Router lõi xử lý lưu lượng trong nội mạng, không liên quan gì tới các mạng khác. Router lõi phải xử lý một số lượng lưu lượng lớn bên trong một mạng, và chức năng của chúng là thêm vào các luồng thông tin và thực hiện việc phân loại, gửi ngược trở lại các gói tin. Do đó các vung lắp đặt router lõi thường lớn và có dạng lưới. Thông thường các node mạng lắp đặt các vùng router lõi cùng các server để cung cấp các dịch vụ Internet (email server, web server, RADIUS, DNS…). Thêm vào các vùng router lõi cũng thường là các điểm trung tâm cho các các kết nối tới các mạng IP khác (do đó nó còn được gọi là các điểm liên tổng đài (IxPs) hay các NAP công cộng). Trong mạng quốc gia lớn các router lõi còn có thể được phân nhỏ ra thành các sub-router và các router lõi transit. Việc giám sát router lõi bao gồm 4 tham số cơ bản dùng để định nghĩa một lớp dịch vụ: băng thông, trễ, jitter, và độ mất gói.
Để chuyển tải các lưu lượng hỗn hợp của các loại dịch vụ khác nhau, ví dụ cho loại dịch vụ X được định nghĩa mức chất lượng dịch vụ của mỗi luồng lưu lượng và thực hiện điều khiển QoS để thể hiện mức chất lượng đó (điều khiển hàng đợi đa lớp). Quá trình bắt giữ lưu lượng sẽ giám sát lưu lượng đi vào trong router biên ở mỗi luồng
lưu lượng được phân loại bởi việc phối hợp của địa chỉ nguồn và địa chỉ đích ,các đường MPLS, thông tin trong trường DS của header gói tin được dùng để định hướng, giám sát gói tin. Khi gói tin đi vào trong router lõi, nó sẽ sử dụng các thông tin đánh dấu trước đó để thực hiện các đảm bảo liên quan, sau đó được đưa vào hàng đợi tuỳ theo từng lớp chất lượng dịch vụ hay độ ưu tiên của loại dịch vụ mà luồng lưu lượng đó truyền tải. Tại đây các gói tin sẽ được định hướng truyền, thời điểm truyền gói tin sẽ do bộ lập lịch quyết định tuỳ thuộc vào trường ưu tiên trong phần header của gói. Gói tin có độ ưu tiên thấp có thể bị loại bỏ khi có tắc nghẽn xảy ra trong mạng. Router sử dụng nhiều thuật toán, cách thức quản lý để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng: như các thuật toán quản lý hàng đợi, thuật toán lập lịch …
Các router lõi là các router tốc độ cao được ứng dụng trong phần lõi và phần xương sống của mạng IP. Dữ liệu truyền qua các bộ xử lý trung tâm có tốc độ lên tới hàng trăm Gbps. kiến trúc mạng của các router lõi có dạng lưới hoặc liên lưới ngay cả khi kiến trúc của router biên hay router truy nhập có dạng star hay double star.
Nhìn chung hoạt động của router có hai chức năng chính: định tuyến và chuyển gói.
• Trong suốt quá trình định tuyến router thu thập và xử lý thông tin trong cấu
hình mạng và thiết lập ra bảng định tuyến. Bảng này chứa các thông tin được yêu cầu để định hướng và truyền lại gói. Tại các khoảng thời gian 30 đến 60 phút các router sẽ kết nối tới tổng đài và update các bảng định tuyến.
• Trong suốt quá trình định tuyến các router sẽ định tuyến dữ liệu tới cổng vào đi ra đầu ra tương ứng được chỉ định trong bảng định tuyến. Tuỳ thuộc vào loại lưu lượng có độ ưu tiên khác nhau mà các luồng thông tin được đưa ào hàng đợi khác nhau và được lập lịch đưa ra sớm hay muộn. Để chuyển các gói thì đầu tiên các gói phải được đóng gói và địa chỉ hướng chuyển phải được thiết lập trước khi một gói đi vào hàng đợi đầu ra tương ứng. Cuối cùng khi các gói ở đầu ra lại đước đóng gói thêm một lần nữa. Để tránh tắc nghẽn trong mạng các gói sẽ được chớ trong hàng đợi để chờ xử lý. Trong các mạng DS thì các trường precedence của gói sẽ được đọc ra và các gói dữ liệu sẽ tham gia vào hàng đợi được phân theo độ ưu tiên tại các cổng đầu ra tuỳ thuộc vào lớp lưu lượng của nó. Các có chế hàng đợi dựa trên giao thức RSVP như: hàng đợi có độ trễ thấp (LLQ) hay hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ) cũng phục vụ mục đích ưu tiên hoá các gói trong hàng đợi tối thiểu hoá độ trễ truyền dẫn và thời gian xử lý.
Tất cả các hệ thống router yêu cầu 3 thành phần cơ bản để thực hiện 2 chức năng trên:
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc CQS trong Router
• Các thành phần cho xử lý và định hướng lại các gói (phân loại, bộ lọc, hàng
đợi , đánh địa chỉ cho các gói)
• Các card đầu vào và đầu ra, bao gồm cả backplane. Các card và các giao diện
được liên kết nối qua backplane trên cơ sở bus hoặc kiến trúc chuyển mạch. Tóm lại các router là thành phần có bản của mạng, để mạng hoạt động hiệu quả hơn thì ta cần quan tâm nhiều hơn đến khả năng làm việc của các router, do đó các nhà kĩ thuật đang tìm mọi cách để nâng cao khả năng hoạt động và chức năng của router. Có rất nhiều thế hệ router mới ra đời cho phép xử lý các lường lưu lượng đa dạng nhanh hơn và đảm bảo chấ lượng dịch vụ tốt hơn.Việc thiết kế phân phối lưu lượng và điều khiển luồng và cung cấp các tính năng mạng để thoả mãn các yêu cầu về dữ liệu và lưu lượng đa phương tiện trong các loại ứng dụng khác nhau. Việc cung cấp mạng thích hợp có vai trò quan trọng trong việc cung cấp chất lượng dịch vụ QoS cho các yêu cầu của khách hàng bởi nhà cung cấp dịch vụ. Mục đích thiết kế thành phần các router biên là để giám sát mạng tránh các vi phạm cam kết mức dịch vụ (SLA) và việc ăn trộm băng thông. Người sử dụng có thể đưa vào lưu lượng không hợp lệ hoặc vượt quá mức cho phép từ các điểm truy nhập khác nhau gây ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ trong mạng. Do đó lưu lượng ban đầu vào mạng được giám sát điều khiển bởi router lõi. Bộ phân phối và các thành phần điều khiển luồng sẽ giảm bớt tắc nghẽn và việc phân phối không công bằng các tài nguyên mạng. Các router biên sẽ chia sẻ các thông tin tắc nghẽn với các router luồng trên để giữ lại các tài nguyên bị lãng phí trong các miền đường xuống. Việc đánh giá khả năng hoạt động và mở rộng của router biên thông qua các yếu tố:
• Đối với các router lõi phải ấn định tốc độ tối ưu cho mỗi luồng lưu lượng và
trọng số cho các hàng đợi để tối đa hoá lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ của miền mạng. Việc cung cấp phù hợp là rất cần thiết để cung cấp các đường biên cam kết mức dịch vụ như trễ ,khả năng thông qua và độ mất gói cho mỗi người sử dụng.
• Để chắc chắn rằng tất cả các luồng đều nhận được sự chia sẻ của SLA, thì các
luồng của một vùng mạng cần được giám sát để tránh các SLA vi phạm và băng thông bị đánh cắp. Chúng ta cần định nghĩa và phát triển độ thông qua, và độ trễ, độ mất gói và bảo mật giống như các tham số của QoS được thiết kế cho lược đồ giám sát SLA biên –biên để phát hiện các vi phạm dịch vụ.
• Các bộ điều phối lưu lượng tại router biên được xây dựng cơ chế đánh dấu
thông minh và định dạng các gói dựa trên các tham số lớp và tuân theo trạng thái của mạng. Các bộ điều phối sẽ sử dụng các đặc điểm luồng để cung cấp các cách sử dụng tài nguyên tốt hơn và củng cố chất lượng dịch vụ mức ứng dụng.
• Các router biên được thiết kế để phát hiện và điều chỉnh các luồng không thuận lợi gây ra các hiệu năng thấp cho các luồng tương thích như TCP (những luồng được đối xử lại trong suốt thời điểm tắc nghẽn). Các router biên đầu vào sẽ nhân bản thông tin tắc nghẽn tới các router đầu của miền mạng luồng hướng lên trước đó để giảm sự lãng phí tài nguyên tại mạng đường xuống để từ chối không nhận các gói.
Các router biên mở rộng và tương thích được sử dụng để cung cấp khả năng thông qua cao, độ trễ thấp và độ mất gói cho các ứng dụng đa phương tiện hiện hành như IP Telephony, phân phối các dịch vụ media thông qua Internet. Qua sử dụng mô phỏng có thể đánh giá router biên cho các ứng dụng dữ liệu mở rộng như FTP và các ứng dụng nhạy với độ trễ như Telnet và lưu lượng WWW.
2.4 Tổng kết chương
Chương 2 giới thiệu chung về cấu trúc và các tính năng của router. Router là một thiết bị mạng quan trọng tại lớp Internet trong mô hình TCP/IP, chức năng chính của router là định tuyến và chuyển gói tin đến chặng tiếp theo. Chương này cũng giới thiệu về cấu trúc CQS trong router. Cấu trúc này cho phép xử lý các gói tin tại lớp Internet, cải thiện chất lượng dịch vụ và điều khiển tắc nghẽn.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật toán
CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI VÀ CÁC THUẬT TOÁN