các mạng chuyển mạch gói X25

tiểu luận về các mạng chuyển mạch gói X25

Lời nói đầu Ngày nay, nhu cầu truyền thông đa phơng tiện (tích hợp dữ liệu, văn bản, âm thanh, hình ảnh) ngày càng đòi hỏi các công nhệ truyền dẫn cao. Các mạng chuyển mạch gói X25 với thông lợng tối đa là 64Kbps nh hiện nay, rõ ràng là không đáp ứng đợc nhu cầu nói trên. Trong khi chờ cải thiện hiệu năng của X25, ngời ta tập trung vào việc tìm kiếm các công nghệ mới theo hớng tăng vận tốc chuyển mạch tại các nút mạng. Các công nghệ loại này đợc đặt chung tên gọi là FPS (fast packet switching) đợc xác định trên 2 kỹ thuật cơ bản là Frame relay và Cell relay(ATM). ATM: asynchonous transfer Mode PVC : Permanent Virtual Circuit SVC : Switched Virtual Circuit Điểm khác biệt đầu tiên giữa ATM và Frame relay là: - Trong khi Frame relay dùng các đơn vị dữ liệu có kích thớc thay đổi (frame) thì Cell relay lại dùng các đơn vị dữ liệu có kích thớc cố định. - Kỹ thuật Frame relay có thông lợng > 2Mb/s - Kỹ thuật Cell relay dựa trên phơng thức truyền không đồng bộ ATM có thông l- ợng > hàng trăm Mb/s Cả hai kỹ thuật này đều có thể cài đặt cho SVC và PVC. 1 FP S Frame Relay Cell Relay SV C SV C PV C B- ISDN SMDSPV C Kỹ thuật Frame Relay Trong X25 chức năng dồn kênh đối với các liên kết logic chỉ đảm nhận việc kiểm soát lỗi cho các Frame gửi đi qua giao diện DTE và DCE cục bộ. Do đó làm tăng độ phức tạp trong việc phối hợp thủ tục gữa 2 tầng kề nhau, dẫn tới thông lợng bị hạn chế do tổng chi phí cho xử lý gói tin lớn. Trái lại với kỹ thuật Frame Relay chức năng dồn kênh và chọn đờng đợc thực hiện ở tầng 2 và việc chọn đờng cho các Frame rất đơn giản, vì thế thông lợng tăng lên rất nhiều so với chuyển mạch gói. Khuôn dạng tổng quát của Frame dùng trong kỹ thuật Frame Relay. 8 16 variable 16 8 DLCI : Datalink Connection Identifier CF : Congestion Forward (FECN) CB : Congestion Backward (BECN) DE : Discard Eligibility Trong vùng Header có chứa các tham số sau: - DLIC : Để định danh các liên kết dữ liệu đợc thiết lập ( mỗi khi một liên kết dữ liệu đợc thiết lập nó đợc gán một DLCI và giá trị này luôn đợc khai báo trong tất cả các Frame dữ liệu và Frame điều khiển liên kết đó) và nó chỉ mang ý nghĩa cục bộ đợc dùng để chọn đờng. - Tại mỗi nút khi nhận đợc một Frame dữ liệu, chơng trình điều khiển (Frame Hander) đợc cài sẽ đọc DLCI trong Header và kết hợp với số liệu đơng truyền vào để xác định đờng truyền ra và DLCI ra tơng ứng. Giá trị DLCI mới này sẽ đợc ghi vào phần header của Frame sẽ đợc đa vào hàng đợi để gửi tiếp đi trên đờng đã chọn. - Do nhiều liên kết dữ liệu logíc có thể đồng thời cùng nhau phân chia một đ- ờng truyền vật lý, mặt khác các Frame cùng liên quan đến một liên kết dữ liệu nào đó lại có thể đợc tạo ra ở các thời điểm ngẫu nhiên. Do đó dẫn đến gây ra tắc nghẽn đờng truyền. Khi đó các bit CB, CF, DE trong phần Header đợc dùng để kiểm soát hiện tợng tắc nghẽn. 2 Flag FlagHeade r Informatio n FCS - Mỗi khi Frame Hander chuyển thêm một Frame vào hàng đợi. Nó kiểm tra kích thớc hàng đợi, nếu quá giới hạn thì nó thông báo cho ngời dùng ở hai đầu liên kết bằng CF ( nếu dữ liệu đi) và bằng CB ( nếu dữ liệu về). Khi Frame Hander trong máy ngời sử dụng nhận đợc thông báo tắc nghẽn nó giảm tốc độ gửi Frame cho đến khi không còn tắc. Tuy nhiên nếu tắc nghẽn quá lâu thì Frame Hander tại nút tắc nghẽn sẽ loại bỏ các Frame thông qua bit DE 3 1. Các chuẩn cho Frame Relay 1.1. Chuẩn ITU-T/CCITT Theo ITU-T thì các khuyến nghị nên có tiền tố là chữ cái, nh quy ớc khuyến nghị có tiền tố thờng cung cấp mô hình cho các dịch vụ giao thức thao tác, trong khi các khuyến nghị có tiền tố Q cung cấp những chỉ định cụ thể đối với từng thao tác nh báo hiệu, giao vận và ứng dụng. FR đợc định nghĩa là một giao diện giữa ngời dùng và dịch vụ mạng Relaying của HDLC. Đầu tiên đợc định nghĩa bởi khuyến nghị I122. Khuyến nghị này đã trở thành một chuẩn phổ biến, đợc áp dụng cho nhiều dịch vụ, trong đó có cả ISDN. Chuẩn ISDN là nền tảng cho các hoạt động giao thức FR> Tất cả các mạng FR tuân theo giao thức ISDN ở tầng thứ 2, tức giao thức LAP-D, dùng một kênh D để truyền tín hiệu điều khiển và dùng kênh B hoặc cả kênh D để truyền thông tin tuỳ theo loại 1 hay loại 2. Theo khuyến nghị I122 thì có 2 loại FR chính, loại 1 là FR riêng và loại 2 là FR công cộng. 1.2. Chuẩn ANSI Trong thực tế, rất nhiều chuẩn của ANSI đợc dùng để bổ sung cho ITU-T. Nó cung cấp cho ngời dùng các chuẩn giao diện cho phép tôvs đọ truy cập DS0, DS1 Cung cấp các quy định cơ bản cho giao diện ngời dùng mạng (UNI), và giao diện mạng-mạng (NNI). 1.3. Chuẩn mở rộng LMI và các giải pháp độc quyền Trớc khi ITU-T và ANSI đa ra các chuẩn của mình thì đã có 4 nhà sản xuất đã giới thiệu dòng sản phẩm FR của họ. 4 nhà sản xuất này gồm: Stratacom, Digital Equipment Coporation, Cisco system và Northern Telecom. Do nhu cầu doanh thu, họ nhanh chóng hình thành một quy ớc về mặt kỹ thuật chung gọi là mở rộng LMI. Tính năng của kỹ thuật này, dù là độc quyền, nhng vẫn có thể bổ sung thêm các chuẩn của ANSI và ITU-T.Từ nền tảng đó mà dần dần, họ hình thành nên 1 chuẩn phổ biến để kết nối các thiết bị DTE theo giao diện FR. 1.4. Các chuẩn mở rộng LMI Chuẩn mở rộng LMI có các tính năng sau: - Nhắc nhở ngời dùng về tình trạng của PVC 4 - Nhắc nhở ngời dùng về việc thêm, xoá, sửa các PVC - Nhắc nhở ngời dùng về trạng thái của các liên kết vật lý hay logic Chuẩn LMI hỗ trợ: - Kích thớc Frame tối đa là 8196 octet - 1024 địa chỉ DLCI - Các mở rộng thông thờng - Thiết lập các bit FECN/BECN và bit báo tắc nghẽn DE - Hỗ trợ multicasting - Đánh địa chỉ chung - Tối đa 1024 kết nối logic 1.5. Các lựa chọn mở rộng Có 4 lựa chọn mở rộng, gồm: - Khả nămg multicast - Kiểm soát luồng - Quy ớc đánh địa chỉ chung - Cập nhật không đồng bộ Khả năng multicast cho phép các thiết bị nối với nhau bằng một mạng LAN, làm việc với một địa chỉ duy nhất. Tức là, đối với một router trong một nhóm multicast thì thông tin gửi tới là broadcast. Kiểm soát luồng: biểu thị các thông báo tắc nghẽn trên mạng và nhắc nhở cho ngơid dùng biết. Kiểu kiểm soát luồng này tơng tự nh XON, XOFF, nhng chỉ đợc dùng cho dòng dữ liệu một chiều. Quy ớc đánh địa chỉ chung: dựa trên phơng pháp port by port, phơng pháp này dùng một DLCI cho mỗi cổng hoặc thiết bị cuối, sao cho, với một địa điểm mà ngời dùng có thể giao tiếp, sử dụng cùng một DLCI. Cập nhật không đồng bộ: cho phép nhắc nhở ngời dùng về thay đổi trạng thái của kênh DLCI. 5 2. Các thông số và kích thớc của FR Tốc độ trao đổi thông tin (CIR) và tốc độ truyền thông tin vợt quá giới hạn cho phép (EIR) là phần trọng tâm của tốc độ truy cập FR. CIR và EIR liên kết với nhau và đợc tính toán thông qua chuyển mạch FR. Tốc độ CIR trong các mạng FR công cộng đợc lựa chọn cho mỗi PVC dựa trên mô hình về khả năng tải lớn nhất và nhỏ nhất cho phép, các tham số này đợc thiết lập dựa vào kiến trúc mạng 2.1. Phơng pháp tính CIR và EIR CIR là số đo về chất lợng của dịch vụ. Nó cung cấp tốc độ đợc bảo đảm qua thống kê của thông lợng trên đơng truyền/nhận của một PVC. CIR đợc định nghĩa nh một thông lợng nhỏ nhất có thể đạt đợc trong mọi điều kiện của mạng. CIR là số lợng các bit tính theo kích thớc burst liên kết (Bc) có thể đến đợc đích trong một khoảng thời gian trung bình. CIR = Bc/T Nếu số lợng các bit đến đợc đích trong khoảng thời gian T vợt quá Bc, nhng không vợt quá giới hạn (Bc+Be) thì các frame kế tiếp sẽ bị đánh dấu DE. EIR đợc tính theo công thức: EIR = (Bc+Be)/T Các bit đến đợc đích trong khoảng thời gian T vợt qua giới hạn (Bc+Be) sẽ bị loại bỏ bởi nút FR truy nhập. 2.2. Kích thớc của CIR Tốc độ CIR trong mạng FR công cộng đợc chọn cho mỗi PVC dựa trên khả năng tải cho phép lớn nhất và nhỏ nhất. Phạm vi thực tế của mạng phụ thuộc vào mạng FR đợc load và thiết kế nh thế nào: - Với kiến trúc vòng lặp mở, các frame vợt qúa CIR sẽ bị đánh dấu là DE. - Với kiến trúc vòng lặp đóng, chuyển mạch sẽ không cho phép frame vợt quá CIR trừ khi đó là giá trị băng thông end-to-end thông qua mạng để truyền frame. Tốc độ CIR thờng đợc chọn dựa vào các phơng thức truyền dữ liệu, các giao thức đợc sử dụng và thời gian đợc yêu cầu để gửi thông tin từ nguồn đến đích. 6 Hình dới minh hoạ 2 PVC tốc đọ 32Kbps đợc cung cấp qua một router đơn và qua mạch truy nhập vật lý 56 Kbps đơn. Một PVC đợc nối giữa user A và user C, một PVC khác đợc nối giữa user B và user D. User A và B cần gửi một file có kích thớc 200.000 bytes trong khoảng thời gian đã quy định,giả sử 1 phút; thời gian sẽ xấp xỉ 25s nếu user A truyền với tốc độ lớn hơn CIR sang bằng với tốc độ cổng 62Kbps. Nhng khi cả user A và user B đều gửi 2 file có kích thớc 200.000 bytes đồng thời thì các PVC của chúng sẽ chia các mạch truy nhập FR làm đôi và tốc độ Cỉ của mỗi PVC là 32 Kbps và cả 2 file đợc truyền tới đích với thời gian tối thiểu 50s. Đó là kích thớc tốt nhất cho CIR đạt đợc thông lợng tối thiểu mà ta có thể chấp nhận đợc trong điều kiện tắc nghẽn đối với khả năng tới hạn. 2.3. Kích thớc cổng truy nhập FR Các cổng truy nhập FR có rất nhiều tốc độ, từ 56Kbps đến 56/64 Kbps trở lên, bao gồm DS1, DS3, Tốc độ CIR của PVC khi vào hoặc ra khỏi cổng FR đều đợc thêm vào một cách riêng biệt. Nó sẽ phối hợp với tốc độ của CIR trong các hớng nên không có CIR nào vợt quá tốc độ cổng ở mọi hớng. 7 Rounter Rounter User A User B User D User C FR Network FR SW1,2,3 FR Access Ports 64 kbps FR PVC 32 kbps CIR Frame Relay CIR Sizing Example Trong hình trên, 4 vị trí từ xa có các PVC để đến HQ và tốc độ của mỗi PVC là 32 Kbps. Mỗi vị trí đó có cổng truy nhập FR 64Kbps Hầu hết các mạng đều không có mô hình truyền dữ liệu gối lên nhau một cách chính xác, và một số mức thuê bao của cổng đi đến HQ của FR có thể thực hiện đợc. Thực tế, sự tận dụng trung bình của những dòng riêng lẻ là 10% - 20%. Nếu có 5 dòng nh vậy chiếm chỗ trên FR access đơn thì tổng tốc độ CIR có thể là 500% đăng ký vợt mức khớp tập hợp CIR với tập hợp các tốc độ cổng dòng riêng lẻ. 2.4. Các PVC theo một hớng duy nhất, không đối xứng, đơn hình Tốc độ CIR đợc gán theo một hớng duy nhất. Mỗi PVC đợc gán 2 CIR, một cho truyền và một cho nhận. Đó đợc gọi là các CIR theo một hớng duy nhất, không đối xứng, đơn hình. 8 HQ Site Rounte r A B C D = 64 kbps FR Access Port = Frame Relay Switch FR Port Speed Sizing Example FR Port 64 kbps 128 kbps CIR=32 kbps FR Network PVC PVC CIR=4 kbps CIR=32 kbps User A User B FR Network FR Access Circuit 56 kbps FR Access Circuit 1.544 Mbps Frame Relay Asymmetrical PVC Example Trong hình trên, A trao đổi dữ liệu với B. mạch ghép nối của A đến mạng FR là 56Kbps. B là mạch truy nhập T1 khi hầu hết các yêu cầu từ A đến B và các file gửi từ B đến A,thì PVC giữa A và B có CIR 4 Kbps theo hớng từ A đến B, và có CIR 32 Kbps theo hớng từ B đến A. 2.5. Bursting over CIR Theo thống kê, một trong các u điểm của FR là lợi ích đa thành phần từ việc điều khiển khả năng tải thông cao thông qua các PVC phức tạp. Khả năng này có thể xảy ra ở mọi thời điểm, tại mọi PVC. Các file thờng có kích thớc lớn hơn khả năng có thể truyền qua mạch truy nhập vật lý trong 1s, cho nên có phải truyền từ 2s trở lên. Trong nhiều tr- ờng hợp, thông lợng truyền dữ liệu sẽ vợt quá giá trị CIR đợc gán, khi đó, bursting sẽ đợc yêu cầu. 9 Trong hình trên, một PVC đơn với tốc độ CIR 2 hớng 32 Kbps đợc cung cấp qua mạch truy nhập 56Kbps. 2.6. Bit DE (Discard Eligible) Có rất nhiều cách để giới hạn phạm vi của băng thông đợc cung cấp cho User tại bất kỳ một thời điểm nào. Điều này có thể là một nhân tố khó thực hiện trong quá trình gặp tắc nghẽn, khi có nhiều các user yêu cầu các băng thông cao hoặc thấp tranh giành tài nguyên bị giới hạn. Một phơng pháp định ranh giới băng thông để lựa chọn user theo thứ tự u tiên là thông qua việc sử dụng các bit DE. Các frame của user có DE = 1 sẽ bị loại bỏ đầu tiên, user có u tiên cao hơn có DE đợc gán bằng 0. Bit DE đợc thiết lập tuỳ ý hoặc thông qua mạng. Nếu nút mạng bị tắc nghẽn, nó sẽ loại bỏ các frame có DE = 1. 2.7. Oversubscription (OS) 10 T = 0 1 2 3 4 5 6 T = 0 1 2 3 4 5 6 CIR=32k FR Access Circuit 56kbps FR Switch Port 56kbps CIR=32k FR Access Circuit 56kbps FR Switch Port 56kbps Frame Make DE T = 0 1 2 3 4 5 6 CIR=32k FR Access Circuit 56kbps FR Switch Port 56kbps Figure 11.5 Frame Relay Busting Example [...]... nghẽn vẫn tồn tại ở thời điểm chuyển mạch B truyền dữ liệu tới chuyển mạch C, thì một nửa dữ liệu của user (các frames đã bị đánh dấu DE) có thể bị mất Các chuyển mạch thuần tuý chỉ toàn các frame thờng sử dụng thuật toán tắc nghẽn vòng mở Các chuyển mạch Frame Relay này sẽ đọc toàn bộ frame vào các buffers trớc khi truyền nó tới user hoặc tới chuyển mạch kế tiếp Công nghệ của các kiến trúc vòng mở cũng... đề tắc nghẽn trên mạng và làm cho mạng Frame Delay hoạt động có hiệu quả hơn Kiến trúc vòng đóng thờng đợc dùng ở các chuyển mạch FR hoàn toàn là các frame thuần tuý, tức là toàn bộ frame sẽ đợc đọc vào chuyển mạch trớc khi gửi nó ra cổng ra hoặc một chuyển mạch FR khác Kiến trúc vòng mở thờng đợc dùng trong các chuyển mạch ô (cell switching), ở đó mỗi frame sẽ đợc chia nhỏ thành các ô có kích thớc... liệu tới các Frame công cộng và các dịch vụ cell-Relay Một số khác thì vẫn bàn một số các quy ớc là vẫn dùng mạng riêng nhng đang chuyển dần một cách chậm chạp sang FR và các dịch vụ dựa trên kỹ thuật Cell Relay Dịch vụ FR cung cấp sự hợp nhất việc đan xen các đờng riêng = sự dan xen thông qua các mạch ảo PVC với mạng FR và yêu cầu ngời dùng phải có một mạch truy nhập đơn tới mạng công cộng Mạng FR... thuật FR chuyển mạch gói nhanh và các card giao diện - Cầu, router dùng các liên kết mặc định cho mạng FR - Chuyển mạch gói nhanh DS3./DS1 Ba kỹ thuật này là rất rộng, việc quyết định lựa chọn kỹ thuật nào chủ yếu là phụ thuộc vào thiét bị mà khách hàng sẵn có Các nhà quản lý thiết kế và các kỹ s thờng cân nhắc chi tiết trớc khi quyết định xem sử dụng kỹ thuật nào để phát triển 1 mạng FR 4.3 Các tham... trạng tắc nghẽn ở cổng và trên các đờng truyền giữa các chuyển mạch Điều đó cũng bị ảnh hởng bởi môi trờng vòng đóng mà trong đó mỗi chuyển mạch biết về trạng thái tắc nghẽn của các chuyển mạch khác trong mạng Phơng pháp này cho phép các nhà cung cấp FR đạt đợc việc sử dụng tài nguyên mạng nhiều hơn phơng pháp vòng mở , bên cạnh đó nó còn cho phép tăng dung lợng một cách dễ dàng Đối với user no thực... qua các NNI Các mạch NNI cũng đợc dùng để liên kết các dạng chuyển mạch không giống nhau, thờng là ở các trờng hợp giữa các dịch vụ FR khác nhau 18 5 Các kiến trúc mạng Frame Relay công cộng Trong một mạng Frame Delay, kiến trúc sử dụng trong các chuyển mạch Frame Delay sẽ có ảnh hởng rất lớn đến trễ end-to-end, điều khiển lu thông của CIR ,DE và các giao thức tầng cao nh TCP/IP và TPX Hiện tại có... truyền và nhận các cửa sổ trong chuyển mạch gói X25, nhng việc quản lý truyền các gói ở các nút kề nhau đợc thay bằng các Frame TCP tự động giảm kích cỡ cửa sổ, hoặc tự động giảm số gói tin đợc truyền theo việc trì hoãn mạng hoặc mất Frame Nó cho phép những ngời dùng cuối (hoặc các thiết bị truy nhập mạng) thích nghi đợc với việc tắc nghẽn mạng và tránh phải xoá các Frame , đồng thời tránh việc phải truyền... trên mạng FR công cộng FR đã tràn ngập trên thị trờng mạng công cộng và mạng riêng Phần cứng FR đi kèm bao gồm từ card giao diện PC, bộ dồn kênh, các router phục vụ cho tìm đờng, các chuyển mạch Cell IXC có nguồn gốc từ các nhà cung cấp dịch vụ inter-LATA, và các RBOC là từ các nhà cung cấp intra- LATA Đầu tiên ngời sử dụng lựa chọn giữa lợi nhuận truy cập một mạng FR cộng cộng hoặc là xây dựng một mạng. .. cung cấp các dịch vụ FR công cộng là ICX, RBOC& LEC, và các nhà cung cấp truy nhập mạng Vào những năm 1996 các nhà cung cấp thờng tạo ra các dịnh vụ cộng thêm để thêm vàoquá trình giao vận nh : các dịch vụ tiếng, các lợc đồ giá linh hoạt, tốc độ truy nhập linh hoạt và cao hơn Với IXC có thêm các dịch vụ nh: - Truy nhập mạng công cộng khắp nơi - Vốn đầu t yêu cầu qua net - Chuyển mạch đờng trục và các kiến... băng tần IXC - Linh động việc định vị truy nhập và tốc độ truy nhập 16 - Kết hợp FR với các dịch vụ chuyển mạch khác Lợi nhuận tăng thêm ở các mạng công cộng vợt xa các mạng riêng Phần lớn các dịch vụ của FR đợc thiết lập trên các chuẩn ANSI và LMI Nó mở rộng các khả năng sau: - PVC và SVC - Tốc độ truy nhập ở các mức DS0,DS1,E - PVC,CIR có tốc độ + 4kbps - Tốc độ truy nhập tơng tự tăng - Có thêm . chiều trên các thiết bị đầu cuối hoặc chuyển mạch sang các mạng kế bên thông qua các NNI. Các mạch NNI cũng đợc dùng để liên kết các dạng chuyển mạch không. FR với các dịch vụ chuyển mạch khác. Lợi nhuận tăng thêm ở các mạng công cộng vợt xa các mạng riêng. Phần lớn các dịch vụ của FR đợc thiết lập trên các chuẩn