Công nghệ chuyển mạch IP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH IP Hà Nội Tháng 07 năm 2016 LỜI NÓI ĐẦU Trước phát triển giao thức Internet khởi đầu từ năm thập niên 70 tiếp tục phát triển vào năm sau Ngày nay, mạng IP thực bùng nổ khối lượng lưu lượng yêu cầu chất lượng dịch vụ như: tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,… Nhưng mạng IP chưa thực đáp ứng yêu cầu truyền dẫn lưu lượng, đó, cần phải có giải pháp công nghệ đưa vào để khắc phục nhược điểm mạng tồn Công nghệ chuyển mạch IP đời xem giải pháp tốt để giải yêu cầu Chuyển mạch IP kết hợp hài hòa giao thức điều khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP khắc phục nhược điểm tốc độ xử lý chậm định tuyến tính phức tạp giao thức báo hiệu chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP điểm tập trung nghiên cứu hãng viễn thông tiếng giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco, Với thời gian kiến thức hạn hẹp nên báo cáo không tránh khỏi tồn nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận bảo, góp ý thầy cô bạn Mong báo cáo hoàn thiện hơn!! Page | MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………… MỤC LỤC…………………………………………… ………… 1.Giới thiệu chung…………….………………………………….…3 2.Đánh địa định tuyến……………………………………… 2.1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP……………………………4 2.2 Đánh địa IP……………………………………………….6 2.3 Định tuyến IP…………………………………………………7 3.Chuyển mạch IP………………………………………………… 10 3.1 Định nghĩa thuật ngữ………………….…………… 10 3.1.1 Chuyển mạch IP…………………………………… …10 3.1.2 Đầu vào chuyển mạch IP……………… … 12 3.1.3 Đường tắt……………………………………………….14 3.2 Các mô hình đia chuyển mạch IP…….……………….15 3.2.1 Địa riêng…………………….……………… …… 15 3.2.2 Ánh xạ địa IP sang VC……………………….… …16 3.3 Các mô hình chuyển mạch IP…………………………… 17 3.3.1 Mô hình xếp chồng………………………… …………17 3.3.2 Mô hình đồng cấp………………………………………18 3.4 Các kiểu chuyển mạch IP……………………………… ……20 3.4.1 Giải pháp chuyển mạch theo luồng……………… … 20 3.4.2 Giải pháp chuyển mạch theo cấu hình.…………… … 21 Kết Luận………………………………………………………….25 Page | GIỚI THIỆU CHUNG IP(Internet Protocol) giao thức chuyển tiếp gói tin Việc chuyển tiếp gói tin thực theo chế phi kết nối IP định nghĩa cấu đánh số, cấu chuyển tin, cấu định tuyến chức điều khiển mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm địa bên nhận, địa số toàn mạng mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường tới nút mạng Do vậy, cấu định tuyến phải cập nhật thông tin topo mạng, thông tin nguyên tắc chuyển tin (như BGP) phải có khả hoạt động môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quản tính toán cấu định tuyến lưu bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin chặng để gửi gói tin tới hướng đích Dựa chuyển tin, cấu chuyển tin chuyển mạch gói IP hướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống theo chặng Ở cách này, nút mạng tính toán mạng chuyển tin cách độc lập Phương thức này, vậy, yêu cầu kết tính toán phần định tuyến tất nút phải quán với Sự không thống kết dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều đồng nghĩa với việc gói tin Kiểu chuyển tin theo chặng hạn chế khả mạng Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến chuyển tin nâng cao độ tin cậy khả mở rộng mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với cố việc thay đổi tuyến router biết thay đổi topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin trạng thái kết nối Với phương thức CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước tin trì mức chấp nhận được, việc tính toán định tuyến nút tự thực hiện, mạng mở rộng mà không cần thay đổi Tóm lại, IP giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy khả mở rộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng khó thực phương thức định tuyến theo chặng Mặt khác, IP không hỗ trợ chất lượng dịch vụ Page | ĐÁNH ĐỊA CHỈ VÀ ĐỊNH TUYẾN IP 2.1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP TCP/IP giao thức mở xây dựng cho mạng Internet mà tiền thân mạng ARPnet quốc phòng Mỹ Do giao thức mở, nên cho phép đầu cuối sử dụng giao thức kết nối vào mạng Internet Chính điều tạo nên bùng nổ Internet toàn cầu thời gian gần Trong giao thức này, hai giao thức sử dụng chủ yếu giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transmission Control Protocol) IP (Internet Procol) Chúng làm việc với để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng Điểm khác TCP/IP so với OSI tầng liên mạng sử dụng giao thức không kết nối (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động mạng Internet Cùng với giao thức định tuyến RIP, OSPF, BGP,… tầng liên mạng IP cho phép kết nối cách mềm dẻo linh hoạt loại mạng vật lý khác như: Ethernet, Token Ring, X25… OSI TCP/IP Application Presentation Application SMTP FTP TELNET DNS Session Transport Network TCP ICMP UDP IGMP IP ARP Data Link RARP Data link Physical Hình 1: Mô hình TCP/IP mô hình OSI TCP/IP có kiến trúc phân lớp, gồm lớp chức sau: Page | 1) Lớp liên kết liệu (DataLink Layer): Định nghĩa hàm, thủ tục, phương tiện truyền dẫn đảm bảo truyền dẫn an toàn khung thông tin phương tiện truyền dẫn Ethernet, ATM, tokenring, frame-relay,… 2) Lớp giao thức Internet(Internet Protocol): Chuyển tiếp gói tin từ nguồn tới đích Mỗi gói tin chứa địa đích IP sử dụng thông tin để truyền gói tin tới đích Giao thức IP chạy tất máy chủ (Host) tất thiết bị định tuyến (Router) Lớp IP lớp kết nối phi hướng nghĩa mạng không cần thiết lập đường dẫn đến đích trước gói tin truyền qua mạng đến đích vậy, gói đến đích với đường tối ưu khác IP không đảm bảo thứ tự đến đích gói tin Mạng Internet hoạt động phương tiện truyền tải (nhờ có lớp DataLink) có nhiều ứng dụng lớp IP có lớp IP với giao thức IP điểm hội tụ TCP/IP cho phép hoạt động cách linh hoạt mềm dẻo mạng máy tính cực lớn Hiện có hai phiên IP IPv4 IPv6 (IPng) IPv4 phiên sử dụng thống nhu cầu phát triển mạng công nghệ truyền thông tương lai gần phải sử dụng phiên IPv6 3) Lớp TCP/UDP: Lớp chạy đỉnh lớp IP bao gồm hai giao thức TCP UDP TCP kiểu phương thức hướng kết nối cho phép cung cấp dịch vụ tin cậy UDP sử dụng phương thức hướng không kết nối cung cấp dịch vụ tin cậy TCP/UDP chạy hệ thống máy chủ sử dụng dịch vụ lớp ứng dụng 4) Lớp ứng dụng (Application Layer): Là giao diện người dùng mạng Internet, lớp ứng dụng sử dụng dịch vụ lớp TCP/IP Các ứng dụng đa dạng, phong phú ngày nhiều Telnet, FTP, HTTP, SMTP,… Page | 2.2 Đánh địa IP Địa IP địa lớp mạng, sử dụng để định danh máy trạm (HOST) liên mạng Địa IP có độ dài 32 bít IPv4 128 bít với IPv6 Nó biểu thị dạng thập phân, bát phân, thập lục phân nhị phân Có hai cách cấp phát địa IP phụ thuộc vào cách thức ta kết nối mạng Nếu mạng ta kết nối vào mạng Internet, địa mạng xác nhận NIC (Network Information Center) Nếu mạng ta không kết nối với Internet, người quản trị mạng cấp phát địa IP cho mạng Về bản, khuôn dạng địa IP gồm hai phần: Network Number Host Number hình vẽ: 16 31 Network number Host number Trong đó, phần Network Number địa mạng Host Number địa máy trạm làm việc mạng Do việc tăng WW theo hàm mũ năm gần số lượng WW mở nhiều, nên với địa IP 32 bít để mở rộng khả đánh điạ cho mạng IP nhu cầu sử dụng có nhiều quy mô mạng khác nhau, nên người ta chia điạ IP thành lớp ký hiệu A, B, C, D E có cấu trúc sau: Líp A NetID 15 16 SubnetID Líp B 31 HostID 15 16 NetID 23 SubnetID Líp C Líp E 26 27 31 SubnetID HostID Líp D 31 HostID 23 NetID 24 26 NetID 31 HostID NetID Hình 2: Các kiểu địa IP Page | Lớp A (/8): Được xác định bít byte thứ dùng bít lại byte để định danh mạng Do đó, cho phép định danh tới 126 mạng, với 16 triệu máy trạm mạng Lớp B (/16): Được xác định hai bít nhận giá trị 10, sử dụng byte thứ thứ hai cho định danh mạng Nó cho phép định danh 16.384 mạng với tối đa 65.535 máy trạm mạng Lớp C (/24): Được xác định ba bít 110 dùng ba byte đầu để định danh mạng Nó cho phép định danh tới 2.097.150 mạng với tối đa 254 máy trạm máy trạm mạng Do đó, sử dụng mạng có quy mô nhỏ Lớp D: Được xác định bốn bít 1110, dùng để gửi IP datagram tới nhóm host mạng Tất số lớn 233 trường đầu thuộc nhóm D Lớp E: Được xác định năm bít 11110, dự phòng cho tương lai Với phương thức đánh địa IP trên, số lượng mạng số máy tối đa lớp mạng cố định Do đó, nảy sinh vấn đề có địa không sử dụng mạng doanh nghiệp, doanh nghiệp khác lại địa mạng để dùng Do để tiết kiệm địa mạng, nhiều trường hợp mạng chia thành nhiều mạng (subnet) Khi đó, đưa thêm vùng subnetid để định danh cho mạng Vùng subnetid lấy từ vùng hostid lớp A, B C 2.3 Định tuyến IP Định tuyến Internet thực dựa bảng định tuyến (Routing table) lưu trạm (Host) hay thiết bị định tuyến (Router) Thông tin bảng định tuyến cập nhật tự động người dùng cập nhật Các phạm trù dùng định tuyến là: - Tính (Reachability) dùng cho giao thức EGP BGP - Véc tơ kkoảng cách (Vector-Distance) nguồn đích dùng cho RIP Page | - Trạng thái kết nối (Link state) thông tin kết nối dùng cho OSPF Không có giao thức định tuyến toàn diện, tuỳ vào đặc tính, kích thước mạng để chọn phù hợp Mạng nhỏ đồng nên dùng RIP, mạng lớn có cấu tạo thích hợp OSPF tối ưu U * Nguyên tắc định tuyến : Trong hoạt động định tuyến, người ta chia làm hai loại định tuyến trực tiếp định tuyến gián tiếp Định tuyến trực tiếp định tuyến hai máy tính nối với vào mạng vật lý Định tuyến gián tiếp định tuyến hai máy tính mạng vật lý khác nên chúng phải thực thông qua Gateway Để kiểm tra xem máy đích có nằm mạng vật lý với máy nguồn không người gửi phải tách lấy địa mạng máy đích phần tiêu đề gói liệu so sánh với phần địa mạng phần địa IP Nếu trùng gói tin truyền trực tiếp không cần phải xác định Gateway để truyền gói tin thông qua để mạng thích hợp Hoạt động định tuyến bao gồm hai hoạt động sau: - Quản trị sở liệu định tuyến: Bảng định tuyến (bảng thông tin chọn đường) nơi lưu thông tin đích tới cách thức để tới đích Khi phần mềm định tuyến IP trạm hay cổng truyền nhận yêu cầu truyền gói liệu, trước hết phải tìm bảng định tuyến, để định xem phải gửi Datagram đến đâu Tuy nhiên, bảng định tuyến trạm hay cổng chứa tất thông tin tuyến đường tới Một bảng định tuyến bao gồm cặp (N,G) Trong đó: + N địa IP mạng đích + G địa cổng dọc theo đường truyền đến mạng N Page | Bảng 2.1 minh hoạ bảng định tuyến cổng truyền Đến Host mạng Bộ định tuyến Cổng vật lý 10.0.0.0 Direct 11.0.0.0 Direct 12.0.0.0 11.0.0.2 13.0.0.0 Direct 13.0.0.0 13.0.0.2 15.0.0.0 10.0.02 Như vậy, cổng truyền đường truyền đầy đủ để đến đích Trong bảng định tuyến có thông tin cổng tới đích không nằm mạng vật lý Phần thông tin che khuất gọi mặc định (default) Khi không tìm thấy thông tin địa đích cần tìm, gói liệu gửi tới cổng truyền mặc định - Thuật toán định tuyến: Được mô tả sau: + Giảm trường TTL gói tin + Nếu TTL=0  Huỷ gói liệu  Gửi thông điệp ICMP báo lỗi cho thiết bị gửi + Nếu địa đích địa IP kết nối mạng xử lý gói liệu IP chỗ + Xác định địa mạng đích cách nhân (AND) mặt nạ mạng (Network Mask) với địa IP đích + Nếu địa đích không tìm thấy bảng định tuyến tìm tiếp tuyến đường mặc định, sau tìm tuyến đường mặc định mà không tìm thấy thông tin địa đích huỷ Page | Hiện người ta sử dụng cấu chuyển mạch IP hình vẽ 3.1 Trong điểm điều khiển giao thức định tuyến (IPCP) hai chế chạy giao thức định tuyến điển RIP, OSPF, BGP, để cung cấp đường định tuyến lớp mặc định IPCP giao tiếp cách trực tiếp (kiểu a) gián tiếp (kiểu b) với thành phần chuyển mạch để tái định hướng gói tin IP qua thành phần chuyển mạch Tương tự chuyển mạch ATM thông thường, chuyển mạch sử dụng bảng kết nối gồm cổng đầu vào, thẻ đầu vào, cổng đầu ra, thẻ đầu tương ứng Trong hình vẽ, sơ đồ a gọi chuyển mạch IP sơ đồ b gọi chuyển mạch IP ảo Hai kiểu phân biệt điểm khác sau: Thứ khác phạm vi đường chuyển mạch lớp Với chuyển mạch IP đường chuyển mạch lớp bao gồm thiết bị chuyển mạch IP riêng lẻ thiết bị chuyển mạch hoạt động điều khiển trực tiếp IPCP tương ứng Để thiết lập đường chuyển mạch xuyên suốt (End-to-End) chuyển mạch IP phải “bắt tay” cộng tác Nhưng kiểu chuyển mạch IP ảo, đường chuyển mạch xuyên suốt xây dựng chuỗi thành phần chuyển mạch IP điều khiển IPCP Thứ hai, khác vị trí “cổng” vào chuyển mạch Đối với cấu hình a, cổng vào hệ thống chuyển mạch hệ thống cấu hình kiểu b, không thiết bị chuyển mạch Thứ ba, khác kiểu sử dụng giao thức định tuyến báo hiệu ATM UNI/PNNI Trong kiểu chuyển mạch IP, dựa vào cấu hình mạng IP giao thức định tuyến để lựa chọn đường dẫn chuyển tiếp xuyên qua mạng sau sử dụng giao thức điều khiển đặc biệt để trao đổi với chuyển mạch IP lân cận thực chế ánh xạ đường chuyển mạch xuyên suốt thành đường chuyển mạch lớp Còn kiểu chuyển mạch IP ảo, sử dụng giao thức điều khiển đặc biệt để khởi đầu chu trình dựa cấu hình mạng ATM, giao thức định tuyến báo hiệu để Page | 12 lựa chọn xây dựng đường chuyển mạch lớp Trong trường hợp phải sử dụng giao thức định tuyến báo hiệu ATM UNI/PNNI Cần phải lưu ý rằng, chuyển mạch IP có khả chạy giao thức ATM hệ thống xuyên suốt đoạn chuyển mạch Báo hiệu UNI chuyển mạch IP tính quản trị VC sử dụng nếu hai thiết bị chuyển mạch IP muốn liên lạc xuyên qua mạng thiết bị chuyển mạch ATM trung gian 3.1.2 Đầu vào đầu chuyển mạch IP Một hệ thống chuyển mạch IP cung cấp chuyển phát định tuyến lớp mặc định dịch vụ lớp tăng tốc Lợi ích dịch vụ dịch vụ độc lập nhóm người sử dụng đoạn LAN, mạng hay đích chia sẻ Cần có cách để vào hệ thống chuyển mạch IP, để định thu dịch vụ chuyển mạch IP Các thành phần vào (ingress) (egress) phục vụ cho yêu cầu này, chúng đặt sườn hệ thống chuyển mạch IP Một thành phần vào/ra bao gồm đoạn mã chạy máy tính hay chức bổ sung thiết bị sườn tồn router hay “hộp đen” đặc biệt Các chức quan trọng thành phần vào/ra chuyển mạch IP: - Cung cấp việc phát chuyển tiếp IP mặc định thông thường cho lưu lượng vào khỏi mạng - Cung cấp phương tiện bien dịch (Ví dụ: Ethernet to ATM, ) phục vụ cho gói vào khỏi hệ thống chuyển mạch IP - Tham gia vào thủ tục điều khiển để thiết lập, trì xóa bỏ đường chuyển mạch lớp đầu vào đầu tương ứng - Tại đầu vào, phân loại gói thích hợp sau chuyển chúng vào đường chuyển mạch lớp Cách giải chung kiểm tra số trường tiêu đề gói để định liệu gói có nên đặt vào đường chuyển mạch hay không, kiểm tra bảng định tuyến chuẩn, Page | 13 gắn thẻ cho gói Còn trường hợp hệ thống chuyển mạch ATM phân mảnh truyền qua kết nối ảo - Tại đầu ra, nhận gói qua đường chuyển mạch lớp thực thủ tục chuyển tiếp IP chuẩn gói khỏi hệ thống chuyển mạch IP Khái niệm đầu vào đầu chuyển mạch IP hình 3.2: L3 L2 Chuyển tiếp L3 Chuyển mạch L2 a) L3 L2 Chuyển tiếp L3 b) Hình 3.2: Chuyển mạch IP với chức đầu vào (a) đầu (b) Giả thiết hệ thống chuyển mạch IP định số gói chuyển tiếp qua đường chuyển mạch lớp đường thiết lập thiết bị đầu vào đầu mạng Các gói đến đầu vào mạng phân loại hai đường chuyển tiếp IP lớp mặc định chuyển mạch lớp 2, việc phân loại dựa địa IP nguồn/đích tiền tố mạng đích Các gói phân loại đường chuyển mạch lớp chuyển qua đường chuyển mạch Các gói khác chuyển qua lớp sử dụng thủ tục chuyển tiếp IP thông thường Khi gói đến đầu mạng, chúng gửi đến lớp để xử lý IP thông thường chuyển phát đến đích Một chuyển mạch IP không hoạt động chế độ tự trị, cần có chức bổ sung đầu vào đầu mạng nhằm cho phép gói vào hệ thống chuyển mạch IP, chuyển tiếp chuyển mạch lớp định tuyến lớp sau thoát Page | 14 3.1.3 Đường tắt Trong môi trường định tuyến IP thông thường, gói tin từ mạng nguồn chuyển chặng (hop-by-hop) qua chuỗi định tuyến (router) đến mạng đích Một gói tin đến định tuyến, định tuyến phải tiến hành kiểm tra bảng định tuyến, kiểm tra tiêu đề, giảm TTL (Tham số thời gian sống gói tin để chống lặp), biên dịch theo phương tiện truyền dẫn cụ thể, Những công việc làm nảy sinh thời gian trễ hội tụ thời gian truy cập gói tin qua đường định tuyến Thời gian trễ lớn dẫn đến hiệu truyền thấp, băng thông nhỏ hạn chế phương pháp IP thông thường Để giảm thời gian trễ gói tin truyền qua định tuyến phải bỏ qua chặng định tuyến trung gian gói tin nhiều tốt Đường dẫn mức gọi đường tắt (Shortcut path) Vậy, đường tắt đường dẫn kết nối ảo từ mạng nguồn đến đích bỏ qua chặng định tuyến mức trung gian Một đường tắt thiết lập hai Host, hai định tuyến biên, kết hợp hai Đường tắt phải có thuộc tính sau:  Bỏ qua chức định tuyến lớp (lớp mạng)  Đường tắt xây dựng dựa vào lưu lượng liệu lưu lượng điều khiển phương pháp thứ nhất, phần liệu định tuyến qua đường dẫn lớp trước hệ thống chuyển mạch IP thiết lập đường tắt phương pháp thứ hai, đường tắt thiết lập dựa vào lưu lượng điều khiển (như cập nhật bảng định tuyến) đó, tất liệu truyền qua  Nếu đường dẫn tắt định tuyến biên vào mạng không tồn đột ngột bị lưu lượng định tuyến đến đích theo đường định tuyến lớp bình thường  Đường tắt đường vật lý (cùng Node liên kết) với đường dẫn định tuyến (Chuyển mạch IP) tách biệt (Chuyển mạch IP ảo)  Một đường tắt từ biên vào mạng đường dẫn xuyên suốt tạo nên kết nối chuỗi đường tắt nhỏ Page | 15  Đường tắt theo cấu hình điểm đến điểm, điển đến đa điểm đa điểm đến điểm  Hỗ trợ tính QoS, CoS cho dịch vụ sử dụng 3.2 Các mô hình địa chuyển mạch IP Để hợp tác với yêu cầu thiết bị ATM IP phải biết địa cần thiết nghĩa có cấu địa cho chúng chuyển đổi lẫn có yêu cầu Một mạng có sử dụng dịch vụ chuyển mạch IP với kỹ thuật ATM phải hỗ trợ với không gian địa IP nhỏ Địa IP gắn với địa ATM gói tin với đích hoặc nguồn cụ thể, ánh xạ từ địa IP đến nối đến kết nối ảo (được đánh dấu thẻ VCI/VPI) Bởi có hai kiểu đánh địa : kiểu địa tách biệt (Separated) kiểu chuyển đổi IP thành VC (IP-VC) 3.2.1 Địa riêng Trong chế độ này, hai loại địa IP ATM đồng thời sử dụng mạng Do vậy, định tuyến máy chủ gắn vào mạng ATM phải xác định hai loại địa IP ATM Nếu kênh PVC không thiết lập từ trước máy chủ IP nguồn phải biết địa ATM máy chủ IP đích mà muốn liên lạc Do vậy, cần ánh xạ địa từ IP đến ATM để máy chủ IP nguồn yêu cầu kết nối SVC đến máy chủ IP đích cần liên kết Máy chủ IP làm công việc nhờ vào cấu hình mạng mà biết nhờ vào việc truy cập đến bảng ánh xạ địa IP-ATM Server phân giải địa (ARS: Address Resolution Server) Trong thực tế, cần hai giao thức tách biệt để định tuyến cho mạng đích IP ATM có giao thức định tuyến đơn hỗ trợ hai loại (Ví dụ I-PNNI: Intergrated PNNI) Chế độ địa tách biệt có đặc điểm sau:  Mỗi thiết bị sử dụng mạng phải xác định địa IP ATM  Sử dụng giao thức định tuyến tách biệt cho hai loại địa khác Cụ thể OSPF, BGP, cho IP UNI, PNNI cho địa ATM Page | 16  Trong thực tế, việc sử dụng cấu “yêu cầu máy chủ Server thực hiện” làm xuất độ trễ cho gói tin thiết lập đường định tuyến bình thường máy chủ mạng hay đường tắt thiết bị nguồn đích Chế độ địa tách biệt sử dụng kiểu chuyển mạch IP kiểu chồng phủ ví dụ giải pháp MPOA (Multi Protocol Over ATM) 3.2.2 Ánh xạ địa IP sang VC Trong chế độ này, thành phần mạng gói tin xác đình địa IP Các gói tin truyền đường dẫn tắt tách biệt, VC, thiết lập dựa vào nội dung lớp IP tiêu đề gói tin Các giao thức điều khiển sử dụng để đưa gói tin IP đến đường dẫn tắt mà không cần sử dụng địa ATM giao thức diễn đàn ATM nhiên, có sử dụng giá trị VPI/VCI để liên kết thông tin lớp IP với kết nối VC Đặc điểm chế độ địa IP-to-VC là:  Chỉ sử dụng địa địa IP  Chỉ sử dụng giao thức định tuyến để thông báo địa mạng IP  Sử dụng giao thức ánh xạ IP-to-VC để liên kết gói tin IP với đường tắt Chế độ địa chuyển đổi sử dụng tất chuyển mạch IP ngang hàng với không sử dụng giao thức diễn đàn ATM sử dụng để thiết lập đường dẫn tắt Các giải pháp chuyển mạch IP sử dụng chế độ địa nhiều IFMP, GSMP, 3.3 Các mô hình chuyển mạch IP Có hai chế độ chuyển mạch IP, chúng khác cách sử dụng không sử dụng giao thức diễn đàn ATM thuộc kiểu cấu trúc thiết bị chuyển mạch IP hay chuyển mạch IP ảo Đó chế độ ngang hàng (Peer) chồng phủ (Overlay) 3.3.1 Mô hình xếp chồng Chế độ chồng phủ chuyển mạch IP chế độ mà lớp IP chạy đầu lớp ATM Hay nói cách khác, bao gồm thiết bị IP với địa IP chạy Page | 17 giao thức định tuyến IP thiết bị ATM (như máy chủ IP, định tuyến IP, chuyển mạch ATM) với địa ATM chạy giao thức báo hiệu định tuyến ATM Do vậy, nói chế độ chồng phủ chế độ đơn giản thành phần IP ATM sẵn có chạy hầu hết giao thức Tuy nhiên có nhược điểm hiệu hoạt động không cao có nhiều chức lặp lại tồn kiểu địa chạy giao thức chức Đặc điểm chế độ chồng phủ:  Sử dụng chế độ địa tách biệt  Chạy giao thức định tuyến tách biệt: IP (OSPF, BGP, ), ATM (PNNI), nghĩa sử dụng hai cấu hình tách biệt cấu hình không quan tâm đến Ví dụ, định tuyến IP chạy giao thức OSPF biết cấu hình mạng IP mà không thấy chuyển mạch ATM  Nếu sử dụng SVC yêu cầu có phân giải địa IP - ATM thực giao thức định tuyến/ báo hiệu UNI/PNNI để thiết lập đường định tuyến bình thường đường dẫn tắt  Thông thường sử dụng cho cấu trúc chuyển mạch IP ảo  Hỗ trợ đường định tuyến mặc định (Lớp 3) đường tắt (Lớp 2)  Có phiên cho kỹ thuật IP mạng đa truy nhập không quảng bá khác (NBMA) Một ví dụ chế độ chồng phủ minh hoạ hình vẽ 3.3 sau: Page | 18 IPCP #2 IPCP #1 Biên vào Biên ATM Switch #2 ATM Switch #1 Đường định tuyến IP Đường tắt ATM Switch #3 ATM Switch #4 Hình 3.3: Ví dụ chế độ xếp chồng chuyển mạch IP Trong ví dụ này, sử dụng chế độ địa tách biệt dựa thiết bị mạng IP ATM có sẵn.Đường định tuyến mặc định biên vào mạng xuyên qua chuỗi IPCP #1 IPCP#2 (IPCP: Điểm điều khiển giao thức IP) Đường dẫn tắt thiết lập biên vào ra, bỏ qua chặng định tuyến trung gian IPCP #1 IPCP#2 Tại đầu vào mạng, biên vào phải xác định địa ATM biên ra, sau thực giao thức định tuyến báo hiệu ATM để thiết lập đường chuyển mạch lớp qua chuyển mạch ATM 1,3 Trong trường hợp này, gói tin truyền qua đường tắt không liên kết vật lý Node truyền qua đường định tuyến mặc định lớp Điều hợp lý giao thức định tuyến báo hiệu ATM định đường SVC từ biên vào đến biên phụ thuộc vào cấu hình mạng ATM mà không phụ thuộc vào cấu hình mạng IP 3.3.2 Mô hình đồng cấp Trong chế độ này, chuyển mạch IP thành phần sử dụng địa IP giao thức định tuyến IP Chế độ ngang hàng sử dụng giao thức điều khiển riêng để thực ánh xạ lưu lượng IP vào đường tắt Đặc điểm chế độ ngang hàng:  Chỉ sử dụng kiểu địa nhất: địa IP  Chỉ sử dụng giao thức định tuyến Page | 19  Chuyển mạch IP sử dụng giao thức điều khiển đặc biệt để ánh xạ gói tin vào đường tắt: đường chuyển mạch lớp  Hỗ trợ đường định tuyến mặc định đường tắt Hình vẽ 3.4 sau minh hoạ chế độ ngang hàng IPCP #1 IPCP #2 Biên vào Biên IPCP #4 IPCP #3 IPCP #5 Đường định tuyến IP Đường tắt Hình 3.4: Ví dụ chế độ ngang hàng chuyển mạch IP Địa IP-VC thực có mặt thành phần chuyển mạch ATM chạy giao thức diễn đàn ATM Ở ví dụ này, đường dẫn tắt trùng với đường định tuyến mặc định xét tính vật lý node liên kết Sỡ dĩ có giống chế độ ta dùng giao thức định tuyến IP để tính đường dẫn tối ưu đến đích dựa vào cấu hình mạng IP Page | 20 Bảng 3.1 sau đưa so sánh tóm tắt chế độ chuyển mạch IP Thuộc tính Chế độ địa Overlay Địa tách biệt (IP ATM) Peer Địa đơn (IP) sử dụng ánh xạ trực tiếp IP-to-VC Giao thức định tuyến Yêu cầu IP ATM Chỉ yêu cầu IP Yêu cầu giao thức ATM Có Không Yêu cầu giao thức đặc biệt IP-to-Shortcut Không Có Đường định tuyến lớp đường chuyển mạch lớp Không trùng Trùng Các thành phần chuyển mạch IP Chuyển mạch IP ảo, định tuyến, máy chủ Chuyển mạch IP, định tuyến, máy chủ Triển khai mạng MPOA, Bộ định tuyến gán với mạng ATM Chuyển mạch IP chạy IFMP/GSMP, ARIS, 3.4 Các kiểu chuyển mạch IP Các tiêu chuẩn cho việc thiết lập phân loại lưu lượng để truyền vào đường chuyển mạch lớp phụ thuộc vào kiểu giao thức giải pháp chuyển mạch IP Nói cách tổng quát, có hai giải pháp cho chuyển mạch IP giải pháp theo lưu lượng giải pháp theo cấu hình mạng 3.4.1 Giải pháp chuyển mạch theo luồng Luồng (flow) chuỗi gói có địa nguồn, địa đích số cổng vào, Giải pháp chuyển mạch IP theo luồng liệu giải pháp áp dụng cho luồng cụ thể Hoạt động chuyển mạch IP dựa theo luồng lưu lượng minh hoạ hình vẽ 3.5 bao gồm bước sau đây: Page | 21 Giải pháp tiến hành dựa vào bước sau:  Đầu tiên N gói tin luồng định tuyến theo chặng qua hay nhiều thực thể định tuyến IP (R1, R2, , RN) đến đích Các thực thể định tuyến Ri thuộc định tuyến IP, định tuyến IP ảo, định tuyến kết nối với kết nối ATM  Dựa vào đặc tính luồng IP ví dụ kiểu lưu lượng, số cổng, địa IP nguồn/đích, tốc độ đến, thực thể định tuyến IP (tại biên mạng) định khởi đầu chu trình tái điều khiển Chu trình tái định hướng liên quan đến việc yêu cầu hệ thống thiết lập đường tắt chuyển mạch lớp điều khiển lưu lượng truyền qua đường tắt vừa thiết lập Một luồng IP tái điều khiển tất gói tin lại truyền qua đường chuyển mạch lớp Đích Nguồn  N gói tín R1 B B R2 B B RN N gói tín  Tái điều khiển (N +1)+M gói tín ATM ATM ATM Switch Switch Switch (N +1)+M gói tín Hình 3.5: Chuyển mạch IP kiểu hướng liệu Hình vẽ 3.5 minh hoạ kiểu chuyển mạch Kiểu chuyển mạch IP theo luồng liệu có nhiều ưu điểm Thứ nhất, không cần thiết chuyển mạch tất luồng lưu lượng tất luồng Bởi luồng liệu cần thiết phải yêu cầuchuyển mạch luồng ICMP “ping”, hay thư điện tử tối ưu, Thứ hai, tái điều khiển thực riêng cho luồng cụ thể đó, đảm bảo chất lượng gói tin truyền qua luồng Tóm lại, đặc điểm kiểu chuyển mạch IP theo liệu là:  Tuỳ vào tình trạng luồng cụ thể mà thiết bị chuyển mạch IP định thiết lập đường chuyển mạch cho luồng từ ứng dụng đến ứng dụng khác hay từ máy chủ đến máy chủ Một luồng Page | 22 định nghĩa chuỗi gói tin có chung thông tin tiêu đề địa IP đích/ nguồn hay số cổng TCP/UDP  Sự tái điều khiển thực độc lập cho luồng phạm vi thiết bị chuyển mạch lân cận xuyên suốt từ biên vào mạng Nghĩa thiết bị chuyển mạch xử lý khác cho luồng lưu lượng  Nếu đường tắt không tồn tự nhiên biến gói tin phải định tuyến đến đích Các đường tắt thiết lập dựa vào lưu lượng mang trạng thái mềm nghĩa chúng huỷ bỏ không làm tươi trước thời gian định trước (time out) 3.4.2 Giải pháp chuyển mạch theo cấu hình Chuyển mạch IP theo cấu hình dựa cấu hình mạng IP sử dụng giao thức định tuyến IP thông thường (như OSPF, BGP ) thực thực thể định tuyến IP chuyển mạch IP Các thẻ (VPI/VCI) kết hợp với địa mạng IP đích để mạng đích Chúng tạo phân phối tới chuyển mạch IP khác miền định tuyến Tất lưu lượng dự tính trước cho mạng đích cụ thể theo đường dẫn chuyển mạch dựa thẻ VPI/VCI Hoạt động chuyển mạch IP dựa theo cấu hình minh hoạ hình vẽ 3.6 RN (Địa đích, nhãn) Đích Chuyển mạch biên Chuyển mạch Vào mạng ATM Chuyển mạch ATM Chuyển mạch biên Ra mạng Hình 3.6: Chuyển mạch IP theo cấu hình Page | 23 Quá trình chuyển mạch bao gồm bước sau: Bước 1: Hội tụ chuyển mạch IP cấu hình mạng dựa vào thay đổi tin giao thức định tuyến thực thể định tuyến IP (R1,R2, Rn) Bước 2: Các thẻ VPI/VCI kết hợp với địa mạng đích theo dạng: {địa mạng đích, thẻ} tạo phân phối tới thành phần chuyển mạch IP miền định tuyến Bước 3: Đầu vào chuyển mạch IP kiểm tra địa mạng đích gói vào mạng Thay chuyển tiếp gói đến địa IP chặng tiếp theo, đầu vào chuyển mạch IP đặt gói lên đường dẫn chuyển mạch để đến mạng đầu Tất lưu lượng đến đích truyền qua đường dẫn chuyển mạch từ mạng đầu vào đến mạng đầu Bước 4: Tại đầu chuyển mạch IP nhận gói qua đường dẫn chuyển mạch chuyển tiếp chúng đến lớp để tới mạng đích Giải pháp điều khiển theo cấu hình cho chuyển mạch IP cải thiện hiệu tính linh hoạt so với giải pháp điều khiển luồng Thứ nhất, tất lưu lượng gồm nhiêu luồng đến mạng đích chuyển mạch Mặt khác toàn lưu lượng chuyển mạch, phần đuôi trường hợp chuyển mạch IP theo luồng Thứ hai, chuyển mạch IP theo cấu hình có trễ thời gian xử lý gói tin thấp nhiều so với phương pháp theo luồng đường dẫn chuyển mạch thiết lập sau có thay đôi cấu hình sau điều khiển lưu lượng Nếu cấu hình ổn định, đường dẫn chuyển mạch thiết lập tất lưu lượng thích hợp truyền qua Xét phương diện qui mô giải pháp theo cấu hình tốt Bởi số đường dẫn chuyển mạch miền định tuyến cân số lượng định tuyến hay kích thước mạng Ngoài ra, cho phép mức cao sử dụng kết nối đa điểm đến điểm (ví dụ hợp VC) để dùng chung tập mạng đích Bên cạnh ưu điểm nêu kỹ thuật có nhiều hạn chế so với kỹ thuật thứ Thứ nhất, lợi qui mô hiệu thực phải trả giá chi phí Chuyển mạch theo cấu hình dựa vào cấu hình Page | 24 mạng để thiết lập tất đường tắt có với đường lưu lượng truyền qua làm lãng phí tài nguyên Thứ hai, theo kỹ thuật việc thực cung cấp QoS cho dịch vụ khó khăn đường tắt cho luồng cố định thời gian tính tối ưu Thứ ba, sinh vòng lặp cập nhật bảng định tuyến chưa xác (chưa kịp thời) thiết bị chuyển mạch xác định thẻ không xác dẫn đến khả bị lặp Tóm lại, đặc điểm chuyển mạch IP theo cấu hình là:  Đường tắt thiết lập dựa vào tồn mạng đích thiết lập sau có thay đổi cấu hình  Tất lưu lượng có luồng chuyển mạch qua đường tắt  Đầu chuyển mạch IP nhận thẻ tương ứng với địa đích Thông thường chuyển tiếp IP thực thay chuyển trực tiếp gói đến địa IP chặng tiếp theo, đầu vào chuyển mạch IP bổ sung thêm vào thẻ đặt gói lên đường dẫn chuyển mạch  Tại thành phần chuyển mạch trung gian, gói (hay tế bào) tráo thẻ  Đầu chuyển mạch IP nhận gói từ đường dẫn chuyển mạch, loại bỏ thẻ sau chuyển tiếp gói sử dụng thủ tục lớp thông thường  Các gói định tuyến lớp thông thường đến đích đường tắt gặp cố  Có thể gây vòng lặp ngắn lớp Page | 25 KẾT LUẬN Từ trình bày chuyển mạch IP ta rút số kết luận sau đây: Do tính đơn giản mặt kỹ thuật không cần thay đổi nhiều phần cứng áp dụng vào hệ thống có, chắn chuyển mạch IP giải pháp cho mạng Internet đòi hỏi tốc đọ cao cung cấp dịch vụ phong phú với số lượng khổng lồ tương lai Chuyển mạch IP kết hợp ưu điểm chuyển mạch tốc đọ cao chuyển mạch ATM với giao thức điều khiển đơn giản, khắc phục nhược điểm cho chuyển mạch ATM định tuyến IP Thêm vào đó, chuyển mạch IP áp dụng cho nhiều kiểu mạng khác nhau: từ mạng truy nhập đến mạng lõi dung lượng lớn Tuy nhiên, có nhiều lý mà kỹ thuật chuyển mạch IP chưa áp dụng rộng rãi Một lý giá thành, nhiều trường hợp chuyển mạch tốn nhiều sơ với định tuyến thông thường Hơn nữa, số trường hợp, việc cung cấp QoS thực khó khăn gây trễ, trượt,… Những cuối cùng, nói ưu điểm chuyển mạch IP phủ nhận, công nghệ chuyển mạch cho tương lai Chuyển mạch IP điểm tập trung nghiên cứu nhiều hãng giới nhằm đưa sản phẩm ứng dụng chuyển mạch IP vào hoạt động môi trường mạng khác Bài tập lớn “chuyển mạch IP” bước đầu xem xét nghiên cứu giải pháp chuyển mạch mới, giải pháp then chốt để giải vấn đề nan giải mạng IP Do thời gian có hạn lực nghiên cứu hạn chế nên báo cáo chắn có nhiều thiếu sót, em hy vọng thầy cô bạn góp ý để bảo cáo hoàn thiện hơn!! 26 | P a g e [...]... vi của đường chuyển mạch lớp 2 Với chuyển mạch IP thì đường chuyển mạch lớp 2 bao gồm các thiết bị chuyển mạch IP riêng lẻ và các thiết bị chuyển mạch đó hoạt động dưới sự điều khiển trực tiếp của một IPCP tương ứng Để thiết lập đường chuyển mạch xuyên suốt (End-to-End) thì các bộ chuyển mạch IP này phải “bắt tay” nhau cùng cộng tác Nhưng đối với kiểu chuyển mạch IP ảo, một đường chuyển mạch xuyên suốt... thể nói chuyển mạch IP là sự kết hợp giữa chuyển mạch lớp 2 và quá trình định tuyến, chuyển tiếp lớp 3 để chuyển tiếp gói tin qua mạng 3.1.1 Chuyển mạch IP Chuyển mạch IP là một thiết bị hoặc hệ thống có thể chuyển tiếp gói tin IP lớp 3 (lớp mạng) cũng như có cơ chế cho phép chuyển mạch tại lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) Do vậy, chuyển mạch IP phải có khả năng phân loại gói tin thành gói tin được chuyển. .. các thủ tục chuyển tiếp IP chuẩn khi các gói ra khỏi hệ thống chuyển mạch IP Khái niệm đầu vào và đầu ra một chuyển mạch IP được chỉ ra trong hình 3.2: L3 L2 Chuyển tiếp L3 Chuyển mạch L2 a) L3 L2 Chuyển tiếp L3 b) Hình 3.2: Chuyển mạch IP với chức năng đầu vào (a) và đầu ra (b) Giả thiết ở trên rằng hệ thống chuyển mạch IP đã quyết định một số gói được chuyển tiếp qua một đường chuyển mạch lớp 2 và... theo một đường dẫn chuyển mạch dựa trên các thẻ VPI/VCI mới Hoạt động cơ bản của chuyển mạch IP dựa theo cấu hình được minh hoạ như ở hình vẽ 3.6 RN (Địa chỉ đích, nhãn) Đích Chuyển mạch biên Chuyển mạch Vào mạng ATM Chuyển mạch ATM Chuyển mạch biên Ra mạng Hình 3.6: Chuyển mạch IP theo cấu hình Page | 23 Quá trình chuyển mạch bao gồm các bước sau: Bước 1: Hội tụ các chuyển mạch IP trên một cấu hình... Không Yêu cầu các giao thức đặc biệt IP- to-Shortcut Không Có Đường định tuyến lớp 3 và đường chuyển mạch lớp 2 Không trùng nhau Trùng nhau Các thành phần chuyển mạch IP Chuyển mạch IP ảo, bộ định tuyến, máy chủ Chuyển mạch IP, bộ định tuyến, máy chủ Triển khai ở các mạng MPOA, Bộ định tuyến gán với mạng ATM Chuyển mạch IP chạy IFMP/GSMP, ARIS, 3.4 Các kiểu chuyển mạch IP Các tiêu chuẩn cho việc thiết... đều sử dụng chuyển mạch lớp 2 là chuyển mạch ATM tuy nhiên cũng có thể có một số kỹ thuật chuyển mạch lớp 2 khác như Frame Relay hay Tag Switching 3.1 Định nghĩa và các thuật ngữ Như đã đề cập ở trên, chuyển mạch IP sử dụng chuyển mạch lớp 2 như là một cơ chế chuyển tiếp các gói IP xuyên qua một mạng Ưu điểm của nó là có thời gian chuyển mạch nhanh và băng thông lớn Tuy nhiên, chuyển mạch IP cũng cần... chỉ IP- MAC, nhúng gói IP trong gói dữ liệu mức liên kết và chuyển tiếp gói tin trong mạng + Trong trường hợp địa chỉ mạng đích không bằng địa chỉ mạng của hệ thống thì chuyển tiếp gói tin đến thiết bị định tuyến cùng mạng Page | 10 3 CHUYỂN MẠCH IP Chuyển mạch IP là một cơ chế và tập các giao thức sử dụng chuyển mạch lớp 2 để tăng tốc độ chuyển tiếp gói IP qua mạng Hầu hết các giải pháp chuyển mạch IP. .. pháp chuyển mạch IP sử dụng chế độ địa chỉ này rất nhiều như IFMP, GSMP, 3.3 Các mô hình chuyển mạch IP Có hai chế độ cơ bản của chuyển mạch IP, chúng khác nhau ở cách sử dụng hoặc không sử dụng các giao thức của diễn đàn ATM và thuộc kiểu cấu trúc thiết bị chuyển mạch IP hay chuyển mạch IP ảo Đó là chế độ ngang hàng (Peer) và chồng phủ (Overlay) 3.3.1 Mô hình xếp chồng Chế độ chồng phủ của chuyển mạch. .. Thông thường chuyển tiếp IP được thực hiện nhưng thay vì chuyển trực tiếp các gói đến địa chỉ IP của chặng tiếp theo, đầu vào chuyển mạch IP được bổ sung thêm vào các thẻ mới và đặt các gói lên một đường dẫn chuyển mạch  Tại mỗi thành phần chuyển mạch trung gian, các gói (hay các tế bào) được tráo thẻ  Đầu ra chuyển mạch IP nhận được các gói từ đường dẫn chuyển mạch, loại bỏ thẻ và sau đó chuyển tiếp... (kiểu a) hoặc gián tiếp (kiểu b) với các thành phần chuyển mạch để tái định hướng các gói tin IP qua các thành phần chuyển mạch Tương tự như chuyển mạch ATM thông thường, các bộ chuyển mạch sử dụng một bảng kết nối gồm các cổng đầu vào, thẻ đầu vào, cổng đầu ra, thẻ đầu ra tương ứng Trong hình vẽ, sơ đồ a gọi là chuyển mạch IP và sơ đồ b gọi là chuyển mạch IP ảo Hai kiểu này phân biệt bởi các điểm khác