H ướng tắtG ó i
3.4.2 Tại sao chúng ta sử dụng chuyển mạch nhãn
Mục tiêu đầu tiên của chuyển mạch nhãn đa ra là nhằm cải thiện hiệu năng chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phân phối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau. Thêm vào đó là các lợc đồ phân phối nhãn hoàn toàn độc lập với quá trình chuyển mạch.
Trớc hết, chúng ta hãy xem xét một số lý do cơ bản hiện nay đang đợc quan tâm đối với công nghệ mạng nói chung và chuyển mạch nhãn: Tốc độ và độ trễ, khả năng hệ thống, tính đơn giản, tài nguyên mạng, điều khiển định tuyến.
Tốc độ và độ trễ
Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm trong quá trình xử lý tải lu lợng lớn trong internet và intranet, trễ chủ yếu trong quá trình này là quá trình xử lý định tuyến để tìm ra thích hợp cho các gói tin đầu vào. Mặc dù đã có nhiều cải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến nh các kỹ thuật tìm kiếm nhanh bảng định tuyến, nhng tải lu lợng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lý, và kết quả là có thể mất lu lợng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toàn mạng(mạng IP). Chuyển mạch nhãn đa ra một cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp gói tin IP thông th- ờng, sẽ cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề trên. Chuyển mạch nhãn thực hiện quá trình gán nhãn cho gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vaò bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến nh một chỉ số của bảng. Quá trình truy nhập này chỉ yêu cầu duy nhất cho một truy nhập tới bảng thay vì hàng ngàn quá trình tìm kiếm đợc thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống. Kết quả là các hoạt động này hiệu quả hơn và vì vậy lu lợng ngời sử dụng trong gói tin đợc gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các ngời sử dụng.
Mạng máy tính luôn tồn tại các hiệu ứng trễ, khi các gói tin chuyển qua rất nhiều nút và nhiều chặng khác nhau để tới đích nó tạo ra các hiệu ứng trễ và biến động trễ. Sự tích trữ trên các cung đoạn sẽ tạo ra trễ tổng thể giữa các đầu cuối.
Tại mỗi nút mạng, địa chỉ đích trong gói tin đợc xác minh và so sánh với các địa chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìm đờng ra.
Các gói tin chuyển qua các nút mạng tạo ra độ trễ và các biến động trễ khác nhau, tuỳ thuộc vào khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng nh lu lợng của luồng tin sẽ ảnh hởng trực tiếp tới trễ của ngời dùng đầu cuối. Một lần nữa, cơ chế hoạt động của chuyển mạch nhãn với khả năng chuyển tiếp gói tin nhanh là giải pháp để giải quyết vấn đề này.
Khả năng hệ thống
Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lý lu lợng ngời dùng trên mạng internet là vấn đề rất quan trọng. Nhng các dịch vụ tốc độ cao không phải là tất cả những gì mà chuyển mạch nhãn cung cấp. Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầucủa ng- ời dùng internet, thay vì hàng loạt các địa chỉ IP (tăng lên rất nhanh từng ngày) mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, tiếp cận này làm giảm kích thớc bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều ngời sử dụng hơn.
Tính đơn giản
Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn chính là sự đơn giản trong các giao thức
chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản:chuyển
tiếp gói tin dựa trên nhãn của nó“ ” . Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho qua trình liên kết nhãn và đảm bảo tính tơng quan giữa các nhãn với luồng lu lợng ng- ời sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức tạp nhng chúng không gây ảnh hởng tới hiệu suất của dòng lu lợng ngời dùng. Sau khi đã gán nhãn vào dòng lu lợng ngời dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể nhúng trong phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt(ASIC) hoặc trong bộ xử lý đặc biệt.
Tài nguyên sử dụng
Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không chiếm dùng nhiều tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đờng chuyển mạch nhãn cho lu lợng ngời sử dụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhãn. Trong các phần sau của cuốn sách này chúng ta sẽ xem xét cụ thể hơn.
Điều khiển định tuyến
Định tuyến trong mạng internet đợc thực hiện với các địa chỉ IP (trong mạng LAN là các địa chỉ MAC). Tất nhiên, có rất nhiều các thông tin đợc lấy ra từ tiêu đề gói tin IP để thực hiện quá trình định tuyến này, ví dụ nh: Trờng kiểu dịch vụ IP (TOS),chỉ số cổng,v..v là một phần của quyết định chuyển tiếp gói tin. Nhng định tuyến theo đích là phơng pháp chuyển tiếp gói tin thông thờng nhất hiện đang sử dụng. Các phơng pháp định tuyến cho mạng IP đã đợc trình bày trong phần 2.1.5 của tài liệu này.
Định tuyến theo địa chỉ đích không phải là phơng pháp luôn đem lại hiệu quả. Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng nh sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là các trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với phơng pháp này. Một vấn đề nữa đợc đặt ra là các nhà cung cấp thiết bị (bộ định tuyến, cầu), triển khai phơng pháp định
trị mạng chia sẻ lu lợng, trong khi một số khác sử dụng các trờng chức năng TOS, chỉ số cổng,v..v.
Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tờng minh theo nhãn, nh vậy cơ chế này cho cung cấp một cách thức truyền tải lu lợng qua các nút và liên kết phù hợp với lu lợng truyền tải, cũng nh là đặt ra các lớp lu l- ợng gồm các lớp dịch vụ khác nhau(dựa trên yêu cầu QoS) trên đó. Chuyển mạch nhãn là giải pháp tốt để hớng lu lợng qua một đờng dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích.
Định tuyến dựa trên IP (PBR) thờng gắn với các giao thức chuyển mạch nhãn, nh FR, ATM hoặc MPLS. Phơng pháp này sử dụng các trờng chức năng trong tiêu đề gói tin IP nh:trờng TOS, chỉ số cổng,nhận dạng giao thức IP hoặc kích thớc của gói tin. Các trờng chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ thành các kiểu lu lợng và thờng thực hiện tại các nút đầu vào mạng (thiết bị gờ mạng).
Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bit đã xử lý tại thiết bị gờ để quyết định xử lý luồng lu lợng đến, quá trình xử lý này có thể sử dụng các kiểu hàng đợi khác nhau và các kiểu phơng pháp xếp hàng khác nhau. Định tuyến dựa trên IP cũng cho phép ngời quản lý mạng thực hiện phơng pháp định tuyến ràng buộc. Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:
-Đặt các giá trị u tiên vão trong tiêu đề gói tin IP -Thiết lập bớc kế tiếp cho gói tin
-Thiết lập giao diện ra cho gói tin
-Thiết lập bớc kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại hớng trong bảng định tuyến
Chuyển mạch nhãn khác với các phơng pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác, sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ đ ợc xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đờng dẫn chuyển mạch hơngs tới đích.Nó cũng khái quát hoá c cấu chuyển tiếp và trao đổi nhãn,phơng pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn nh ATM, chuyển mạch khung, PPP, mà nó có thể thích hợp với bất kỳ một phơng pháp đóng gói nào.
Chúng ta lu ý rằng có nhiều tài liệu chỉ ra rằng IP không có khả năng định tuyến dựa theo chính sách và điều kiện ràng buộc, điều đó dựa trên lý do thực tế là trên mạng internet có rất nhiều mạng và nhà cung cấp dịch vụ khác nhau, và không có một thoả thuận cụ thể nào về việc sử dụng các bit u tiên. Đối với chuyển mạch nhãn cũng vậy, chuyển mạch nhãn thực sự phát huy hiệu quả chỉ khi có đợc thoả thuận giữa các nhà điều hành mạng về cách thức sử dụng nhãn nh thế nào?.