2,3.6. Đa giao thức : trín vă dướ i
2.7. CHUYỂN MẠCH IP
Trong phần năy, chúng ta sẽ khảo sât một trong những pghiín cứu về chuyển mạch nhên tiíu biểu đó lă IP Switching. Một thiết bị riíng sử dụng cho kỹ thuật năy được gọi lă “chuyển mạch IP”(IP Switch), đđy lă tín gọi được đặt bởi cơng ty Ipsilon.
Một trong những điểm đặc sắc ừong nghiín cứu của cơng ty Ipsilon về chuyển mạch nhên lă họ không những định nghĩa một giao thức phđn bố nhên (giống như câc nghiín cứu khâc) mă cịn có một giao thức quản lý switch. Giao thức năy có tín lă GSMP (General Switch Management Protocol) cho phĩp một ATM switch có thể được điều khiển bởi một “bộ điều khiển IP Switch” vă biến thănh một IP Switch. GSMP lă một giao thức kiểu chủ tớ khâ đơn giản với phần tớ nằm trín phần cứng ATM vă phần chủ chạy trín bộ điều khiển IP Switch. Chỉ có phần tớ mới biết rõ về phần cứng ATM.
Ngoăi GSMP, Ipsilon còn định nghĩa một giao thức kết hợp nhên được gọi lă Ipsilon Flow Management Protocol (IFMP), chi tiết của giao thức năy sẽ được xĩt sau. Sau đđy chúng ta sẽ xem xĩt kỹ về kỹ thuật IP Switch, bắt đầu bằng nghiín cứu tổng thể sau đó sẽ đi văo câc giao thức chính.
2.7.1. Tổng quan về chuyển mạch IP
ở phần trước, chúng ta đê thấy rằng kiểu EP trín ATM thì phức tạp vă khơng hiệu quả, những kiểu đó gồm hai phần, đầu tiín lă bâo hiệu vă định tuyến của ATM Forum, phần trín nó lă định tuyến IP vă sự phđn giải địa chỉ. IP Switching giống với câc nghiín cứu chuyển mạch nhên khâc lă chi sử dụng thănh phần IP cộng thím một giao thức kết hợp nhên (trong trưcmg hợp năy lă IFMP) để cho phĩp định tuyến IP trín phần cứng ATM. Nghiín cứu năy hoăn toăn loại bỏ phần điều khiển cùa ATM vă cả sự cần thiết chấp nhận giữa IP vă thănh phần điều khiển ATM.
Hình 2.21 cho thấy sự tâch biệt khỏi phần điều khiển của ATM vă những lớp ânh xạ giữa ATM vă IP. ở hình 2.21(a), chúng ta thấy những lớp của phần mềm điều khiển cần để điều khiển phần cứng ATM vă những protocol cần để chuyển đổi giữa IP vă phần điều khiển ATM. Hình 2.21(b) chì ra một kiểu đcm giản của kiến trúc IP Switching: EP được hỗ trợ bời một giao thức kết hợp nhên (EFMP) điều khiển trực tiếp phần cứng ATM. Chú ý rằng hình năy có ũiể âp dụng cho những nghiín cứu chuyển mạch nhên khâc như Tag Switching hay MPLS.
Mục tiíu cơ bản của IP Switching lă kết hợp ATM switch vă định tuyển IP một câch đơn giản vă hiệu quả, cịn một số mục tiíu khâc lă gồm khả năng xđy dựng những sản phẩm
định tuyến IP hiệu quả vă giâ rẻ, vă nó cịn giúp giải quyết vấn đề phât triển như đê nói ờ trước. Một hệ quả của việc tâch rời khỏi phần điều khiển ATM lă những IP Switch có thể kết nổi trực tiếp với những IP Switch khâc, nó cịn có thể kết nối xun qua câc “đâm mđy” ATM switch nhờ sử dụng câc mạch ảo.
H ình 2.21: (a) IP /ATM vă (b) Chuyển mạch IP [1]
IP ATM ARP MARS NHRP PNNI Q.2931 Phần cứng ATM (a) IP IFMP Phần cứng ATM (b) H ình 2.22: cấ u trúc của một chuyển mạch IP [1, 6]. Tới chuyển mạch ngược dòng vc mặc định — vc dữ liệu
Bộ điều khiển chuyển mạch
Phđn toại vă điều khiển luồng
Û- ơ ) 0 Cl LL Định tuyến vă chuyển tiếp ĩ GSMP Chuyển mạch Tới chuyển mạch xi dịng vc mặc định — ► vc dữ liệu — ►
Chúng ta bắt đầu xem xĩt kiến trúc của IP Switching bằng câch xem cấu trúc của một LP Switch. Hình 2.22 lă một hình ảnh đom giản phần mềm, phần cứng chính của một IP Switch vă những luồng điều khiển, luồng dữ liệu giữa câc Switch. Nó giao tiếp với ATM switch nhờ GSMP. Rõ răng lă bộ phận điều khiển Switch chạy những mê định tuyến vă định
tuyến IP (những chức năng của một router truyầi thổng) cũng như IFMP, GSMP vă phđn loại luồng.
Trước khi một IP Switch có thể lăm việc, nó phải có câch để lấy lưu lượng điều khiển, bao gồm những giao thức định tuyến vă thông tin IFMP giữa những Switch. Một kính ảo v c (Virtual circuit) mặc định được định trước cho việc năy, nó sử dụng một giâ ừị V C W P I thơng dụng để 2 IP Switch kề nhau có thể liín lạc mă khơng cần khai bâo đầu tiín cho một v c . Đó lă một v c theo câch hiểu lă nó kết nối cặp bộ điều khiển của hai IP Switching kề nhau qua phần cứng ATM bín dưới, nhưng khơng một thủ tục năo (ví dụ bâo hiệu) năo của ATM được sử dụng. Lưu lượng mă đi trín v c mặc định năy được đóng gói dựa văo RFC 1483 (sử dụng LLC/SNAP) vă được gửi đến bộ điều khiển switch vă sẽ được tâi tạo lại. v c mặc định cịn có thể được sử dụng cho những dữ liệu mă chưa có nhên, những dữ liệu đó được định tuyến bằng phần mềm của bộ điều khiển switch.
Giống mọi nghiín cứu khâc về chuyển mạch nhên, IP Switching dựa trín những giao thức định tuyến của IP để tạo những thông tin định tuyến, sau khi những thông tin định tuyến được thănh lập, nghĩa lă sau khi trạm kế tiếp được xâc định đù những quâ trình kết họp nhên với train kế tiếp mới được thực hiện.
Phần IFMP vă GSMP sẽ tạo ra câc protocol tương ứng. Chúng ta đê thảo luận ngắn về vai trị của nó trong phần trước.
Phần phđn loại vă điều khiển luồng, nói một câch đơn giản, xem xĩt những lun lưọfng EP đến switch vă lựa chọn từ luồng những thơng tin có ích cho việc định tuyến chuyển mạch nhên (ờ đđy chúng ta hiểu đofn giản một luồng như lă một tập câc gói được gửi từ host đến host khâc). Phần năy sau đó sử dụng IFMP để thơng bâo cho những switch “lâng giềng ” về nhữhg quyết định của nó. Điều năy cho phĩp lưu lượng năy được truyền trín một đường dẫn chuyển mạch nhên, để những gói IP được định tuyến bời phần cứng (ATM) chuyển mạch nhên.
Như chúng ta đê biết về câc nghiín cứu chuyển mạch nhẵn khâc, chuyển mạch IP (IP Switching) xâc định những giao thức kết hợp nhên liín câc switch (ttong trường hợp năy lă IFMP) nhưng khơng xâc định cơ chế bín trong sừ dụng nó. Có những lý do hợp lý cho việc năy. Sự phđn loại luồng chỉ lă vấn đề mở rộng của việc kiểm sơt nội bộ. Nó khơng gđy ra vấn đề lớn nếu khơng có sự khâc nhau nhiều trong việc kiểm sơt của câc switch khâc nhau. Vă đđy cũng lă chỗ cho câc nhă đầu tư có thể biến đổi sản phẩm của mình bằng câch cung cấp những khả năng ưu điểm hơn so vói câc sản phẩm khặc. Nó giống như lă khi người
dùng muốn đổi câc kiểu kiểm soât cho phù hợp với điều kiện của họ. Do đó, không cần phải lăm rõ phần riăy trong kiến trúc của nó.
Khi những vấn đề phât hiện vă phđn loại dịng có thể không cần được lăm rõ, do đó trín thực tế đê xuất hiện nhiều loại như phđn loại XA": nghĩa lă, nếu X gói kết hợp đúng đích đến của 1 luồng trong Y giđy thì dịng đủ địều kiện cho chuyển mạch nhên. Một thuật toân khâc lă xem xĩt số port của TCP hay UDP vă cố chuyển mạch nhên cho những luồng tồn tại lđu dăi. V í dụ, yíu cầu cho hệ thống tín miền (DNS) thì thưcmg chi có 1 hoặc 2 gói, trong khi đó một phiín FTP thì sẽ dăi hơn nhiều. Bời vì những câch phđn loại đó lă thuộc về nội bộ, người quản trị mạng có thể lựa chọn những thuật tơn tùy theo điều kiện.
IP Switching sử dụng thuật ngữ định hướng lại luồng (flow redữection), hay chỉ lă định hướng lại (redirection) để nói đến q trình kết hợp nhên cho luồng vă thiết lập đưòng
dẫn chuyển mạch nhên. Một IP Switch nối với những switch khâc để định hướng lại một luồng xâc định năo đó cho nó. Cđu lệnh đon giản chì lă “dùng nhên X để gửi lưu lượng từ luồng y đến tôi”. Nhắc lại lă một nhấn chỉ lă một phần nhận dạng đặc biệt có tính chất nội bộ được sử dụng để chuyển mạch văi loại gói tin. Bởi vì IP Switching được thiết kế để chạy ưín phần cứng ATM, nhên sẽ nằm trong phần V P W C I.
Giờ ta sẽ xem xĩt một mạng có ba IP Switch để có thể thấy hoạt động của q trình định hưĨTig lại trong việc thiết lập đường dẫn chuyển mạch nhên cho một luồng. Trong hình 2.23, ban đầu dữ liệu chạy từ A qua B đến c trín một kính ảo mặc định. Giả sử switch B quyết định một luồng y đủ điều kiện cho việc chuyển mạch. Nó gửi bản tin REDIRECT cho switch A để lăm rõ luồng y vă nhên (VPFVCI) mă nó muốn nhận từ A. Tại thời điểm năy chưa có raột đường dẫn được thiết lập qua B nhưng A có thể bắt đầu gửi lưu lượng trín nhêri mă B thơng bâo.
H ình 2.23: Chuyến mạch B gửi bản tin REDIRECT đến chuyển mạch A [1],
Redirect: Flow y VPIA^CI 3/57 vc mặc định 3/57 vc mặc định Bộ điều khiển chuyển mạch Thănh phần chuyển mạch
H ình 2.24: Chuyển mạch B v ă C cùng định hướng lại luồng [1].
Redirect: Flow y V P I/V C I 3/57 Redirect: Flow ỵ VPIA/CI 2/22 vc mặc định B "Xa vc mặc định 3/57 2/22 Điều khiển chuyển mạch Thănh phần chuyển mạch
Khi B nhận dữ liệu từ Ấ với nhên mới, nó phải định hướng dữ liệu mới đến c bằng kính ảo mặc định (chú ý lă để phòng việc lẫn lộn với câc gói từ những luồng khâc, B phải tâi tạo lại datagram trước khi định hướng nó đi), c sau đó phât một bản tin REDIRECT cho
luồng y, được chỉ ra trín hình 2.24. Switch B bđy giờ có thể định hướng lưu lượng trín một VPI/VCI xâc định trong bản tin REDIRECT từ c . Bời vì một luồng dữ liệu (luồng y) đến B trín một kính ảo vă đi trín một kính ảo khâc, nó bđy giờ có thể được chuyển mạch dữ liệu. Đe lăm được việc năy, B sử dụng GSMP thông bâo cho phần chuyển mạch của nó thiết lập một đưỊTig dẫn chuyển mạch thích hợp. Trong ví dụ trín hình 2.24, B dùng GSMP có thể cấu hình switch để lưu lượng đi văo trín V P W C I 3/57 ờ cổng văo từ A vă đi ra trín 2/22 ở cổng ra khỏi B đến c .
M ột điểm quan trọng phải chú ý lă A vă c không cần phải thực hiện việc chuyển mạch trong ví dụ năy, nó lă câc LSR ở rìa (đê nói ở phần trước), lă những thiết bị cung cấp nhên đầu tiín cho một gói tin. Một LSR rìa (edge LSR) có thể được thănh lập như lă một router truyền thống với một giao diện ATM để cho phĩp câc mạng không phải ATM (hay không phải IP Switching) để kết nối đến mạng IP Switching. Ngoăi ra, một host có giao diện ATM có thể cung cấp nhên cho một gói tin nhờ một phần mềm thích hợp. Do đó IP Switching có thể nối trực tiếp với host, điều năy dễ thực hiện bằng kết họp tuyến dữ liệu hơn lă tuyến điều khiển, thực tế BP Switching lă duy nhất trong câc kỹ thuật chuyển mạch nhên khâc hỗ trợ đầy đủ cho việc tích hợp cho host.
Mặc dù chúng ta không mô tả chi tiết nghiín cứu CSR, chúng ta thấy có nhiều điểm chung giữa EP Switching vă csp,- Trong phđn loại ở phần trước, chúng đều thuộc kiểu tuyến dữ liệu. Ngược lại. Tag Switching, ARIS, vă MPLS đều thuộc kiểu tuyến điều khiển. Sự lựa chọn giữa tuyến điều khiển vă tuyến dữ liệu lă nhđn tố khâc nhau quan trọng nhất giữa câc nghiín cứu chuyển mạch «hên.
Mặc dù ví dụ trín ờ trín cho thấy những IP Switch nối trực tiếp với nhau, ở đđy khơng có lý do đặc biệt tại sao chúng khơng kết nối với nhau nhờ đưịng dẫn ảo của ATM. Điều năy sẽ cho phĩp nó kết nối xun qua mạng ATM công cộng mă sử dụng câc switch ATM chuẩn. Một yíu cầu duy nhất lă nhên được sử dụng trong bản tin REDIRECT phải chúra trong trường VCI, vì trường VPI được dùng cho chuyển mạch VP xuyín qua mạng công cộng. Giờ ta sẽ xem xĩt câc thănh phần cơ băn của IP Switching.
2.7.2. Câc thănh phần cơ bản của chuyển mạch IP
2.7.2.1. L uồng
Lă 1 tập hợp câc gói có cùng địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, cùng liín quan đến một đường dẫn vă một dịch vụ xâc định vă cũng có thể có cùng chỉ số port TCP/UDP.
2.7.2.2. Câc kiểu luồng
IP Switching xử lý luồng theo câc mức độ host đến host hay ứng dụng đến ứng dụng. • Loại 1: được định nghĩa lă những gói giữa một q trình xử lý hay giữa hai ứng dụng.
Những trường trong IP header của câc gói năy cũng cho phĩp nhận dạng nó, loại năy ngoăi thông tin về địa chỉ IP nguồn, đích phải mang thơng tin về chỉ số port TCP/UDP cụ thể.
• Loại 2: được định nghĩa lă luồng giữa hai host, loại năy câc gói của nó chi cần có chung địa chi IP gửi vă nhận.
H ình 2.25: Luồng loại 1 (trín) vă loại 2 (dưới) [1]
Phiín bản IHL TOS TTL Giao thức
Địa chỉ IP nguồn
Địa chỉ IP đích
Cổng nguồn Cổng đích
Phiín bản IHL Dănh trước TTL Dănh trước
Địa chỉ IP nguồn
Địa chỉ IP đích
2.7.2.3. Phần nhận dạng luồng
Câc trường của lớp vận chuyển vă IP cũng đủ để xâc định kiểu của luồng.
2.7.2.4. Phần p hđn loại luồng
Đđy lă chức năng của khối định tuyến ưong IP Switch, xâc định xem luồng dữ liệu năy sẽ được xử lý ở lớp 3 hay lớp 2, nghĩa lă xâc định nó được định tuyến hay chuyển mạch.
2.7.2.5. Chuyển m ạch IP
Có 2 thănh phần chính. Bộ điềụ khiển chuyển mạch IP (IP Switch Controller) tích hợp với chuyển mạch ATM (ATM Switch) cùng với 2 loại giao thức IFMP vă GSMP. IP Switch Controller sử dụng câc phưcmg thức định tuyến IP xđy dựng câc bảng định tuyến. Ngoăi ra IP Switch Controller sẽ trao đổi câc bản tin IFMP với câc IP Switch khâc, c ấ u trúc của một IP Switch đê được nói ở phần trước.
2.7.2.Ố. IF M P
Lă giao thức kiểm soât luồng của Ipsilon. hai IP Switch kế cận nhau sử dụng giao thức năy gân nhên cho một luồng xâc định. Bản tin IFMP từ một IP Switch gửi đến một IP Switch trước nó. Chức năng của IFMP bao gồm:
• Một giao thức phât hiện một EP Switch ngang hăng trín một kết nối.
• Một giao thức định hướng lại: kiểm soât việc gắn nhên cho một luồng xâc định.
2J.2.7 . GSM P
Giao thức kiểm soât chuyển mạch, Bộ điều khiển chuyển mạch IP (IP Switch controller) sử dụng giao thức năy để quản lý tăi ngun của chuyển mạch ATM, nó cho phĩp bộ điều khiển chuyển mạch IP thiết lập hoặc giải phóng câc kết nối của chuyển mạch ATM.
2.7.2.8. Chuyển m ạch IP đầu cuối
Một hệ thống chuyển mạch IF phải có một đầu cuối để cho câc luồng văo vă ra khỏi mạng. Một đầu cuối f'"a chuyển mạch EP được định nghĩa như lă một điểm kết thúc hay bắt đầu của một luồng được ânh xạ lín lớp 2 của ATM-VC. M ột thiết bị đầu cuối có thể lă một ruuicr, một thiết bị rìa hay một ciiu^ển mạch EP có khả năng phât vă nhận bản tin IFMP.
2.7.3.Giao thức quản lý luồng Ipsilon IFMP
Giao thức quản lý luồng Ipsilon IFMP (Ipsilon Flow Management Protocol) chạy trín liín kết điểm nối điểm giữa hai chuyển mạch EP lăm nhiệm vụ phđn bố thông tin kết hợp nhên giữa chúng. Giao thức năy sử dụng kết hợp nhên xi dịng. Mặc dù điểm xi dịng chịu ttâch nhiệm việc cấp vă quảng bâ nhên. Quyết định khi năo vă như thế năo để gân một nhên lă một vấn đề chính sâch nội bộ.
IFMP lă một giao thức ttạng thâi mềm (soft State), nghĩa lă trạng thâi mă nó căi đặt sẽ tự động time out (nghĩ lă bị xoâ sau 1 khoảng thời gian) ữừ khi được lăm tươi (refresh).
Trong trưỊTig hợp của IFMP, có nghĩa lă thông tin kết hợp nhên có khoảng thịi gian sống giới hạn một khi nó được biết bỏi chuyển mạch ngược dòng vă phải được lăm tươi ngay khi được ỹíu cầu.
Giâ trị VPI/ VCI được gắn cho gói sẽ do chuyển mạch BP đích ấn định vă giâ trị năy sẽ được thông bâo cho chuyển mạch IP nguồn biết. Giao thức IFMP được sử dụng giữa 2