H ướng tắtG ó i
3.4.3 Thành phần chuyển tiếp gói tin
Thuật toán sử dụng trong thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn để tạo ra quyết định chuyển tiếp dựa trên hai nguồn thông tin chính: bảng chuyển tiếp trong bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và nhãn trong gói tin chuyển tiếp.
Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn nằm trong bộ định tuyến chuyển mạch nhãn gồm một dãy các khoản mục(entry). Mỗi một entry gồm một nhãn đầu vào và nhiều mục từ phụ, trong mục từ phụ chứa một nhãn đầu ra, giao diện ra và địa chỉ bớc kế tiếp. Các mục từ phụ trong cùng một mục từ có thể có cùng hoặc khác nhãn đầu ra, nhất là đối với các đầu nối multicast- với cùng một đầu vào và cần phải chuyển ra nhiều giao diện khác nhau.
Hình 3.6 entry trong bảng chuyển tiếp
Bảng chuyển tiếp đợc đánh chỉ số bởi giá trị trong nhãn đầu vào, vì vậy nhãn vào có thứ tự N sẽ nằm trong mục từ N của bảng chuyển tiếp. Để có các thông tin điều khiển các gói tin chuyển tiếp tới nút kế tiếp, trong mục từ phụ chứa một số thông tin liên quan tới nguồn tài nguyên mà gói sử dụng, ví dụ nh giao diện ra mà gói tin sẽ đợc chuyển tới.
LSR có thể duy trì hai kiểu bảng chuyển tiếp: bảng chuyển tiếp đơn cho toàn
bộ bộ định tuyến và các bảng chuyển tiếp gắn liền với các giao diện; trong kiểu thứ hai quá trình xử lý không chỉ thực hiện trên các gói mà còn trên các giao diện gói tin tới. Một bộ định tuyến chuyển mạch nhãn có thể sử dụng một trong hai kiểu bảng định tuyến hoặc tổ hợp cả hai.
Nhãn đợc đặt trong gói tin cần chuyển qua chuyển mạch nhãn có thể thực hiện theo nhiều cách tuỳ thuộc vào công nghệ lớp liên kết. ATM và chuyển mạch khung FR có thể mang các nhãn nh một phần mào đầu của lớp liên kết. Đặc biệt, với ATM, nhãn có thể mang cả trong trờng VPI và VCI của tiêu đề ATM, còn đối với FR, nhãn có thể mang trong trờng DLCI của mào đầu khung FR.
Hình 3.6:Mang nhãn trong tiêu đề Shim“ ”
Phơng pháp mang nhãn nh một phần của tiêu đề lớp liên kết, cho phép chuyển mạch nhãn chỉ thực hiện trên một số công nghệ lớp hai chứ không phải toàn bộ công nghệ lớp mạng. Vì vậy, một phơng pháp hỗ trợ chuyển mạch nhãn trên
Tiêu đề lớp liên kết Tiêu đề nhãn “Shim” Tiêu đề lớp mạng Dữ liệu lớp mạng Nhãn vào Subentry1 Subentry2
Nhãn vào Nhãn ra Nhãn ra
Giao diện ra Giao diện ra Địa chỉ kế tiếp Địa chỉ kế tiếp
đợc thông qua một nhãn nhỏ “shim”. Shim đợc chèn vào giữa tiêu đề lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu, vì vậy nó có thể sử dụng với bất kỳ công nghệ mạng lớp liên kết nào (xem hình 3.6). Sử dụng “shim” cho phép chyển mạch nhãn hoạt động trên các công nghệ mạng khác nhau nh: Ethernet, FDDI, token ring, các liên kết PPP, v. .v.
Thuật toán chuyển tiếp chuyển mạch nhãn
Thuật toán chuyển tiếp nhãn đợc thực hiện trong thành phần chuyển tiếp của chuyển mạch nhãn dựa trên quá trình tráo đổi nhãn “swapping“. Thuật toán nh sau:
Khi một LSR nhận đợc một gói, bộ định tuyến tách nhãn từ gói tin và sử dụng nó nh một chỉ số để truy nhập tới bảng chuyển tiếp. Một khi mục từ đánh số bởi nhãn đợc tìm thấy (mục từ này có nhãn vào tơng tự nh nhãn tách ra khỏi gói). Mỗi một mục từ phụ của một mục từ tìm đợc sẽ thay thế nhãn vào bằng nhãn ra và gửi gói tin tới giao diện ra theo hớng của bớc kế tiếp đợc đặt trong mục từ phụ này. Nếu mục từ chỉ tới hàng đợi đầu ra thì bộ định tuyến sẽ chuyển gói tin vào trong hàng đợi đó. Trờng hợp chúng ta vừa xét trên đây đợc thực hiện trên đơn bảng chuyển tiếp. Trong trờng hợp đa bảng chuyển tiếp gắn kết với các giao diện của bộ định tuyến, thì các thủ tục vẫn tơng tự, chỉ thay đổi nhỏ tại bớc đầu tiên, ngay khi bộ định tuyến nhận đợc gói tin, LSR sử dụng chính giao diện đó để lựa chọn bảng chuyển tiếp sẽ đợc sử dụng để xử lí gói. Nếu chúng ta đã từng quen thuộc với công nghệ ATM thì rất dễ dàng nhận ra rằng thuật toán chuyển tiếp các tế bào trong trờng chuyển mạch ATM cũng tơng tự nh vậy. Đây cũng chính là một hớng tiếp cận của chuyển mạch nhãn, tuy rằng đó không phải là tất cả.
Một nhãn luôn luôn mang ý nghĩa chuyển tiếp và cũng có thể mang ý nghĩa dành tr ớc tài nguyên. Nhãn mang ý nghĩa chuyển tiếp là vì trong một gói tin xác định đơn nhất một entry trong bảng chuyển tiếp đợc duy trì bởi bộ định tuyến, và vì entry chứa thông tin về nơi mà gói tin sẽ đợc chuyển tới. Một nhãn có thể tuỳ chọn cho xử lý dành trứơc tài nguyên, bởi vì entry đợc xác định bởi nhãn có thể tuỳ chọn thông tin liên quan tới tài nguyên mà gói tin cần sử dụng, nh là hàng đợi mà gói tin sẽ đợc đặt vào đó. Khi nhãn mang trong tiêu đề của ATM hoặc FR, nhãn mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp và dành trớc tài nguyên. Khi nhãn mang trong tiêu đề shim, các thông tin liên quan tới tài nguyên sử dụng có thể mã hoá nh một phần của tiêu đề, vì thực chất của tiêu đề shim chỉ mang ý nghĩa chuyển tiếp. Một lựa chọn khác đợc đa ra nhằm sử dụng cả thành phần nhãn và không phải là nhãn của shim cho việc mã hoá thông tin, nh vậy, nhãn sẽ mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp và dành trớc tài nguyên.
Tính đơn giản của thuật toán chuyển tiếp trong chuyển mạch nhãn sử dụng thành phần chuyển tiếp nhãn nhằm mục đích thực hiện các thuật toán này trên phần cứng, vì vậy nó cho phép hiệu năng chuyển tiếp tăng lên mà không yêu cầu các phần cứng phức tạp và đắt.
Một đặc tính quan trọng của thuật toán chuyển tiếp sử dụng chuyển mạch nhãn là LSR có thể thu đợc tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin cũng nh là quyết
định tài nguyên nào mà gói tin có thể sử dụng trong một lần truy nhập bộ nhớ. Điều này đợc thực hiện bởi (a) một entry trong bảng chuyển tiếp chứa tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin và tài nguyên gói tin cần sử dụng. (b) nhãn trong gói tin cung cấp chỉ số tới entry trong bảng chuyển tiếp sẽ đợc sử dụng để chuyển tiếp gói tin. Khả năng thu nhận cả hai thông tin trong một lần truy nhập bộ nhớ sẽ làm cho chuyển mạch nhãn thực sự là một công nghệ có hiệu năng chuyển tiếp cao.
Một vấn đề nữa mà chúng ta cần hiểu rõ, là khi sử dụng chuyển tiếp trao đổi nhãn tổ hợp với khả năng mang nhãn trên một miền rộng của các công nghệ lớp liên kết có ý nghĩa quan trọng- rất nhiều thiết bị khác nhau có thể sử dụng nh bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Ví dụ,việc mang nhãn trong tiêu đề của ATM cho phép trờng chuyển mạch ATM hoạt động nh là một LSR mà không phải thay đổi các chức năng chuyển mạch phần cứng cơ bản, các vấn đề còn lại sẽ đợc xử lí tại phần mềm điều khiển. Tơng tự nh vậy, trong tiêu đề shim đợc mô tả trên đây, shim đặt tại vị trí mà hầu hết các bộ định tuyến đều xử lí đợc bằng phần mềm, và nh vậy bộ định tuyến cũng trở thành bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR.
Thuật toán chuyển tiếp đơn
Trong kiến trúc của các bộ định tuyến thông thờng, các chức năng khác nhau đợc cung cấp bởi thành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến multicast, unicast với kiểu dịch vụ) yêu cầu nhiều thuật toán trong thành phần chuyển tiếp.(Xem trên hình 3.7 ).
Hình 3.7: Các chức năng định tuyến trong bộ định tuyến
Đối với các bộ định tuyến thông thờng, khi bộ định tuyến thực hiện chuyển tiếp các gói tin unicast, nó yêu cầu một quá trình tìm kiếm địa chỉ đích có tiền tố dài dựa trên địa chỉ đích lớp mạng, nếu đó là chuyển tiếp multicast thì các địa chỉ nguồn và giao diện ra sẽ đợc thêm vào làm cơ sở cho quá trình xử lý chuyển tiếp gói tin. Nh vậy, thời gian sử dụng cho quá trình tìm kiếm địa chỉ IP sẽ tăng lên rất nhanh khi số lợng địa chỉ tăng lên kéo theo kích thớc của bảng định tuyến . Một hớng tiếp cận để giải quyết vấn đề này là sử dụng các thuật toán hợp lý trong việc tìm kiếm địa chỉ có tiền tố dài nhất để làm giảm số lần tính toán, tối u hoá tìm kiếm trên cây nhị phân thông qua các hàm trọng số [3]. Định tuyến unicast với kiểu dich vụ Tìm kiếm địa chỉ đích Định tuyến unicast Chức năng
định tuyến Định tuyến multicast
Tìm kiếm địa chỉ đích theo kiểu dịch vụ Tìm kiếm trên cơ sở địa chỉ nguồn, đích, giao diện đến Thuât toán chuyển tiếp
Hình 3.8:Kiến trúc chuyển mạch nhãn
Ngợc lại, thành phần chuyển tiếp trong chuyển mạch nhãn có một số lợng nhỏ các thuật toán chuyển tiếp phức tạp, thành phần chuyển mạch nhãn thờng gồm chỉ một thuật toán dựa trên hoạt động trao đổi nhãn.(Xem trên hình 3.8).
Đây là một điều rất quan trọng để chúng ta phân biệt chuyển mạch nhãn và các kiến trúc định tuyến thông thờng. Khả năng hỗ trợ một miền rộng lớn các chức năng định tuyến trên cùng một thuật toán chuyển tiếp gói đơn nhất là một yếu tố quan trọng của chuyển mạch nhãn và hiệu quả hơn hẳn đối với kiến trúc định tuyến thông thờng (thuật toán sử dụng nhiều bảng chuyển tiếp). Chúng ta sẽ xem xét cụ thể vào chơng sau.
Thành phần chuyển tiếp hỗ trợ đa giao thức
Nh phần trên đã đề cập, chúng ta dễ dàng nhận thấy trong thành phần chuyển tiếp nhãn có hai vấn đề quan trọng. Một là, thành phần chuyển tiếp nhãn không gắn chặt với lớp mạng cụ thể nào, trên cùng một thành phần chuyển tiếp nhãn có thể gắn với IP, IPX, Apple talk. Hai là, thành phần chuyển tiếp nhãn có thể kết hợp với bất kỳ giao thức lớp liên kết nào. Vì vậy, chuyển mạch nhãn là giải pháp đa giao thức.
Các đặc tính của thành phần chuyển tiếp nhãn có thể tổng kết nh sau:
ο Thành phần chuyển tiếp nhãn sử dụng thuật toán chuyển tiếp đơn dựa trên hoạt
động trao đổi nhãn.
ο Nhãn mang trong gói tin là một thực thể có độ dài cố định, không có cấu trúc và
mang ý nghĩa chuyển tiếp và dành trớc tài nguyên.
ο Thành phần chuyển tiếp nhãn không đặt ràng buộc trực tiếp tới các lớp chuyển tiếp
tơng đơng mà thông qua nhãn.
ο Thành phần chuyển tiếp nhãn có thể hỗ trợ các giao thức lớp mạng cũng nh các giao
thức lớp liên kết dữ liệu.