tuyến sẽ lớn hơn, thời gian tra cứu
cũng sẽ lâu hơn. Kết hợp với sự tăng trưởng trong lưu lượng người dùng, dẫn tới
đòi hỏi phải tạo ra những router sử dụng công nghệ cao hơn. Nhờ vào sự tăng
cường tính toán hướng tới của các gói tin đến các giao diện chuyển tiếp. Một phần
hoặc toàn bộ bảng định tuyến có thể được lưu trong bộ nhớ của bộ chuyển tiếp đầu
vào. Điều này cho phép bộ chuyển tiếp đầu vào thực hiện tính toán hướng đi và
định hướng các gói trên đường bus tương ứng với bộ chuyển tiếp đầu ra mà không
cần sự can thiệp của bộ xử lý trung tâm.
- Hiệu năng của mô hình này vẫn sẽ bị giới hạn bởi tốc độ bus và thời gian
yêu cầu để sắp xếp trên một bảng định tuyến lớn trong suốt thời gian tra cứu. Một
công nghệ cải thiện router khác là thay thế bus bằng một switch. Vì toàn bộ cổng
đầu vào và ra được kết nối với nhau bằng một kết cấu chuyển mạch không nghẽn.
Mô hình này được giới thiệu trong hình 1.2.
Hình 1.2: Kiến trúc của Router có các đường bus dùng switch
Bằng cách cải thiện thiết kế bên trong và hiệu quả hơn sẽ thay thế yêu cầu
xử lý mỗi gói đối với bản thân router điều này sẽ đặc biệt hữu dụng trước tính chất
bùng nổ tự nhiên không đoán trước của lưu lượng IP do các gói tin được phục vụ
theo cơ chế hàng đợi first-in first-out (FIFO) có chi phí cao, độ lợi về thông lượng
nhỏ và hiệu năng thì lại không đạt được độ tin cây cao.
1.2 ATM & IP
a/ IP – Internet Protocol
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ
chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến
- và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên
nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho
việc chuyển gói tới đích.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng.
Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông
tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động
trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quản tính toán c ủa cơ cấu định tuyến
được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp
theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích.
Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP
hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở
cách này, mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức
này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải
nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói
tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Tuy nhiên,
bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng
như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản
ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo
mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức
như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở
mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện,
mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào.
- Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở
rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức
định tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
b/ ATM – Asynchronous Tranfer Mode
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông
tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói
không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho
trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ
khác nhau.
ATM có hai đặc điểm quan trọng :
- Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế
bào ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và
biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo
điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.
- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo
nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch
hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi
thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc
thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện
định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi
trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình
- thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc
này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển
tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin
về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn
mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển
gói tin qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn
trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ
hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần
cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông
lượng của IP router truyền thống.
Bảng so sánh công nghệ IP và ATM
Công nghệ IP ATM
- Là một giao thức chuyển
- Sử dụng gói tin có chiều
mạch gói có độ tin cậy và
dài cố định 53 byte gọi là
khả năng mở rộng cao.
tế bào (cell).
Bản chất
- Do phương thức định tuyến
công nghệ - Nguyên tắc định tuyến :
theo từng chặng nên điều
chuyển đổi VPI/VCI -Nền
khiển lưu lượng rất khó thực
tảng phần cứng tốc độ cao
hiện.
- Tốc độ chuyển mạch cao,
Ưu điểm - Đơn giản, hiệu quả
mềm dẻo, hỗ trợ QoS theo
- yêu cầu
- Giá thành cao, không
Nhược
- Không hỗ trợ QoS mềm dẻo trong hỗ trợ
điểm
những ứng dụng IP, VoA
1.3 IP over ATM
Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over
SDH/ SONET, IP over WDM và IP over Fiber. Còn kỹ thuật ATM, do có các tính
năng như tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng, … mà các
mạng lưới dùng bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi
trên mạng đường trục IP. Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối
cao đối với mạng lưới, IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay.
Cho nên việc nghiên cứu đối với IP over ATM vẫn còn rất quan trọng. Mà MPLS
chính là sự cải tiến của IP over ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn
lại một chút về hiện trạng của kỹ thuật IP over ATM.
IP over ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP
(kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập
với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới
đảm bảo nối thông. Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi.
Nhưng trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó
cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xét lại.
Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập
các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết. Như thế có thể
- sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng,
gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm (như số VC, lượng tin điều
khiển) đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút. Khi mà mạng lưới ngày
càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới quá tải.
Thứ hai là phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra
làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật
lý. Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh
hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau. Mặt khác, khi lưu
lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với
băng rộng.
Hai điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho
mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,… nhưng không thể đáp ứng được nhu
cầu của mạng đường trục Internet trong tương lai. Trên thực tế, hai kỹ thuật này
đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm.
Thứ ba là trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách
nào đảm bảo QoS thực sự.
Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không
xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào
một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này. Cách
làm như thế có thể gây ảnh hường không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường
trục.
Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – đa giao thức trên ATM) LANE
(LAN Emulation – Mô phỏng LAN)… cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải
quyết các vấn đề đó, nhưng các giải thuật này đều chỉ giải quyết được một phần
- các tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn. Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn
là phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ. Hiện nay đã xuất hiện
một loại kỹ thuật IP over ATM không dùng phương thức xếp chồng, mà dùng
phương thức chuyển mạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp. Kỹ thuật này
chính là cơ sở của MPLS.
nguon tai.lieu . vn