Giao thức IP được thiết kế một cỏch đỏng tin cậy để truyền gúi tin đến đớch nhưng lại khụng xột đến thời gian truyền. Thực tế IP là một giao thức theo kiểu phi kết nối (cỏc gúi tin khụng được truyền qua mạng trờn một đường truyền xỏc định).
Hỡnh 3.1: Router IP nỗ lực tối đa
Hỡnh 3.2: Nỗ lực tối đa, khụng cú QoS
Một router thụng thường chỉ cú một vài khối chứ năng cơ bản (xem hỡnh 3.3): Routing module Phương tiện chuyển tiếp Dữ liệu Ma trận chuyển mạch hàng đợiĐầu ra Khỏch hàng / dịch vụ Cỏc hàng đợi với số luợng hạn chế
- khối đa giao diện.
- khối phương tiện chuyển tiếp. - khối phương tiện quản lý.
Giao diện vào chấp nhận cỏc gúi đến từ cỏc router khỏc nhau, và phương tiện chuyển tiếp chuyển cỏc gúi tới giao diện ra phự hợp (dựa vào địa chỉ đớch của mỗi gúi). Mỗi giao diện sau đú sử dụng cỏc cơ chế kết nối riờng biệt để truyền dẫn cỏc gúi tới cỏc router (hoặc host) kế tiếp dọc theo đường dẫn. Khi một router cho rằng nghẽn nội đang tăng lờn một cỏch khụng phự hợp, cỏc gúi cú thể bị loại bỏ hoặc bị đỏnh dấu như là một điều kiện chỉ rừ trạng thỏi này tới cỏc mạng xung quanh nú. Hoạt động của từng gúi trong khối phương tiện chuyển tiếp (chọn giao diện đầu ra và đỏp ứng nghẽn) chủ yếu được điều khiển bởi khối phương tiện quản lý.
Khối chuyển tiếp
Khối quản lý Số liệu thống kờ, bản tin từ cỏc router khỏc Cỏc cập nhật nội bộ
bản tin tới cỏc router khỏc , In put Out put In put In put In put Out put Out put Out put Hỡnh 3.3 Sơ đồ chung của một router IP nỗ lực tối đa
Cho mọi địa chỉ đớch cú thể, tỡm kiếm một tiền tố dài nhất phự hợp được định dạng qua FIB. Nếu một xỏc nhận được tỡm thấy, lối vào phự hợp chỉ cho khối phương tiện chuyển tiếp đõu là giao diện đầu ra cú thể nhận gúi. Nếu khụng tỡm thấy cú nghĩa là gúi bị loại bỏ. Nội dung của FIB phản ỏnh trạng thỏi hiện tại của cấu trỳc mạng IP xung
quanh router, như được xỏc định bởi cỏc giao thức định tuyến IP. Vớ dụ: Mở vựng ngắn nhất đầu tiờn (OSPF) hoặc giao thức cổng phiờn bản 4 (BGP4) - chạy trờn khối phương tiện quản lý.
Chỳ ý: việc biết cấu trỳc mạng xung quanh cho phộp một FIB của chặng kế tiếp nhận được từ cõy đường truyền ngắn nhất tất cả cỏc đớch/tiền tố.
Hỡnh 3.3 là một mụ hỡnh cú tớnh trừu tượng cao. Từ đầu cỏc router điển hỡnh thường cú một CPU trung tõm riờng để điều khiển tất cả cỏc chức năng quản lý và chuyển tiếp gúi. Cỏc router cú được từ sự phỏt triển theo hướng cỏc kiến trỳc phõn tỏn hơn, tất cả cỏc thiết kế nhằm loại bỏ hoặc làm giảm ảnh hưởng của hiện tượng thắt nỳt chai. Trong cỏc router đường trục hiệu suất cao, khối phương tiện chuyển tiếp được phõn phối trong việc thiết lập cỏc card giao diện nối liền với nhau bởi cơ cấu chuyển mạch tốc độ cao hoặc một mặt bằng phớa sau [KLS98][KESH98] [DSRTER]. Tuy nhiờn, tất cả cỏc router cú trỡnh tự cỏc bước chung mà một gúi phải đi qua trong khi xử lý gúi.
Ngày nay, QoS trở nờn quan trọng, việc xử lý chuyển tiếp được thiết kế lại nhằm mang lại nhiều sự chỳ ý hơn trong khi router gửi gúi. Hỡnh 3.4 cung cấp một cỏi nhỡn trừu tượng về quỏ trỡnh xử lý xảy ra trong khối phương tiện chuyển tiếp trong hinh 3.3 Thụng thường, một gúi phải trải qua ba giai đoạn chớnh sau:
- Phõn loại và tỡm kiếm FIB (để thiết lập nhận dạng gúi và nơi nú sẽ đi tới giao diện đầu ra của nú).
- Kiểm soỏt và đỏnh dấu (để tỏc động trở lại nếu gúi khụng dến trong một khung thời gian phự hợp).
- Xếp hàng và lập thời gian biểu (để chuyển tiếp gúi được chấp nhận tới cỏc quy tắc kết nối chia sẻ hay cỏc lưu lượng chia sẻ hay loại bỏ gúi theo cỏc quy tắc điều khiển nghẽn).
Giai đoạn phõn loại gúi sử dụng router để thiết lập trường hợp tổng quỏt cho cỏc gúi đến sau. Mặc dự hầu hết trường hợp đú được sử dụng để thiết lập trạng thỏi điều khiển theo thời gian (kiểm soỏt, đỏnh dấu, xếp hàng và lập lịch), một vài trường hợp thụng thường cú thể được sử dụng để làm giảm quyết định chuyển tiếp. Vớ dụ: một router tiờn tiến cú thể hỗ trợ nhiều FBI (đại diện cho cõy đường dẫn ngắn nhất dựa trờn đơn vị khỏc) và lựa chọn giữa chỳng, bằng cỏch sử dụng cỏc thụng tin khỏc trờn phần tiờu đề của gúi (vớ dụ như địa chỉ nguồn). Một cỏch tương tự hay it nhất là một mối quan hệ đúng, thường tồn tại giữa một trường hợp của gúi (như là thiết lập thụng qua phõn loại gúi) và “loại” gúi (như là nhận biết được trờn một nền tảng end – to – end).
Chỳ ý: Một router cú thể chấp nhận chặng tiếp theo như một phần nội dung của gúi trong suốt quỏ trỡnh xử lý nhưng chi tiết này phụ thuộc vào sự thực hiện cao.
Hỡnh 3.4 phản ỏnh một giả định mà nghẽn chỉ xảy ra tại một giao diện đầu ra. Một kiến trỳc CQS được yờu cầu tại tất cả cỏc điểm nghẽn; cú hoặc khụng cú trong mạng hay router tuy nhiờn kiến trỳc router cũng cú thể cú điểm nghẽn nội (chẳng hạn tại đầu vào trường chuyển mạch hoặc mặt bằng phớa sau) và cũng phải cung cấp hàng đợi và thời gian biểu khỏc biệt tại tất cả cỏc điểm này.
Output Interface
Input Interface
Policing &
Marking Switch Fabric Queuing & Scheduling
Forwarding Table (s) FBI FBI FBI Packet Classification IP header FBI IP payload
Tỡnh huống gúi ảnh hưởng đến quỏ trỡnh sau
Hỡnh 3.4: Sắp xếp từng chặng điều khiển chặng kế tiếp, hàng đợi và lập lịch
Cỏc nhà cung cấp router phõn biệt cỏc sản phẩm của họ dựa trờn giỏ cả đối lập với khả năng thực hiện. Cỏc router nỗ lực tối đa đầu tiờn cung cấp trạng thỏi tỡm kiếm FIB là nỳt cổ chai chung của nú. Tuy nhiờn trong vài năm trở lại đõy, một số thuật toỏn nhanh vượt trội đó được phỏt triển cho việc tỡm kiếm FIB. Thường là hàng triệu tỡm kiếm trờn một giõy trong thiết kế router đầu cuối cao – như vậy cỏc vấn đề liờn quan khụng cũn là vấn đề quan trọng (vớ dụ như “tỡm kiếm IP định tuyến tốc độ cao cú sắp xếp” [FASTIP1] và “bảng chuyển tiếp nhỏ cho tỡm kiếm định tuyến nhanh” [FASTIP2]). Cỏc nhõn tố đó gõy ra cho cỏc nhà cung cấp suy nghĩ xem kiến trỳc của họ thờm yờu cầu xử lý từng gúi vào trong một kiến trỳc CQS. Như cỏc khỏi niệm QoS đó được giới thiệu trờn thị trường nhiều router sẽ được phõn biệt với nhau bởi chỳng thực hiện cỏc thành phần chức năng khỏc nhau như trong hỡnh 3.2. Phụ thuộc vào vai trũ của nú, một router được chờ đợi vận chuyển dịch vụ end – to – end của mạng. Một vài chức năng cú thể khụng được hiện hoàn toàn (như là đa FIB hoặc sắp xếp và đỏnh dấu) hoặc