ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP 5.1 Chuyển mạch IP hỗ trợ lưu lượng đa hướng Các giải pháp chuyển mạch IP của bốn hãng đã xét ở chương trước đều nhằm mục đích chung là nâng cao hiệu quả của mạng, cố gắng thực hiện chuyển mạch các luồng lưu lượng IP thay vì định tuyến chúng trên cơ sở từng chặng thông thường. Nhiều giải pháp khác nhau cùng với các phiên bản giao thức nâng cấp đã khắc phục được các nhược điểm trong việc cung cấp dịch vụ của chuyển mạch IP như: Cung cấp dịch vụ trên cơ sở QoS, CoS, hỗ trợ đa hướng,… Trong chương này sẽ chỉ ra phương thức hỗ trợ lưu lượng đa hướng (multicast) của các giải pháp chuyển mạch IP. 5.1.1 IFMP hỗ trợ lưu lượng đa hướng Hoạt động chuyển mạch IP hỗ trợ lưu lượng đa hướng cũng hoàn toàn tương tự như trong trường hợp hỗ trợ đơn hướng. Đối với giải pháp chuyển mạch IP của hãng Ipsilon thì các bản tin đổi hướng IFMP cũng truyền ngược từ các nhánh của cây phân phát để đối chiếu một luồng với một kết nối ảo mới. Chỉ có một sự khác biệt là địa chỉ đích của bộ nhận dạng luồng địa chỉ nhóm đa hướng: đó là địa chỉ của các điểm nhánh của cây phân phát. Hơn nữa, giao thức quản lý chuyển mạch chung (GSMP) sẽ phải tính toán nhiều thao tác thêm nhánh (ADD BRANCH) mà số thao tác này tùy thuộc vào số lượng các nhánh luồng xuống trong cây phân phát. Hình 5.1 chỉ ra một ví dụ mà IFMP hỗ trợ lưu lượng đa hướng: Hình 5.1: Hỗ trợ lưu lượng đa hướng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP 5.1.2 CSR và Multicast ARIS có thể hỗ trợ cho lưu lượng IP đa hướng. Trong mạng con ATM thì thiết bị CSR luồng lên có thể thiết lập liên kết điểm-điểm, hoặc liên kết điểm-đa điểm tới một hoặc nhiều thiết bị CSR luồng xuống (hoặc cây máy chủ). Các thiết bị CSR luồng xuống là thành viên của một nhóm đa hướng và là các nhánh trên môt cây phân phát đa hướng. Cũng giống như trong trường hợp lưu lượng đơn hướng, khi thiết bị CSR phát hiện thấy một VC dành riêng đầu vào và một hay nhiều VC đầu ra dành riêng và các VC đầu ra này đều có cùng một bộ phận dạng luồng (một điạ chỉ nhóm đa hướng) thì CSR thực hiện tiến trình ghép nối VC, lúc đó đường tắt nội bộ trong CSR đó hình thành. Sau đó gói kích khởi (trigger) sẽ tạo nên các kết nối ảo điểm-đa điểm của cây phân phát dựa trên sự xuất hiện của dữ liệu đa hướng, cá bản tin PIM-JOIN, các báo cáo IGMP, hay các bản tin MARS JOIN nếu thiết bị CSR có một khách hàng MARS. 5.1.3 Hỗ trợ đa hướng trong chuyển mạch thẻ Thêm vào việc hỗ trợ lưu lượng IP đơn hướng, chuyển mạch nhãn cũng có thể hỗ trợ lưu lượng đa hướng. Một cách đặc biệt, một nhãn được liên kết với một cây phân phát đa hướng. Khi một gói tin thu nhận được từ một thiết bị TSR hướng lên thì nhãn sẽ được dùng để chỉ ra một hoặc nhiều khoản mục trong bảng TIB. Các khoản mục này liên kết với các nhánh xuống trên cây phân phát. Quá trình trao đổi nhãn được thực hiện và gói tin được truyền trực tiếp xuống cây phân phát. Nếu trong TIB không có một khoản mục nào trùng hợp thì gói tin sẽ bị đào thải. Phương thức chuyển tiếp đa hướng này của chuyển mạch nhãn rất đơn giản và đạt tốc độ cao. Cũng giống như trường hợp đơn hướng, chuyển mạch nhãn tiến hành dò tìm khoản mục thích hợp trong bảng TIB sau đó tiến hành tráo giá trị nhãn của các nhãn đó. Việc kiểm tra RPF (Reverse Path Forwarding – Chuyển tiếp đường ngược chiều) rất đơn giản – nếu không có giá trị thích hợp trong bảng TIB gói tin sẽ bị loại. Quá trình phân phối các nhãn đại diện cho các nhóm đa hướng có thể do các thiết bị TSR luồng lên hoặc luồng xuống đảm nhận. Thông thường thiết bị TSR luồng lên lựa chọn nhãn và phát đa hướng tới các TSR lân cận theo hướng xuống trong mạng LAN. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP Mặc dù đây là cách đơn giản nhất nhưng có một số điểm cần xem xét. Một thiết bị TSR hướng lên cũng có thể có nhiều nguồn đa hướng lên nữa, nên yêu cầu số nhãn nhiều hơn số nhãn được phân phát chung. Mặt khác nếu có sự thay đổi trong cấu hình mạng thì có thể dẫn tới việc xuất hiện thiết bị TSR hướng lên mới, do dod phải yêu cầu thực hiện quá trình gán lại nhãn. Nên quá trình phân bố và gán nhãn xuất phát từ luồng xuống là thuận lợi và thích hợp hơn, nó cũng hoàn toàn nhất quán với thông tin của các node thành viên nhóm đa hướng với quá trình phân phối, ấn định nhãn trong định tuyến đơn hướng. Phương pháp này cũng cho phép sử dụng các bản tin định tuyến đa hướng PIM để thêm phần thông tin của nhãn vào vì nó theo hướng luồng xuống. Quan trọng hơn là khi có sự thay đổi trong cấu hình mãng dẫn tới hình thành thiết bị TSR mới thì cũng không cần phải thực hiện quá trình gán lại nhãn. 5.1.4 ARIS và dịch vụ đa hướng ARIS có thể thiết lập các đường chuyển mạch cho lưu lượng đa hướng. Quá trình thiết lập một cây phát điểm-đa điểm chuyển mạch có thể xuất phát tại gốc hay tại node đầu vào. Cây có các đường chuyển mạch mạng toàn bộ lưu lượng đa hướng từ thiết bị ISR đầu ào tới tất cả các các thiết bị ISR đầu ra đều sử dụng chuyển mạch trên cơ sở phần cứng trong các thiết bị ISR trung chuyển. Cơ chế sử dụng phần cứng cải thiện nhiều hơn so với định tuyến đa hướng trên cơ sở phần mềm của bộ định tuyến. ARIS độc lập với bất kỳ giao thức đinh tuyến đa hướng cơ bản nào. ARIS hỗ trợ cho cách thiết lập theo dữ liệu, mỗi cặp (nguồn, địa chỉ nhóm) trong cây phân phát có gốc tai nguồn yêu cầu như yêu cầu trong giao thức DVMRP và PIM DM (PIM-DM). AIRS cũng hỗ trợ cách thiết lập theo bên nhận, ở đó cây phân phát dùng chung đối lập với mỗi cặp (*, địa chỉ nguồn) như yêu cầu trong PIM-SM (PIM Sparse Mode) 5.2 Mạng chuyển mạch IP Các giải pháp chuyển mạch IP đã xét ở chương 4 và chương 4 có đặc điểm khác nhau nên môi trường mạng có thể áp dụng cho các giải pháp chuyển mạch IP đó cũng khác nhau. Vấn đề là đưa mô hình nào vào cấu hình mạng nào để cho mạng phục vụ tốt nhất. Phần này sẽ chỉ ra một số môi trường có thể triển khai công nghệ chuyển mạch IP vào mạng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP 5.2.1 Chuyển mạch IP của hãng Ipsilon Chuyển mạch IP có thể hoạt động trong nhiều khung cảnh mạng khác nhau. Chuyển mạch IP cũng có thể chuyển lưu lượng IP sử dụng quá trình xử lý từng chặng chuẩn nên trong khía cạnh này nó hoàn toàn giống với các bộ định tuyến IP chuẩn. Tuy nhiên, mục đích của chuyển mạch IP là phải tăng tốc lưu lượng IP mà giải pháp này phải yêu cầu các tài nguyên chuyển mạch đủ cho mỗi luồng và các thiết bị cạnh tại đầu vào và đầu ra phải có khả năng hỗ trợ IFMP. Một khung cảnh mạng đưa ra là mạng IP của trường DH hay mạng IP của công ty nhỏ như chỉ ra trong hình 5.2: Hình 5.2: Chuyển mạch IP trong một công ty Trong môi trường này các nhóm làm việc trên cơ sở Ethernet gắn tới mạng xương sống gồm các chuyển mạch IP thông qua thiết bị cạnh hỗ trợ IFMP. Các server tốc đọ cao cũng có thể gắn trực tiếp tới mạng xương sống nhờ sử dụng một bộ thích ứng IFMP, và mạng lõi là các chuyển mạch IP tham gia vào quá trình chuyển mạch nên thực tế lưu lượng được chuyển mạch sẽ không vượt quá dung lượng cực đại của các tài nguyên chuyển mạch trong mạng. Tổng đọ thông suốt sẽ tùy thuộc vào dung lượng chuyển tiếp qua các thiết bị cạnh đầu vào và đầu ra. Trong trường hợp riêng này thì khả năng hỗ trợ giải pháp IFMP cũng tương tư MPOA (đa giao thức qua ATM) ngoại trừ rằng IFMP là một giao thức điều khiển. Một khu vực khác mà chuyển mạch IP của hãng Ipsilon có thể có lợi đó là tại cạnh của một mạng. Các cơ chế chuyển mạch được ứng dụng làm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP một bộ phận loại luồng, bộ định dạng lưu lượng để nhận dạng, gán nhãn, hay để phục vụ các luổng riêng đặc biệt, cho phép truy cập nhanh hơn hay chậm hơn khi đi vào hay đi ra khỏi một mạng xương sống ISP. Xem xét hai ví dụ trong hình 5.3: Hình 5.3: Các dịch vụ cạnh (edge service) của chuyển mạch IP Trong trường hợp thứ nhất, một chuyển mạch IP là đầu cuối phía trước của một server, trong đó bộ phân loại luồng đã được lập trình để nhận dạng và đánh nhãn các luồng có độ ưu tiên cao hơn, các luồng này sẽ đi vào mạng ISP theo đường chuyển mạch; ngược lại, các luồng khác sẽ được xử lý từng chặng với nỗ lực lớn nhất (best-effort). Trường hợp thứ hai là một trường hợp thú vị; một modem băng rộng tại nhà riêng hỗ trợ IFMP (cáp hoặc xDSL) dùng để chuyển bản tin đổi hướng IFMP hướng tới đầu cuối (Head End), do đó cá luông lưu lượng IP xác định tới nhà sẽ nhanh hơn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP 5.2.2 Mạng CSR Thiết bị CSR có thể triển khai hiệu quả trong môi trường mạng khác nhau. Xem xét trường hợp đầu tiên, khi có một số lượng lớn các bộ định tuyến biên kết nối tới một mạng ATM chung. Thông thường phải yêu cầu một lưới các PVC (kết nối ảo cố định) để cung cấp hiệu năng làm việc tối ưu giữa bất kỳ cặp bộ định tuyến đầu vào-đầu ra nào. Tuy nhiên, trường hợp này phải yêu cầu tới O(NP2P) kết nối ảo và một mức tiêu tốn tỷ lệ thuận các tài nguyên sử dụng trong bộ định tuyến, trong các thiết bị chuyển mạch cũng như các nhân viên hoạt động liên quan. Việc thay thế bằng các thiết bị CSR trong lõi của mạng sẽ giảm bớt yêu cầu cho mạng lưới VC, giảm lưu lượng điều khiển phải truyền qua mạng và cẩn xuất hiện tại các bộ định tuyến mà vẫn cung cấp được khả năng thiết lập một VC trược tiếp (đường ống chuyển tắt) giữa bất kỳ cặp bộ định tuyến đầu vào-đầu ra nào. Tất nhiên đường tắt chỉ mở rộng khi nào có các cơ chế sử dụng để thiết lập nó. Do đó, khung cảnh lý tưởng cho môi trường này là yêu cầu các bộ định tuyến biên phải hỗ trợ FANP như minh họa trong hình 5.4 Hình 5.4: Các CSR trong mạng ATM rộng Một môi trường khác mà cá thiết bị CSR sẽ có lợi là mạng xương sống khu trường sở mở rộng hay mạng khu vực thành phố. Ở đó cả dịch vụ ATM nguyên bản và dịch vụ chuyển tiếp IP cùng tồn tại. Một ví dụ về một nhóm các khu trường sở khác bao gồm 10/100/1000 Ethernet chuyển mạch gắn tới ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP một trong bốn vị trí trung tâm có thiết bị CSR qua các liên kết ATM. Các thiết bị CSR lần lượt hình thành một mạng xương sống bằng các liên kết ATM chuẩn hoạt động tại OC12 và có thể là OC48. Các dịch vụ ATM nguyên bản vẫn hữu dụng đối với mỗi khu trường sở. Trong khung cảnh này lưu lượng IP được chuyển tiếp lên mạng xương sống, và tùy thuộc vào kiểu lưu lượng, cấu hình mạng mà lưu lượng có thể chuyển thông qua một đường định tuyến từng chặng chuẩn hay được đặt lên một đường chuyển tắt chuyển mạch tế bào 3.2.3 Mạng chuyển mạch thẻ Chuyển mạch thẻ phù hợp nhất cho mạng rộng trên cơ sở IP như các mạng intranet kết hợp hay các mạng ISP. Chuyển mạch thẻ có thể triển khai bằng phần mềm trong các bộ định tuyến đang tồn tại hay thêm vào một thiết bị điều khiển để thiết lập các đường chuyển mạch giống VC trong mạng ATM đa dịch vụ. Ví dụ về một mạng chuyển mạch thẻ cơ bản có mạng đường trục (xương sống) gồm một số các bộ TSR lõi và bao quanh mạng đường trục là các thiết bị TER. Mạng này không giống với khái niệm về một đám mây chuyển mạch rộng (Frame Relay hay ATM), mà đám mây này phục vụ như là lõi của một số lượng lớn hơn gồm các bộ định tuyến cạnh. Mạng chuyển mạch thẻ này được minh họa như trên hình 5.5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP Hình 5.5: Mạng chuyển mạch thẻ Chuyển mạch thẻ là một ví dụ về mô hình đồng cấp, vì vậy chỉ yêu cầu một không gian địa chỉ và giao thức định tuyến. Thiết bị TDP thêm vào để đối chiếu các tuyến với các nhãn và để phân bố các nhãn giữa các thiết bị TSR, nó cũng cung cấp lợi ích về mặt hiệu năng làm việc và điều khiển đường rõ mà ở đó các kết nối ảo chuyển mạch không yêu cầu Frame Relay hay ATM. 5.2.4 Mạng ARIS ARIS Là một giải pháp chuyển mạch hướng cấu hình, nó phù hợp nhất cho các mạng diện rộng trên cơ sở IP. Mục đích của ARIS là làm giảm nhỏ nhất khối lượng các tài nguyên mạng yêu cầu để chuyển mạch tất cả lưu lượng IP giữa hai node bất kỳ. Có nghĩa là sẽ sử dụng được nhiều tài nguyên mạng hơn (thiết bị chuyển mạch hay bộ định tuyến) để cung cấp cho các dịch vụ đặc biệt không mặc định. Những dịch vụ này có thể là các mạng riêng ảo (VPNs), các luồng QoS, định tuyến rõ ràng, các đường ngầm (tunnels), các kết nối ATM nguyên bản, . Nói chung, ARIS cho phép các mạng rất lớn chuyển mạch một số lượng lớn lưu lượng IP kết hợp nên nâng cao được toàn bộ hiệu năng mạng. ARIS phù hợp nhất với kiểu mạng rông ISP đa dịch vụ trên cơ sở hạ tầng ATM. Ví dụ về một mạng ARIS chỉ trong hình 5.6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP Hình 5.6: Mạng ARIS Theo hình thì mạng có các thiết bị ISR hỗ trợ cho định tuyến IP, các dịch vụ chuyển mạch IP qua ARIS, và chuyển mạch ATM nguyên gốc. Các bộ định tuyến đặt tại ngoại biên mạng có thể chuyển tiếp các gói tại lớp 3 tới các thiết bị ISR lõi, hay dùng các giao thức để thiết lập các đường dẫn chuyển mạch xuyên suốt từ đầu vào tới đầu ra. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Từ những gì đã trình bày ở trên về chuyển mạch IP ta có thể rút ra một số kết luận sau đây: Do tính đơn giản về mặt kỹ thuật và không cần thay đổi nhiều về phần cứng khi áp dụng vào các hệ thống hiện có, chắc chắn chuyển mạch IP sẽ là giải pháp cho mạng Internet đang đòi hỏi tốc đọ cao và cung cấp các dịch vụ phong phú với số lượng khổng lồ như hiện nay và trong tương lai. Chuyển mạch IP chính là sự kết hợp ưu điểm chuyển mạch tốc đọ cao của chuyển mạch ATM với các giao thức điều khiển đơn giản, do đó khắc phục được nhược điểm cho chuyển mạch ATM và định tuyến IP. Thêm vào đó, chuyển mạch IP còn có thể áp dụng được cho nhiều kiểu mạng khác nhau: từ các mạng truy nhập đến các mạng lõi dung lượng lớn. Tuy nhiên, cung có nhiều lý do mà kỹ thuật chuyển mạch IP còn chưa được áp dụng rộng rãi. Một trong những lý do đó là giá thành, và trong nhiều trường hợp chuyển mạch tốn kém hơn nhiều sơ với định tuyến thông thường. Hơn nữa, trong một số trường hợp, việc cung cấp QoS sẽ thực hiện khó khăn và có thể gây ra trễ, trượt,… Những cuối cùng, có thể nói rằng ưu điểm của chuyển mạch IP là không thể phủ nhận, nó sẽ là một công nghệ chuyển mạch cho tương lai. Chuyển mạch IP đã và đang là điểm tập trung nghiên cứu của nhiều hãng trên thế giới nhằm đưa các sản phẩm ứng dụng chuyển mạch IP vào hoạt động trong các môi trường mạng khác nhau. Đồ án nghiên cứu về “chuyển mạch IP” mới chỉ là bước đầu xem xét nghiên cứu về một giải pháp chuyển mạch mới, một giải pháp then chốt để giải quyết các vấn đề nan giải của mạng IP hiện nay. Do thời gian có hạn và năng lực nghiên cứu hạn chế nên đồ án chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót, em hy vọng rằng sẽ được thầy cô và các bạn giúp đỡ để em có điều kiện tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về lĩnh vực này, góp phần nhanh chóng đưa công nghệ chuyển mạch IP này vào mạng Việt Nam. . CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP 5.1 Chuyển mạch IP hỗ trợ lưu lượng đa hướng Các giải pháp chuyển mạch IP của bốn hãng. công nghệ chuyển mạch IP vào mạng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: ÚNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP 5.2.1 Chuyển mạch IP của hãng Ipsilon Chuyển mạch IP có thể