3.6. H OT NG CAM NG CHUY NM CH ATM
4.1. G II THI UT NG QUAN
ngu n c a chỳng, h ng đ n đớch cu i thụng qua cỏc node trung gian; Thi t b ph n c ng chuyờn dựng đ c g i
Ti n trỡnh đnh tuy n th ng ch h ng đi ph i d a vào b n, đú là b ng ch a nh ng l trỡnh t t nh t đ n cỏc đớch khỏc nhau trờn m ng. Vỡ v y vi c xõy d ng b ng đnh tuy n đ c t ch c trong b nh c a router, tr nờn vụ cựng quan tr ng cho vi c đnh tuy n hi u qu .
nh tuy n là m t cụng vi c quan tr ng trong quỏ trỡnh truy n tin trong m ng thụng tin. Nú đ c th c hi n t ng m ng (t ng 3 theo mụ hỡnh tham chi u OSI). M c đớch c a đnh tuy n là ch n đ ng đ chuy n thụng tin c a ng i s d ng t đi m ngu n đ n đi m đớch trong mụi tr ng liờn m ng.
Quỏ trỡnh đ nh tuy n bao g m hai ho t đ ng chớnh, đú là: xỏc đnh đ ng truy n (path determination) và chuy n ti p thụng tin (forwarding) theo đ ng đú (cũn đ c g i là switching). Vi c truy n thụng tin đi theo con đ ng đó ch n cú th núi là khỏ đ n gi n, trong khi đú, vi c xỏc đnh đ ng truy n ph c t p h n r t nhi u.
Trong cỏc m ng thụng tin khỏc nhau, vi c xỏc đnh đ ng truy n c ng di n ra khỏc nhau. Tuy nhiờn, cỏch xỏc đnh đ ng truy n nào c ng bao g m hai cụng vi c c b n:
Th nh t là thu th p và phõn phỏt thụng tin v tỡnh tr ng c a m ng (vớ d nh tr ng thỏi đ ng truy n, tỡnh tr ng t c ngh n...) và c a thụng tin c n truy n (vớ d nh l u l ng, yờu c u d ch v ...). Cỏc thụng tin này s đ c s d ng làm c s cho vi c xỏc đnh đ ng truy n.
Th hai là ch n ra đ ng truy n kh d ng (c ng cú th là đ ng truy n t i u) d a trờn cỏc thụng tin tr ng thỏi trờn. ng truy n kh d ng là đ ng truy n tho món m i yờu c u c a thụng tin c n truy n (vớ d : t c đ ) và đi u ki n c a m ng (vớ d : kh n ng c a đ ng truy n). Cũn đ ng truy n t i u (theo m t tiờu chu n nào đú) là đ ng truy n t t nh t trong nh ng đ ng truy n kh d ng.
Trong m i m ng thụng tin, cú th s d ng m t trong hai ki u chuy n ti p :(forwarding) h ng k t n i (connection-oriented) và phi k t n i (connectionless).
L p m ng dựng b ng đnh tuy n đ g i cỏc gúi t m ng ngu n t i m ng đớch. Sau khi cỏc router xỏc đnh đ ng d n s dựng, nú x lý chuy n ti p cỏc gúi. Nú l y gúi đ c ch p nh n trờn m t giao ti p và chuy n đ n giao ti p khỏc là b t đ u c a đ ng d n t t nh t đ đ a gúi đ n đớch.
Hỡnh 4-1: B ng đnh tuy n IP
M t b ng đnh tuy n bao g m cỏc đ a ch m ng đớch và c p hop (đo n n i gi a hai node) k ti p. M t m c trong b ng đnh tuy n hỡnh v trờn ch ra r ng đ đ n m ng 172.31.0.0, gúi nờn g i ra giao ti p S0…
Cỏc thụng tin v b ng đnh tuy n đ c ch a trong RAM/DRAM c a router. Cỏc thụng tin v đ ng đi đ n m ng (hay nhúm m ng) n m trong m t dũng c a b ng đnh tuy n và cũn đ c g i là th c th trong b ng đnh tuy n.
Vi c xõy d ng cỏc th c th trong b ng đ nh tuy n cú th do tr c ti p ng i qu n tr m ng ho c t nú xõy d ng nờn khi thu th p thụng tin t m ng (thụng qua giao th c đnh tuy n).
Khi cỏc giao di n c a router đ c kớch ho t và gỏn đa ch IP. Router s nh n bi t cỏc m ng đú .
Thụng tin v đnh tuy n t nh đ c cung c p t ng i qu n lý m ng thụng qua cỏc thao tỏc nh p b ng tay vào trong c u hỡnh c a router. Ng i qu n tr ph i c p nh t cỏc ch m c b t c khi nào ki n trỳc m ng b thay đ i.
nh tuy n t nh cú u đi m là cho phộp b n ch ra thụng tin mà b n mu n bi u l v cỏc m ng b gi i h n, do đú làm t ng tớnh b o m t c a thụng tin.
nh tuy n t nh đ c s d ng hi u qu trong m ng nh , cỏc tuy n đ n, cỏc h th ng đnh tuy n khụng c n trao đ i cỏc thụng tin tỡm đ ng c ng nh c s d li u đnh tuy n.
K thu t đ nh tuy n t nh b c l m t s nh c đi m nh : quy t đnh đnh tuy n khụng d a trờn s đỏnh giỏ l u l ng và topo m ng hi n th i. Trong m ng IP cỏc router khụng th phỏt hi n ra cỏc router m i, chỳng cú th chuy n gúi tin t i cỏc router đ c ch đnh c a nhà qu n lý m ng.
nh tuy n đ ng cú ngh a là cỏc router s t đ ng thu th p thụng tin v tỡnh tr ng c a m ng và t đ ng xõy d ng nờn th c th trong b ng đnh tuy n. Cỏc router s trao đ i thụng tin đ chỳng t quy t đnh vi c xõy d ng th c th trong b ng đnh tuy n.
Ph ng phỏp này cú l i th khi m ng ph c t p. nh tuy n đ ng đem đ n s linh ho t, cú th thớch ng v i vi c thay đ i topo m ng ho c l u l ng thay đ i. Thụng tin đnh tuy n c p nh t vào trong b ng đnh tuy n c a cỏc nỳt m ng tr c tuy n, và đỏp ng th i gian th c nh m trỏnh t c ngh n c ng nh t i u hi u n ng m ng.
S thành cụng c a đ nh tuy n đ ng tựy thu c vào hai ch c n ng router c b n: - Duy trỡ m t b ng đnh tuy n.
- Phõn tỏn tri th c m ng theo đnh k , d i d ng c p nh t đnh tuy n, cho cỏc router khỏc.
nh tuy n đ ng d a vào m t giao th c đnh tuy n đ chia s tri th c m ng cho cỏc router. M t giao th c đ nh tuy n đ nh ra m t t p nguyờn t c đ c ỏp d ng vào m i router khi nú thụng tin v i cỏc router lỏng gi ng.
Giao th c đ nh tuy n là m t t p cỏc qui t c v vi c trao đ i thụng tin đnh tuy n và l a ch n đ ng đi đ c coi là “ng n nh t”.
Hỡnh 4-2: Kho ng cỏch trong cỏc đ n v đo l ng
Hỡnh 4-3:Cỏc thành ph n đo l ng đnh tuy n Cỏc tham s đ c tớnh đ n khi ch n đ ng đi ng n nh t bao g m:
- S l ng b c nh y (Hop count). - B ng thụng (Bandwidth). - T i (Load).
- tin c y (Reliability). - tr (Delay).
a s cỏc thu t toỏn đ nh tuy n đ c x p vào 2 lo i sau: - Vector - kho ng cỏch (Distance-vector).
- Tr ng thỏi đ ng liờn k t (Link-state).
H th ng đnh tuy n là m t thi t b l p 3 trong mụ hỡnh OSI. Nú cú hai ch c n ng c b n là: đnh tuy n và chuy n gúi tin IP. Quỏ trỡnh đnh tuy n t p h p cỏc thụng tin v c u trỳc m ng t đú t o ra m t b ng đnh tuy n. Quỏ trỡnh chuy n gúi sao chộp m t gúi t giao di n đ u vào t i m t giao di n đ u ra thớch h p d a trờn thụng tin ch a trong b ng chuy n chuy n ti p gúi (forwarding table). B t k h th ng đnh tuy n nào đ u cú 4 ph n t c b n: cỏc ph n m m đnh tuy n, quỏ trỡnh x lý gúi, m t ma tr n chuy n m ch và card đ ng truy n. i v i cỏc h th ng đnh tuy n trong m ng lừi Internet, b n ph n t này ph i cú hi u qu t ng đ ng.
Hỡnh 4-4: C u trỳc c a h th ng đ nh tuy n thụng th ng.
B x lý chớnh thi hành ph n m m đnh tuy n, ph n m m này th c hi n cỏc ch c n ng đnh tuy n đ ng th i duy trỡ thụng tin v c u trỳc m ng Internet thụng qua giao th c đnh tuy n. Ma tr n chuy n m ch th c hi n vi c chuy n gúi b ng cỏch s d ng b x lý chuy n gúi (forwarding processor), b x lý này th ng là m t ASIC đ c t i u đ th c hi n nhi m v c th v i t c đ cao. Ngoài ra h th ng đ nh tuy n th ng xuyờn duy trỡ m t b ng khỏc g i là b ng chuy n gúi, b ng này cú trong cỏc b mỏy chuy n gúi (FE-Forwarding Engine). FE th c hi n cỏc cụng vi c bao g m đ c đa ch đớch t tiờu đ gúi, th c hi n tỡm ki m tuy n, tỡm ti n t phự h p dài nh t và chuy n gúi đ n giao di n đ u ra đó đ c xỏc đnh. V c b n, b ng chuy n gúi b t ngu n t b ng đnh tuy n nh ng nú ớt đ c c p nh t h n. B ng đnh tuy n đ c duy trỡ b i ph n m m đnh tuy n, ph n m m này th c hi n x lý t ng đ i ch m trong khi c p nh t b ng. Khi b ng đó đ c c p nh t, b n sao c a nú s đ c chuy n đ n b mỏy chuy n gúi. B n sao này cú th là m t ph n c a b ng đnh tuy n ho c cú th đ c bi n đ i đ phự h p v i phiờn b n nh h n. Ma tr n chuy n m ch là thành ph n c t y u c a m t b mỏy chuy n ti p gúi. V b n ch t, m t h th ng đ nh tuy n bao g m b mỏy đnh tuy n và s d ng CPU chớnh đ ti n hành cỏc ho t đ ng ph c t p h n nh th c hi n cỏc giao th c đnh tuy n, cỏc đ c đi m k thu t l u l ng (traffic engineering features), đ m b o QoS, bi n đ i tiờu đ gúi tr c khi truy n đi và cỏc đ c đi m d a trờn cỏc ph n m m khỏc c a h th ng đnh tuy n.
1. Ch p nh n gúi đ n t đ ng đ u vào
2. Tỡm ki m đa ch đớch c a gúi trong b ng chuy n ti p đ xỏc đnh c ng đ u ra
3. X lý tiờu đ gúi tin: Tớnh toỏn ph n tiờu đ gúi vớ d nh T ng giỏ tr tr ng TTL, c p nh t checksum trong tiờu đ
4. Chuy n m ch: G i gúi đ n c ng đ u ra 5. m: L u đ m gúi trong hàng đ i
Hỡnh 4.5: Quỏ trỡnh x lý m t gúi tin trong Router
Qua nhi u n m, cú r t nhi u c u trỳc khỏc nhau s d ng cho cỏc h th ng đnh tuy n. Cỏc c u trỳc đ c l a ch n d a trờn nhi u y u t , bao g m giỏ thành, s c ng, ch t l ng c n thi t và cụng ngh hi n t i trong m ng. Vi c ch t o chi ti t cỏc h th ng đnh tuy n th ng m i th ng theo chu n c a t ng hóng, nh ng t t c cỏc h th ng đnh tuy n đ c phỏt tri n theo cỏc cỏch t ng t và đi theo m t xu h ng phỏt tri n chung. Xu h ng đ u tiờn là ng i ta ngày càng b sung thờm nhi u tuy n d li u (data path) trong cỏc thi t b ph n c ng. Trong vài n m g n đõy, s ti n b trong vi c tớch h p cỏc cụng ngh CMOS cho phộp b sung thờm nhi u ch c n ng trong cỏc thành ph n ASIC (ch y u trong ph n m m).
Th h th nh t c a h th ng đnh tuy n là đ n gi n nh t, t c đ nh h n 0,5Gbps. Xột t quan đi m c u trỳc, trong đú chỳng s d ng m t b x lý t p trung, b đ m t p trung và m t bus chung k t n i đ n card đ ng truy n (line card). Cỏc gúi tin đi vào ph i truy n trờn cựng m t bus đ đ c l p l ch t i m t giao di n đ u ra. Cỏc card giao ti p là cỏc thi t b vào/ra “khụng thụng minh” do khụng cú kh n ng x lý gúi. Thi t k này cú nhi u nh c đi m, trong đú bus ch đ c s d ng b i m t card đ ng truy n t i m i th i đi m. H n n a, gúi ph i truy n hai l n trờn bus sau khi r i kh i m t c ng đ u vào. u tiờn nú đ c vi t vào b nh trong khi b x lý th c hi n tra c u tuy n và khi đó th c hi n l p l ch, gúi đ c l y ra kh i b nh , sau đú l i truy n trờn bus đ n giao di n đ u ra thớch h p. Ngoài ra, t t c cỏc ch c n ng g n li n v i quỏ trỡnh đnh tuy n và chuy n gúi đ u đ c th c hi n b i cựng m t b x lý, t o ra m t t i tr ng r t l n cho b x lý này đ ng th i hỡnh thành m t c chai trong h th ng.
Hỡnh 4.6: C u trỳc h th ng đnh tuy n th h th nh t
C u trỳc này cú b sung thờm cỏc b x lý ASIC đ c bi t và m t vài b nh trong card đ ng truy n, t c đ nh h n 5Gbps. Nh ng thành ph n b sung này cú kh n ng tỡm ki m trong tiờu đ gúi đ l y cỏc thụng tin v đớch và l u đ m gúi cho đ n khi bus r i. Cỏc b x lý v tinh trong card đ ng truy n, m i b cú m t cache đ l u m t s tuy n đ c s d ng g n đõy nh t, cho phộp card đ ng truy n th c hi n vi c tra c u tuy n, nh ng vi c phõn x bus v n do b x lý trung tõm th c hi n. B đ m cache này đ c c p nh t theo đnh k . N u m t tuy n khụng cú trong cache đú thỡ b x lý chớnh m i th c hi n vi c tỡm ki m tuy n này. K thu t này làm gi m t i tr ng c n x lý cho CPU nh ng vi c phõn x bus v n cũn là m t nỳt c chai. Cỏc c u trỳc th h th hai ch t n t i trong th i gian ng n do khụng cú kh n ng h tr đ c nhu c u thụng l ng cao trong m ng lừi. u tiờn, nh c đi m c a c u trỳc này đú là s t c ngh n: b ng t n đ c chia s cho t t c cỏc c ng, d n đ n s tranh ch p và gõy thờm tr (cỏc tr chuy n gúi). Trong cỏc tr ng h p t c ngh n, t c đ chuy n gúi v t quỏ kh n ng c a bus, cỏc b đ m s b tràn d n đ n m t d li u. Th hai là, cỏc bus dựng chung t c đ cao r t khú thi t k , vỡ ph i truy n cỏc tớn hi u đi n đ n nhi u c ng trờn bus, tớn hi u ph i truy n qua nhi u b k t n i, và s ph n x t cu i cỏc đ ng truy n khụng đ c k t cu i d n đ n nh ng h n ch v kh n ng chuy n gúi c a bus.
Hỡnh 4.7: C u trỳc h th ng đnh tuy n th h th hai
gi i quy t v n đ t c ngh n c a cỏc h th ng đnh tuy n th h 2, th h h th ng đnh tuy n th 3 đ c thi t k v i m c tiờu thay th bus s d ng chung b ng tr ng chuy n m ch,t c đ nh h n 50Gbps. Cỏc thi t k cho h th ng đnh tuy n th h 3 nh m gi i quy t 3 v n đ ti m tàng tr c đõy: n ng l c x lý, kớch th c b nh , và b ng thụng c a bus. C 3 v n đ này đ u cú th trỏnh đ c b ng cỏch s d ng m t ki n trỳc v i n n t ng là ma tr n chuy n m ch và cỏc giao di n đ c thi t k h p lý. M t b c ti n quan tr ng trong vi c xõy d ng cỏc h th ng đnh tuy n hi u n ng cao là t ng c ng x lý cho t ng giao di n m ng đ gi m thi u kh i l ng x lý và ngu n tài nguyờn b nh c a h th ng đnh tuy n. Cỏc b x lý đa n ng và cỏc m ch tớch h p đ c bi t hoàn toàn cú th gi i quy t v n đ này. Tuy nhiờn, kh n ng x lý t ng th cho cỏc gúi tin qua h th ng nh th nào cũn ph thu c vào kh n ng