Tài liệu ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC, chương 2 pdf

Chương 2: Công nghệ ATM Song song với sự phát triển chóng mặt của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ định tuyến là sự phát triển mạnh trong lĩnh vực chuy ển mạch. Mạng số dịch vụ tích hợp băng rộng (B-ISDN) là m ột kỹ thuật cho phép truyền thông thời gian thực giữa các thiết bị truyền thông đầu cuối, sử dụng kỹ thuật ATM. ATM có thể mang m ọi dòng thông tin như thoại, dữ liệu, video; phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định (gọi là cell), và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là kết nối ảo. Bởi vì kh ả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao trên m ột số các công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công nghệ chuyển mạch hứa hẹn nhất và thu hút nhi ều sự quan tâm. Tuy nhiên, hiện nay cũng như trong tương lai hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp nữa. Song đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn, thì môi trường hướng kết nối dường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỷ lệ phần thông tin mào đầu lại quá l ớn. Với các loại lưu lượng như vậy thì môi truờng phi kết nối với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hi ệu phức tạp sẽ phù hợp hơn. 1.2.4 IP và ATM So sánh gi ữa IP và ATM ATM khác với kỹ thuật định tuyến IP ở nhiều điểm. ATM là m ột kỹ thuật kết nối có hướng tức là hai hệ thống phải thiết lập đường truyền trước khi diễn ra quá trình truyền dữ liệu. ATM yêu cầu các kết nối được thiết lập bằng nhân công hay được thiết lập động bởi các giao thức báo hiệu. Một điểm khác nhau nữa là ATM không th ực hiện định tuyến theo từng gói tại mỗi node trung gian (cách mà IP th ực hiện) mà đường dẫn ATM qua mạng giữa hai th ực thể phải được tính toán từ trước và cố định trong thời gian liên l ạc. Khi thiết lập kết nối, mỗi chuyển mạch ATM gán một giá tr ị nhận dạng hay một nhãn cho chuyển mạch, kết nối và các cổng ra/vào c ủa chuyển mạch. Kỹ thuật này cho phép hệ thống dành riêng tài nguyên c ố định cho một đường kết nối cụ thể và mỗi chuy ển mạch ATM riêng cần thiết phải xây dựng một bảng chuyển ti ếp chỉ bao gồm các thực thể về các kết nối đang hoạt động qua chuy ển mạch. Ngược lại, với IP một bộ định tuyến phải sử dụng m ột bảng định tuyến chứa tất cả các đích đến có thể caca, trong số này có nhiều đường địa chỉ mà gói tin không bao giờ đi qua. Quá trình chuyển tiếp một tế bào qua một chuyển mạch ATM tương tự như quá trình chuyển tiếp một gói tin IP qua một bộ định tuy ến. Cả hai đều sử dụng thông tin trong tiêu đề gói (hay tế bào) làm khoá tìm ki ếm trong bảng định tuyến hoặc bảng chuyển tiếp để tìm địa chỉ chặng tiếp theo cho gói tin. Tuy nhiên, tốc độ chuyển ti ếp tế bào ATM nhanh hơn tốc độ chuyển tiếp gói tin IP rất nhiều l ần bởi vì các bộ định tuyến IP sử dụng các giao thức định tuyến được thực hiện trên cơ sở phần mềm và tiêu đề IP có độ dài thay đổi và lớn hơn tiêu đề của tế bào ATM nhiều lần. Ngược lại tiêu đề của tế bào ATM rất nhỏ và có độ dài cố định, bảng chuyển tiếp ch ứa các kết nối ảo nhỏ hơn nhiều so với bảng định tuyến của IP và vi ệc chuyển tiếp được thực hiện đơn giản bằng cách “hoán đổi nhãn”. M ột đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ chuyển tiếp ATM lên đáng kể là cơ chế chuyển tiếp của nó được thực hiện bằng phần c ứng, điều này cho phép thực hiện nhiệm vụ một cách đơn giản và v ới tốc độ cực nhanh. Bảng sau so sánh các đặc điểm cơ bản giữa IP và ATM. Thuộc tính IP ATM Hướng kết nối Không Có Kích cỡ gói tin Thay đổi Không đổi (53B) Hỗ trợ QoS Không Có Quyết định chọn đường Theo t ừng gói tin Thiết lập kết nối trước Trạng thái chuyển ti ếp T ất cả mạng có thể Kết nối chuyển tiếp tích c ực nội bộ Cơ sở chuyển tiếp Sự phù hợp dài nhất c ủa tiến tố địa chỉ mạng Nhãn có chiều dài cố đị nh Thực hiện báo hiệu Không Có Giải pháp sử dụng mô hình xếp chồng Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điể m của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM (như phưng thức chuy ển mạch). Mô hình IP-over-ATM (IP qua ATM) của IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên n ền mạng ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM ho ạt động với nhau mà không cần thay đổi giao th ức của chúng. Tuy nhiên cách này không tận dụng hết khả năng của ATM. Ngoài ra cách này không thích hợp với mạng có nhiều router và không hi ệu quả trên một số mặt, chẳng hạn như có sự chồng chéo về chức năng, quản lý mạng phức tạp. Tổ chức ATM- Forum d ựa trên mô hình này đã phát triển công nghệ LANE và MPOA. Các công ngh ệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn vấn đề này. T ừ sự so sánh IP và ATM trên ta thấy mỗi kỹ thuật đều có ưu và nhược điểm riêng. Nhưng một điề u chắc chắn là IP sẽ có mặt trong t ất cả các mạng trong tương lai bởi vì ưu điểm tuyệt vời nhất c ủa của IP đó là nó có thể chạy trên bất kỳ công nghệ lớp liên kết d ữ liệu nào, kể cả ATM. Do vậy, ATM được xem như là công nghệ lớp 2 mạnh mẽ cho IP có thể triển khai trên đó. Khi việc này th ực hiện, lược đồ chuyển tiếp từng chặng, phi kết nối của IP không b ị thay đổi. Thực tế IP không có ý tưởng rằng, nó đang chạy trên 1 m ạng có khả năng dành trước tài nguyên và ràng buộc trễ. T ừ quan điểm ATM, một tập các giao thức đánh địa chỉ, định tuy ến và báo hiệu đã được phát triển cho ATM có thể hoạt động mà không c ần phải thay đổi. M ột câu hỏi đặt ra là: phải làm gì để kết hợp hai kỹ thuật này v ới nhau? Và câu trả lời nằm ở vấn đề phân gỉải địa chỉ. Để liên lạc v ới 1 trạm ngang cấp khác trong cùng một mạng con, một trạm IP ngu ồn cần phân giải địa chỉ IP của trạm đích với địa chỉ lớp 2 tương ứng. Điều này cho phép trạm IP nguồn đánh địa chỉ cho các gói tin v ới địa chỉ IP đích và sau đó đóng gói gói tin IP vào trong một khung thông tin lớp 2 với địa chỉ đích lớp 2 tương ứng. Theo kỹ thuật ATM, địa chỉ ATM đích chỉ được sử dụng khi chuyển tiếp yêu c ầu thiết lập SVC (kênh ảo báo hiệu) trước khi thiết lập kết nối. Tuy nhiên, tr ạm IP nguồn vẫn cần phân gii địa chỉ địa chỉ IP đích thành đị a chỉ ATM để nó có thể khởi tạo một kết nối ATM SVC đến đích. Quan điểm này được thể hiện như hình 1.1. Hình vẽ minh ho ạ một trạm IP nguồn được gắn vào mạng ATM, nó yêu cầu server phân gi ải địa chỉ (ARS) phân giải địa chỉ ATM của trạm IP đích. ARS gửi địa chỉ ATM của trạm IP đích cho trạm IP nguồn và sau đó trạm IP thiết lập một SVC đến đích. IETF lần đầu tiên đưa ra giải pháp kết hợp IP và ATM trong RFC1577, Classical IP over ATM (CLIP). Trong RFC1577, m ột Server phân gi ải địa chỉ ATM (ATMARP) được định nghĩa để duy trì m ột bảng các địa chỉ IP và ATM. Sau đó ATM Forum tổng quát hoá gi ải pháp này để phân giải địa chỉ MAC với địa chỉ ATM và c ũng bổ sung chức năng quảng bá. Mục đích là phát triển một hệ thống cho phép các ứng dụng của mạng LAN có thể chạy trên mạng ATM mà không c ần bất cứ sự thay đổi nào. Nỗ lực của họ được đặt Hình 1.1. Sử dụng Server phân giải địa chỉ cho mạng ATM  SVC ATM Network Server phân giải địa chỉ Yêu cầu Trả lời  Nguồn Đích tên là mô phỏng LAN (LANE), LANE được ứng dụng khá phổ biến vì nó cho phép các ứng dụng LAN đa giao thức chạy một cách trong su ốt trên các LAN kế thừa và LANE. Cả hai giải pháp trên đều tương tự nhau ở chỗ chúng tách hoàn toàn chức năng của LAN và IP l ớp mức cao khỏi lớp các dịch vụ nằm bên được hỗ trợ bởi ATM. M ột điểm tương tự nữa giữa 2 giải pháp này đó là về phạm vi c ủa các kết nối ATM. CLIP chỉ hạn chế việc truyền thông ATM ở giữa các Host (hoặc Router) trên cùng một mạng con IP logic (LIS). Ngay c ả khi 2 host ở trên các mạng con khác nhau được kết n ối cùng một mạng ATM, thì vẫn phải cần 1 router để chuyển tiếp các gói. Điều này lại sinh ra các thông tin bổ sung và trễ do định tuy ến từng chăng. LANE cũng có sự hạn chế tương tự, trong đó 2 host trên cùng một mạng ATM nhưng ở khác mạng IP logic cũng không thể giao tiếp trực tiếp bằng việc sử dụng các kết nối ATM mà ph ải sử dụng bộ định tuyến để trao đổi thông tin. S ự phát triển tiếp theo cho phép 2 host ở trên hai mạng khác nhau có th ể liên lạc ATM trực tiếp với nhau. Điều này yêu cầu sự nới lỏng mô hình mạng nối tiếp đang tồn tại. Giải pháp này tiếp tục h ỗ trợ định tuyến từng chặng truyền thống nhưng cũng cung cấp m ột phương tiện, theo đó thiết bị IP nguồn có thể thiết lập một kết n ối ATM trực tiếp tới thiết bị IP đích trên một mạng khác. Do đó, mạng có thể cung cấp một đường dẫn với định tuyến từng chặng thông thường cho các luồng lưu lượng dung lượng nhỏ, nỗ lực tối đa và một đường dẫn chuyển mạch cho lưu lượng lớn, thời gian truy ền dài. Kỹ thuật này được thực hiện lần đầu tiên ở giao thức phân gi ải chặng kế tiếp (NHRP) do IETF đưa ra, sau đó nó được phối h ợp cùng với đa giao thức ATM trên ATM (MPOA) của ATM forum. C ả hai giải pháp này đã mở rộng cơ chế Server phân giải địa chỉ được sử dụng bởi CLIP và LANE để phân giải địa chỉ ở biên mạng con. Bởi vậy xuất hiện một kiểu định tuyến hiệu năng cao mới gọi là định tuyến đường tắt (cut through hay shortcut). Nó b ổ sung cho định tuyến IP một dịch vụ phân giải địa chỉ cùng với các giao th ức định tuyến và báo hiệu cần thiết để quản lý các SVC động. Khái niêm định tuyến đường tắt được minh hoạ như hình 1.2.   Shortcut SVC Router Query Responsse Data Data Data Query Responsse Router LIS1 LIS3 LIS2 Nguồn Đích Hình 1.2. Khái niệm định tuyến đường tắt . toán từ trước và cố định trong thời gian liên l ạc. Khi thiết lập kết nối, mỗi chuyển mạch ATM gán một giá tr ị nhận dạng hay một nhãn cho chuyển mạch, . là nó có thể chạy trên bất kỳ công nghệ lớp liên kết d ữ liệu nào, kể cả ATM. Do vậy, ATM được xem như là công nghệ lớp 2 mạnh mẽ cho IP có thể triển