Ngày nay, yờu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đó thỳc đẩy sự phỏt triển nhanh chúng của thị trường cụng nghệ điện tử - tin học - viễn thụng. Những xu hướng phỏt triển cụng nghệ đó và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phộp mạng lưới thỏa món tốt hơn cỏc nhu cầu của khỏch hàng trong tương lai.
Theo ITU, cú hai xu hướng tổ chức mạng chớnh :
-Hoạt động kết nối định hướng (CO -Connection Oriented Operation) -Hoạt động khụng kết nối (CL – Connectionless Operation)
Trong hoạt động kết nối định hướng, cỏc cuộc gọi được thực hiện với trỡnh tự : gọi số – xỏc lập kết nối – gửi và nhận thụng tin – kết thỳc. Trong kiểu kết nối này, cụng nghệ ATM phỏt triển cho phộp đẩy mạnh cỏc dịch vụ băng rộng và nõng cao chất lượng dịch vụ. Hoạt động khụng kết nối dựa trờn giao thức IP như việc truy cập Internet khụng yờu cầu việc xỏc lập trước cỏc kết nối , vỡ vậy chất lượng dịch vụ cú thể khụng hoàn toàn đảm bảo như trường hợp trờn. Tuy nhiờn do tớnh đơn giản, tiện lợi với chi phớ thấp, cỏc dịch vụ thụng tin theo phương thức CL phỏt triển rất mạnh mẽ theo xu hướng nõng cao chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với cỏc dịch vụ thụng tin theo phương thức CO.
Tuy vậy, hai phương thức phỏt triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn đến sự ra đời cụng nghệ ATM/IP. Sự phỏt triển mạnh mẽ của cỏc dịch vụ và cỏc cụng nghệ mới tỏc động trực tiếp đến sự phỏt triển cấu trỳc mạng.
Hỡnh 2-19 Cỏc xu hướng phỏt triển trong cụng nghệ mạng
2.4.1. IP
Sự phỏt triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhõn của thuờ bao Internet đó là một thực tế khụng cũn ai cú thể phủ nhận. Hiện nay lượng dịch vụ lớn nhất trờn cỏc mạng đường trục trờn thực tế đều là từ IP. Trong cụng tỏc tiờu chuẩn húa cỏc loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đó trở thành trọng điểm của cụng tỏc nghiờn cứu.
IP là giao thức chuyển tiếp gúi tin. Việc chuyển tiếp gúi tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đỏnh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và cỏc chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gúi tin IP gồm địa chỉ của bờn nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thụng tin cần cho việc chuyển gúi tới đớch.
Cơ cấu định tuyến cú nhiệm vụ tớnh toỏn đường đi tới cỏc nỳt trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật cỏc thụng tin về topo mạng, thụng tin về nguyờn tắc chuyển tin (như trong BGP) và nú phải cú khả năng hoạt động trong mụi trường mạng gồm nhiều nỳt. Kết quả tớnh toỏn của cơ cấu định tuyến được lưu trong cỏc bảng chuyển tin (forwarding table) chứa
thụng tin về chặng tiếp theo để cú thể gửi gúi tin tới hướng đớch.
Dựa trờn cỏc bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch cỏc gúi IP hướng tới đớch. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cỏch này, mỗi nỳt mạng tớnh toỏn mạng chuyển tin một cỏch độc lập. Phương thức này, do vậy, yờu cầu kết quả tớnh toỏn của phần định tuyến tại tất cả cỏc nỳt phải nhất quỏn với nhau. Sự khụng thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gúi tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gúi tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Vớ dụ, với phương thức này, nếu cỏc gúi tin chuyển tới cựng một địa chỉ đi qua cựng một nỳt thỡ chỳng sẽ được truyền qua cựng một tuyến tới điểm đớch. Điều này khiến cho mạng khụng thể thực hiện một số chức năng khỏc như định tuyến theo đớch, theo dịch vụ.
Tuy nhiờn, bờn cạnh đú, phương thức định tuyến và chuyển tin này nõng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phộp mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thụng qua việc cập nhật thụng tin về trạng thỏi kết nối. Với cỏc phương thức như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kớch thước của bản tin được duy trỡ ở mức chấp nhận được, và do việc tớnh toỏn định tuyến đều do cỏc nỳt tự thực hiện, mạng cú thể mở rộng mà khụng cần bất cứ thay đổi nào.
Túm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gúi cú độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiờn, việc điều khiển lưu lượng rất khú thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khỏc, IP cũng khụng hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
2.4.2. ATM
Cụng nghệ ATM dựa trờn cơ sở của phương phỏp chuyển mạch gúi, thụng tin được nhúm vào cỏc gúi tin cú chiều dài cố định, ngắn; trong đú vị trớ của gúi khụng phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trờn nhu cầu bất kỳ của kờnh cho trước. Cỏc chuyển mạch ATM cho phộp hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khỏc nhau.
ATM cú hai đặc điểm quan trọng :
Thứ nhất, ATM sử dụng cỏc gúi cú kớch thước nhỏ và cố định gọi là cỏc tế bào ATM , cỏc tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với cỏc dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kờnh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.
Thứ hai, ATM cú khả năng nhúm một vài kờnh ảo thành một đường ảo nhằm giỳp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khỏc với định tuyến IP ở một số điểm. Nú là cụng nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thụng tin được gửi đi. ATM yờu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhõn cụng hoặc thiết lập một cỏch tự động thụng qua bỏo hiệu. Mặt khỏc, ATM khụng thực hiện định tuyến tại cỏc nỳt trung gian. Tuyến kết nối xuyờn suốt được xỏc định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quỏ trỡnh thiết lập kết nối, cỏc tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhón. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyờn và xõy dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này cú tớnh cục bộ và chỉ chứa thụng tin về cỏc kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khỏc với thụng tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dựng IP.
chuyển gúi tin qua router. Tuy nhiờn, ATM cú thể chuyển mạch nhanh hơn vỡ nhón gắn trờn cell cú kớch thước cố định (nhỏ hơn của IP), kớch thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hện trờn cỏc thiết bị phần cứng chuyờn dụng. Do vậy, thụng lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thụng lượng của IP router truyền thống.
2.4.3. IP over ATM
Hiện nay, trong xõy dựng mạng IP, cú đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/ SONET, IP over WDM và IP over Fiber. Cũn kỹ thuật ATM, do cú cỏc tớnh năng như tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng, … mà cỏc mạng lưới dựng bộ định tuyến truyền thống chưa cú, nờn đó được sử dụng rộng rói trờn mạng đường trục IP. Mặt khỏc, do yờu cầu tớnh thời gian thực cũn tương đối cao đối với mạng lưới, IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiờn hiện nay. Cho nờn việc nghiờn cứu đối với IP over ATM vẫn cũn rất quan trọng. Mà MPLS chớnh là sự cải tiến của IP over ATM kinh điển, cho nờn ở đõy chỳng ta cần nhỡn lại một chỳt về hiện trạng của kỹ thuật IP over ATM.
IP over ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nú xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lờn ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chỳng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thụng. Điều đú hiện nay trờn thực tế đó được ứng dụng rộng rói. Nhưng trong tỡnh trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chúng, cỏch xếp chồng đú cũng gõy ra nhiều vần đề cần xem xột lại.
Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập cỏc liờn kết PVC tại N điểm nỳt, tức là cần thiết lập mạng liờn kết. Như thế cú thể sẽ gõy nờn vấn đề bỡnh phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liờn kết giữa cỏc điểm nỳt, số việc phải làm
( như số VC, lượng tin điều khiển) đều cú cấp số nhõn bỡnh phương của N điểm nỳt. Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đú sẽ làm cho mạng lưới quỏ tải.
Thứ hai là, phương thức xếp chồng sẽ phõn cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), cỏc LIS trờn thực tế đều là ở trong một mạng vật lý. Giữa cỏc LIS dựng bộ định tuyến trung gian để liờn kết, điều này sẽ cú ảnh hưởng đến việc truyền nhúm gúi tin giữa cỏc LIS khỏc nhau. Mặt khỏc, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gõy hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng.
Hai điểm nờu trờn đều làm cho IP over ATM chỉ cú thể dựng thớch hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xớ nghiệp,…, nhưng khụng thể đỏp ứng được nhu cầu của mạng đường trục Internet trong tương lai.Trờn thực tế, hai kỹ thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kộm về khả năng mở rộng thờm.
Thứ ba là, trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn khụng cú cỏch nào đảm bảo QoS thực sự.
Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riờng lẻ, khụng xột gỡ đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thụng giữa hai bờn phải dựa vào một loạt giao thức phức tạp, cựng với cỏc bộ phục vụ xử lý cỏc giao thức này. Cỏch làm như thế cú thể gõy ảnh hường khụng tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục.
Cỏc kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – đa giao thức trờn ATM) LANE (LAN Emulation – Mụ phỏng LAN)… cũng chớnh là kết quả nghiờn cứu để giải quyết cỏc vấn đề đú, nhưng cỏc giải thuật này đều chỉ giải quyết được một phần cỏc tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn. Phương thức mà cỏc kỹ thuật này dựng vẫn là phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn khụng đủ. Hiện nay đó xuất hiện một loại kỹ thuật IP over ATM khụng dựng
phương thức xếp chồng, mà dựng phương thức chuyển mạch nhón, ỏp dụng phương thức tớch hợp. Kỹ thuật này chớnh là cơ sở của MPLS.
2.4.4. MPLS
Đối với cỏc nhà thiết kế mạng mà núi, sự phỏt triển nhanh chúng, sự mở rộng khụng ngừng của mạng Internet, sự tăng vọt của lượng dịch vụ cũng như sự phức tạp của cỏc loại hỡnh dịch vụ , đó dần dần làm cho mạng viễn thụng hiện tại khụng cũn kham nổi. Một mặt, cỏc nhà khai thỏc than phiền khú kiếm được lợi nhuận, nhưng mặt khỏc thỡ thuờ bao lại kờu ca là giỏ cả quỏ cao, tốc độ quỏ chậm. Thị trường bức bỏch đũi hỏi cú một mạng tốc độ cao hơn, giỏ cả thấp hơn. Đõy là nguyờn nhõn căn bản để ra đời một loạt cỏc kỹ thuật mới, trong đú cú MPLS.
Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN), hay là IP đạt thanh cụng lớn trờn thị trường hiện nay, đều tồn tại nhược điểm khú khắc phục được. Sự xuất hiện của MPLS
– kỹ thuật chuyển mạch nhón đa giao thức đó giỳp chỳng ta cú được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trỳc mạng thụng tin tương lai. Phương phỏp này đó dung hợp một cỏch hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tớnh linh hoạt của bộ định tuyến. Hiện nay càng cú nhiều người tin tưởng một cỏch chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương ỏn lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lai.
MPLS tỏch cức năng của IP router làm hai phần riờng biệt : chức năng chuyển gúi tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gúi tin, với nhiệm vụ gửi gúi tin giữa cỏc router, sử dụng cơ chế húan đổi nhón tương tự như ATM. Trong MPLS, nhón là một số cú độ dài cố định và khụng phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật húan đổi nhón về bản chất là việc tỡm nhón của một gúi tin trong một bảng cỏc nhón để xỏc định tuyến của gúi và nhón mới
của nú. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gúi tin theo kiểu thụng thường, và do vậy, cảithiện được khả năng của thiết bị. Cỏc router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch Router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm cỏc giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phõn phối thụng tin giữa cỏc LSR, và thủ tục gỏn nhón để chuyển thụng tin định tuyến thành cỏc bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS cú thể hoạt động được với cỏc giao thức định tuyến Internet khỏc như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Bateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phộp thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của cỏc tuyến là hoàn toàn khả thi. Đõy là một điểm vượt trội của MPLS so với cỏc định tuyến cổ điển.
Ngoài ra, MPLS cũn cú cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting). Do MPLS là cụng nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn cỏc cụng nghệ khỏc. Trong khi đú, cỏc dịch vụ tớch hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yờu cầu dung lượng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng khụng phụ thuộc vào cơ cấu khụi phục lỗi của lớp vật lý bờn dưới.
Bờn cạnh độ tin cậy, cụng nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo cỏc luồng thụng tin, cỏc gúi tin thuộc một FEC cú thể được xỏc định bởi một giỏ trị của nhón. Do vậy, trong miền MPLS, cỏc thiết bị đo lưu lượng mạng cú thể dựa trờn nhón để phõn loại cỏc gúi tin. Lưu lượng đi qua cỏc tuyến chuyển mạch nhón (LSP) được giỏm sỏt một cỏch dễ dàng dựng RTFM ( Real-Time Flow Measurement). Bằng cỏch giỏm sỏt lưu lượng tại cỏc LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phỏt hiện và vị trớ xảy ra nghẽn lưu lượng cú thể được xỏc định nhanh chúng. Tuy nhiờn, giỏm sỏt lưu lượng theo phương phỏp này khụng đưa ra được toàn bộ thụng tin về chất lượng dịch vụ (vớ dụ như trễ từ điểm đầu đến
điểm cuối của miền MPLS).
Túm lại, MPLS là một cụng nghệ chuyển mạch IP cú nhiều triển vọng. Với tớnh chất cơ cấu định tuyến của mỡnh, MPLS cú khả năng nõng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bờn cạnh đú, thụng lượng của mạng sẽ được cải thiện một cỏch rừ rệt. Tuy nhiờn, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn cú thể khiến việc triển khai MPLS trờn mạng Internet bị chậm lại.
2.2. Bảng so sỏnh giữa cỏc cụng nghệ Cụng nghệ IP ATM MPLS Bản chất - Là một giao - Sử dụng gúi tin cú - Tớch hợp ATM và IP. Cụng nghệ thức chuyển mạch gúi cú độ tin cậy và khả chiều dài cố định 53 byte gọ là tế bào (cell).
- Chuyển gúi tin trờn cơ sở nhón qua cỏc đường chuyển mạch nhón LSP năng mở rộng cao.-Do phương - Nguyờn tắc định tuyến : chuyển đổi VPI/VCI - Cú thể ỏp dụng trờn nhiều mụi trường mạng khỏc nhau như IP, ATM, Ethernet, FR… thức định tuyến theo từng chặng nờn điều -Nền tảng phần cứng tốc độ cao khiển lưu lượng rất khú thực hiện. Ưu điểm -Đơn giản, hiệu
quả
- Tốc độ chuyển mạch
- Tớch hợp cỏc chức năng định tuyến, đỏnh
cao, mềm địa chỉ, điều khiển dẻo, hỗ trợ
QoS theo yờu cầu - Khả năng mở rộng tốt -Tỉ lệ giữa chất lượng và giỏ thành cao. -Kết hợp giữa IP và ATM cho phộp tận dụng tối đa thiết bị, nõng