Trong phần này, chúng tôi sẽ không nhắc lại những khái niệm cơ bản của mọi thiết bị mạng như Router, Switch..., mà chỉ đề cập tới những điểm cần thiết của một số thiết bị:
1- Router
Router tổ chức một mạng lớn thành các network segment logic. Mỗi network segment được gán một địa chỉ, vì thế mỗi gói tin sẽ gồm có cả địa chỉ mạng đích và địa chỉ thiết bị đích. Router cập nhật bảng định vị và sử dụng các thuật toán định tuyến để xác định đường đi hiệu quả nhất để chuyển các gói tin đến đích. Router cũng có thể liên kết các mạng khác loại như giữa mạng Token-ring và Ethernet.
Giao thức sử dụng để gửi dữ liệu qua router phải được thiết kế riêng để hỗ trợ chức năng định tuyến. Do Router xác định đường đi hữu hiệu nên nó thường được sử dụng để kết nối giữa mạng LAN và WAN.
Hoạt động của router dựa vào kiểu giao thức định tuyến của nó (đã được trình bầy ở phần I), có 2 kiểu là định tuyến tĩnh (người quản trị tự cập nhật bảng định tuyến), định tuyến động(có khả năng tự động cập nhật bảng định tuyến, xác định đường đi và tìm đường đi tốt nhất ). Router có 2 nhiệm vụ chính:
+ Tối ưu hoá đường đi
Router sử dụng các thuật toán định tuyến để xác định đường đi tối ưu nhất tới đích. Các thuật toán này duy trì bảng định tuyến chứa các thông tin định tuyến. Thuật toán định tuyến cần có các
yếu tố như tối ưu hoá việc tìm đường, đơn giản hoá và chi phí thấp, tin cậy và hiệu quả, linh hoạt khi cập nhật những thay đổi của bảng định tuyến.
+ Chuyển mạch các gói dữ liệu trên mạng: việc chuyển mạch các gói dữ liệu hoạt động trên lớp Network trong mô hình OSI.
* Đặc điểm của các Router trong mạng ISP
Router trong mạng ISP theo chức năng được chia thành 2 loại, một để kết nối với mạng trục Internet Backbone, một để làm giao diện kết nối về phía khách hàng.
Các Router mạng trục và router truy nhập có một số đặc điểm khác nhau như sau:
+ Backbone router cần thông lượng (packet per second) rất cao, các router truy nhập yêu cầu ở mức cao hoặc trung bình.
+ Backbone router cần số lượng ít các giao tiếp nhưng có tốc độ cao, các router truy cập cần có số lượng lớn các giao tiếp, đa dạng và có tốc độ thấp.
+ Điều khiển lưu lượng: Lưu lượng trong các Backbone router có thể chuyển qua lại giữa bất kỳ giao tiếp nào (any interface-to-any interface); với các router truy cập thường chỉ có 2 chiều từ khách hàng tới trung kế và ngược lại.
Một số đặc tính quan trọng cần xem xét đối với router là:
+ Hiệu năng: Đánh giá hiệu năng của router; các đặc tính về hiệu năng của router được đo bằng pps (packets per second).
+ Khả năng mở rộng.
+ Tính năng quản lý: cung cấp các chức năng quản lý thông qua Web và CLI.
+ Giao thức định tuyến: Giao thức định tuyến của ISP phải tương thích với nhà cung cấp mạng trục. Các giao thức định tuyến thường được dùng trên Internet là RIP, OSPF và BGP-4.
+ Các bộ lọc: Các tính năng về bảo mật cũng là một vấn đề quan trọng, router cần bao gồm các bộ lọc gói đơn giản để hỗ trợ hệ thống Firewall.
+ Cung cấp các giao tiếp LAN và WAN tích hợp cao: Các ISP cần đảm bảo hỗ trợ các yêu cầu kết nối WAN đa dạng của khách hàng với số lượng lớn, các kết nối này có thể là ATM, Packet over SONET, các giao diện T3/E3, T1/E1 tích hợp CSU/DSU...
+ Kết hợp các dịch vụ thuê bao băng rộng, bao gồm cả PPP, VPN... + Cung cấp chức năng Layer 2 Ethernet switching.
+ Các Router cần đảm bảo các tính năng về độ tin cậy, tính sẵn có để đảm bảo độ ổn định, hoạt động liên tục trong môi trường của ISP.
2) Core Switching
Switching kết hợp các đặc điểm thông lượng của bridges với một số tính năng thông minh của router; giống như router, switch chia mạng thành nhiều segment, mỗi segment đều có thể hoạt động độc lập với các segment khác. Switching là làm tăng băng thông và giảm trễ trên mạng.
Switching hoạt động ở lớp 2 (Datalink) giống như Bridge sử dụng địa chỉ MAC nên độc lập với các giao thức mạng. Switching cho tốc độ mạng cao và nhiều ích lợi mới so với giải pháp dùng HUB hay Bridge truyền thống.
Công nghệ Switching hiện tại được chia thành 2 dạng:
+ Packet/Frame switch: Chuyển tiếp các gói dữ liệu mạng LAN Ethernet hay Token Ring giữa các trạm hay segment mạng. Các switch loại này có thể kết nối tới bất kỳ thiết bị mạng nào có giao tiếp như Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring... Các PC, hub, printer, bridge, router... có thể được kết nối thẳng tới switch mà không cần phải thay thế hoặc cấu hình lại giao diện.
+ Cell switching: được biết nhiều nhất là các ATMSwitch, tương tự như Frame switch. ATM switch sử dụng các tế bào có độ dài cố định (53-byte) thay vì độ dài thay đổi của các frame.
* Các công nghệ chuyển tiếp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có 3 phương pháp để chuyển tiếp các frame, mỗi phương pháp đều được tối ưu hoá cho một tình huống sử dụng nhất định:
+ Store-and-Forward/Buffered: Kỹ thuật này đòi hỏi toàn bộ Frame được nhận đủ, lưu trữ trong buffer trước khi được chuyển tiếp đi, do vậy switch có thể kiểm tra các frame trước khi chuyển tiếp lên mạng. Do các frame có độ dài thay đổi và toàn bộ frame phải được nhận đủ lên thời gian trễ sẽ biến đổi và dài hơn. Phương pháp này thích hợp cho các kết nối backbone của mạng do đảm bảo các frame lỗi không được truyền sang các segment khác, được dùng khi switch có các kết nối tốc độ khác nhau. Nhược điểm của phương pháp này là không phù hợp cho các lưu thông thời gian thực.
+ Cut-Through/Fast-Forwarding/"On-the-Fly.": Switch chỉ đọc phần địa chỉ đích của frame rồi chuyển tiếp ngay dữ liệu tới đích tương ứng, do vậy phương pháp này có độ trễ cố định, Switch coi các frame đều tốt và không có xung đột. Cách duy nhất để đảm bảo các frame hợp lệ là mỗi segment chỉ có duy nhất 1 user. Kỹ thuật Cut-through thường được dùng ở các mạng nhỏ.
Adaptive Cut-Through là phương pháp hoạt động theo chế độ cut-through khi mức độ lỗi dưới một ngưỡng nào đó, và chuyển sang store-and-forward khi lỗi quá lớn. Điểm mạnh của phương pháp này là kết hợp được tốc độ của cut-through và thời gian trễ của store-and-forward.
+ Fragment-Free: Một phương pháp ít phổ biến hơn là fragment-free, hoạt động giống như cut-through nhưng lưu trữ 64 byte đầu của mỗi packet trước khi gửi đi do phần lớn các lỗi và xung đột đều xảy ra ở 64 byte đầu tiên của gói.
Có 3 cấu hình phổ biến nhất trong thiết kế của Switch (Switching Fabric):
+ Shared-memory: Lưu giữ mọi gọi tin tới của tất cả các cổng trong 1 bộ nhớ đệm chung đặt bên trong kiến trúc fabric, sau đó gửi đi ở cổng đích tương ứng. Kiến trúc này tốn ít bộ nhớ hơn so với kiến trúc bộ nhớ riêng.
+ Ma trận (Crossbar): Sử dụng một ma trận chéo các cổng vào và ra để chuyển tiếp dữ liệu với tốc độ cao. Crossbar có khả năng cân tải giữa các cổng, có băng thông và thông lượng cao.
Tuy nhiên, các switch Crossbar có những hạn chế khi có các Broadcast và Multicast hoặc Broadcast và Unicast xảy ra đồng thời, không có Unicast nào được truyền khi đang có các Broadcast hoặc Multicast xẩy ra.
+ Kiến trúc BUS: Một Bus chung được chia sẻ cho tất cả các cổng sử dụng TDMA, Switch loại này thường có các bộ đệm riêng cho mỗi cổng và có bộ điều khiển cho Internel Bus. Tất cả các cổng đều phải truy cập vào Bus chung này do chỉ có 1 bus duy nhất.
* Các loại Switch
+ Layer 2 Switch: Layer 2 Switch sử dụng địa chỉ MAC để chuyển tiếp dữ liệu giống như Bridge những cho phép chuyển mạch song song tại phần cứng. Các switch này có thể cho người quản trị mạng chia mạng thành các mạng LAN ảo (VLAN). VLAN giúp các thay đổi dễ dàng hơn, tăng hiệu năng, giảm các broadcast trên mạng, và tăng cường tính bảo mật.
+ Layer 3 Switch: Layer 3 switch (cũng được gọi là routing switch, switching router, hay multilayer swưitchs) hoạt động tại lớp Network-OSI, và thường được thay thế các router trong mạng. Các Layer 3 switch thực hiện các công việc đối với gói dữ liệu giống như router truyền thống như xác định định tuyến gói, chuyển tiếp gói dựa trên thông tin lớp 3, kiểm tra độ toàn vẹn dữ liệu, áp dụng một số chính sách lọc.. nhưng có tốc độ cao hơn nhiều.
Các Layer 3 switch thường không có các chức năng đa giao thức hay khả năng lọc cao cấp của router, tuy nhiên các tính năng này bắt đầu đang được tích hợp nhanh chóng trong các công nghệ Switch. Layer 3 switch vừa hoạt động với địa chỉ MAC addresses, cũng có thể xem xét các địa chỉ IP và chuyển tiếp gói tương ứng. Được thiết kế để quản lý các lưu thông LAN tốc độ cao, Layer 3 switch có thể được sử dụng ở bên trong mạng lõi hay backbone, thay thế cho các router truyền thống. Layer 3 switch giao tiếp với các WAN router sử dụng các giao thức định tuyến tiêu chuẩn như RIP hay OSPF.
+ Layer 4-7 Switch: Các Switch Layer 4 cung cấp các chức năng cân bằng tải và caching rất tốt, nó có thể xem xét luồng dữ liệu thuộc về ứng dụng nào và cung cấp một lớp các dịch vụ tương ứng. Layer 4 là lớp truyền tải trong mô hình OSI, sử dụng số hiệu cổng TCP/UDP để truyền gói dữ liệu.
* Switch và Router
Hầu hết các switch Layer 3 đều có chức năng IP routing nhưng không phải là giải pháp đa giao thức, do vậy Switch Layer 3 không thể thay thế được router trong môi trường đa giao thức và ở môi trường WAN. Các router multiport, multimedia, multiprotocol (backbone router) dùng kết hợp với switch Layer 3, chia mạng thành các mạng con logic và có thể truy nhập vào mạng trục hay tài nguyên chung. Thông thường ta thường dùng nguyên tắc “sử dụng switch khi có thể, sử dụng router khi bắt buộc” để thiết kế mạng.
* Lựa chọn Core switching cho mạng
Các LAN switch hiện cạnh tranh rất đa dạng trên thị trường, bên cạnh các đặc điểm chung, chúng có những ưu điểm riêng của từng nhà sản xuất. Việc thiết kế mạng ISP nói chung quan tâm tới các Backbone Switch (Core, Enterprise switch), Gigabit Ethernet switch được đặt tại phần lõi của mạng, backbone switch thường kết nối tới các máy chủ hay các backbone switch, workgroup switch khác; là thành phần quan trọng trong mạng ISP. Chúng thường được sử dụng thay cho các backbone router, cho tốc độ cao hơn, giảm trễ, và linh hoạt hơn do sử dụng VLAN.
Nói chung, cần lựa chọn Backbone switch với các đặc điểm như sau:
- Cấu trúc Modular với các module hot-swappable, sử dụng các công nghệ đảm bảo tính sẵn có, dư thừa như Redundant Switching Fabric, Dual power supply, Hotswap...
- Hỗ trợ nhiều giao diện, có các module như FastEtherrnet, ATM, FDDI hay Gigabit Ethernet, với công nghệ hiện có thì GigabitEthernet thường là yêu cầu bắt buộc đối với Backbone Switch.
- Khả năng mở rộng của Switch.
- Hỗ trợ số lượng lớn người sử dụng và VLAN, các tính năng quản lý. - Dung lượng bộ nhớ đệm lớn.
- Hỗ trợ giao thức STP, nhiều phương pháp chuyển tiếp dữ liệu khác nhau... - Multiprotocol Routing (Layer3 switch).
- Load Balancing, Link aggregation. - Khả năng quản lý lưu thông.
Thêm nữa, cần lưu ý tới một số công nghệ dưới đây khi chọn Switch cho mạng core của ISP: + Kiến trúc Non-Blocking: Kiến trúc phần cứng có thể là loại blocking hoặc non-blocking. Một kiến trúc blocking không thể có được băng thông full-duplex, tức là bus không thể quản lý nămg thông tổng cộng trên các cổng theo lý thuyết , Non-blocking là khả năng bên trong thiết bị đáp ứng được yêu cầu băng thông full-duplex, do vậy nếu có một đường link quá tải, nó sẽ không ảnh hưởng tới các đường link khác trong cùng switch đó.
+ Multi-Layer Switch: Cho phép thay thế các Core Router đắt tiền, có hiệu năng cao hơn. + Quality of Service (QoS): Đảm bảo chất lượng dịch vụ bằng cách sử dụng các giao thức báo hiệu hay policy-base, cho phép đảm bảo băng thông cho những ứng dụng quan trọng.
+ Link aggregation: Cho phép kết hợp một số đường link tạo thành một nhóm đường link tốc độ cao hơn tới Server Farm....
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});