Chương 4: THIẾT KẾ MẠNG DIỆN RỘNG
4.4. Một số công nghệ kết nối WAN
4.4.2. Mạng chuyển mạch gói
Hình 4.4. Mô hình kết nối WAN dùng chuyển mạch gói
Mạng chuyển mạch gúi (Packet Switching Network) hoạt ủộng theo nguyờn tắc sau: Khi một trạm trờn mạng cần gửi dữ liệu nú cần phải ủúng dữ liệu thành từng gúi tin, cỏc gúi tin ủú ủược ủi trờn mạng từ nỳt này tới nỳt khỏc tới khi ủến ủược ủớch. Do việc sử dụng kỹ thuật trờn nờn khi một trạm không gửi tin thì mọi tài nguyên của mạng sẽ dành cho các trạm khỏc, do vậy mạng tiết kiệm ủược cỏc tài nguyờn và cú thể sử dụng chỳng một cách tốt nhất.
Người ta chia các phương thức chuyển mạch gói ra làm 2 phương thức:
• Phương thức chuyển mạch gúi theo sơ ủồ rời rạc.
• Phương thức chuyển mạch gúi theo ủường ủi xỏc ủịnh.
Với phương thức chuyển mạch gúi theo sơ ủồ rời rạc cỏc gúi tin ủược chuyển ủi trờn mạng một cỏch ủộc lập, mỗi gúi tin ủều cú mang ủịa chỉ nơi gửi và nơi nhận. Mỗi nút trong mạng khi tiếp nhận gói tin sẽ quyết ủịnh xem ủường ủi của gúi tin phụ thuộc vào thuật toỏn tỡm ủường tại nỳt và những thụng tin về mạng mà nỳt ủú cú. Việc truyền theo
phương thức này cho ta sự mềm dẻo nhất ủịnh do ủường ủi với mỗi gúi tin trở nờn mềm dẻo tuy nhiờn ủiều này yờu cầu một số lượng tớnh toỏn rất lớn tại mỗi nút nên hiện nay phần lớn các mạng chuyển sang dùng phương chuyển mạch gúi theo ủường ủi xỏc ủịnh.
Hỡnh 4.5. Phương thức sơ ủồ rời rạc 4.4.2.1. Chuyển mạch gúi theo ủường ủi xỏc ủịnh
Trước khi truyền dữ liệu thỡ một ủường ủi (ủường ủi ảo) ủược thiết lập giữa trạm gửi và trạm nhận thông qua các nút của mạng. ðường ủi nà mang số hiệu phõn biệt với cỏc ủường ủi khỏc, sau ủú cỏc gúi tin ủược gửi ủến ủớch theo ủường ủó thiết lập, cỏc gúi tin mang số hiệu của ủường ảo ủể cú thể ủược nhận biết khi qua cỏc nỳt. ðiều này khiến cho việc tớnh toỏn ủường ủi cho phiờn liờn lạc chỉ cần thực hiện một lần.
Hỡnh 4.6. Phương thức ủường ủi xỏc ủịnh
4.4.2.2. Kết nối dùng ATM (Asynchronous Transfer Mode) Giới thiệu về công nghệ ATM
• Mạng ATM (Cell relay), hiện nay kỹ thuật Cell Relay dựa trên phương thức truyền thụng khụng ủồng bộ (ATM) cú thể cho phộp thông lượng hàng trăm Mbit/s. ðơn vị dữ liệu dùng trong ATM ủược gọi là tế bào (cell). cỏc tế bào trong ATM cú ủộ dài cố ủịnh là 53 bytes, trong ủú 5 bytes dành cho phần chứa thụng tin ủiều khiển (cell header) và 48 bytes chứa dữ liệu của tầng trên.
• Trong kỹ thuật ATM, các tế bào chứa các kiểu dữ liệu khác nhau ủược ghộp kờnh tới một ủường dẫn chung ủược gọi là ủường dẫn ảo (virtual path). Trong ủường dẫn ảo ủú cú thể gồm nhiều kờnh ảo (virtual channel) khỏc nhau, mỗi kờnh ảo ủược sử dụng bởi một ứng dụng nào ủú tại một thời ủiểm.
• ATM ủó kết hợp những ủặc tớnh tốt nhất của dạng chuyển mạch liên tục và dạng chuyển mạch gói, nó có thể kết hợp dải thông linh hoạt và khả năng chuyển tiếp cao tốc và có khả năng quản lý ủồng thời dữ liệu số, tiếng núi, hỡnh ảnh và multimedia tương tỏc.
• Mục tiêu của kỹ thuật ATM là nhằm cung cấp một mạng dồn kờnh, và chuyển mạch tốc ủộ cao, ủộ trễ nhỏ dỏp ứng cho cỏc dạng truyền thụng ủa phương tiện (multimedia).
• Chuyển mạch cell cần thiết cho việc cung cấp cỏc kết nối ủũi hỏi băng thông cao, tình trạng tắc nghẽn thấp, hỗ trợ cho lớp dịch vụ tớch hợp lưu thụng dữ liệu õm thanh hỡnh ảnh. ðặc tớnh tốc ủộ cao là ủặc tớnh nổi bật nhất của ATM.
• ATM sử dụng cơ cấu chuyển mạch ủặc biệt: Ma trận nhị phõn cỏc thành phần chuyển mạch (a matrix of binary switching elements) ủể vận hành lưu thụng. Khả năng vụ hướng (scalability) là một ủặc tớnh của cơ cấu chuyển mạch ATM. ðặc tớnh này tương phản trực tiếp với những gỡ diễn ra khi cỏc trạm cuối ủược thờm vào một thiết bị liên mạng như router. Các router có năng suất tổng cố ủịnh ủược chia cho cỏc trạm cuối cú kết nối với chỳng. Khi số lượng trạm cuối gia tăng, năng suất của router tương thích cho trạm cuối thu nhỏ lại. Khi cơ cấu ATM mở rộng, mỗi thiết bị thu
trạm cuối, bằng con ủường của chớnh nú ủi qua bộ chuyển mạch bằng cỏch cho mỗi trạm cuối băng thụng chỉ ủịnh. Băng thụng rộng ủược chỉ ủịnh của ATM với ủặc tớnh cú thể xỏc nhận khiến nó trở thành một kỹ thuật tuyệt hảo dùng cho bất kỳ nơi nào trong mạng cục bộ của doanh nghiệp.
• Như tên gọi của nó chỉ rõ, kỹ thuật ATM sử dụng phương pháp truyền khụng ủồng bộ (Asynchronouns) cỏc tề bào từ nguồn tới ủớch của chỳng. Trong khi ủú, ở tầng vật lý người ta cú thể sử dụng cỏc kỹ thuật truyền thụng ủồng bộ như SDH (hoặc SONET – Synchronous Optical Network).
• Nhận thức ủược vị trớ chưa thể thay thế ủược (ớt nhất cho ủến những năm ủầu của thế kỷ XXI) của kỹ thuật ATM, hầu hết cỏc hãng khổng lồ về máy tính và truyền thông như IBM, ATT, Digital, Hewlett - Packard, Cisco Systems, Cabletron, Bay Network,... ủều ủang quan tõm ủặc biệt ủến dũng sản phẩm hướng ủến ATM của mỡnh ủể tung ra thị trường. Cú thể kể ra ủõy một số sản phẩm ủú như DEC 900 Multiwitch, IBM 8250 hub, Cisco 7000 Router, Cablectron, ATM module for MMAC hub.
• Nhỡn chung thị trường ATM sụi ủộng do nhu cầu thực sự của cỏc ứng dụng ủa phương tiện. Sự nhập cuộc ngày một ủụng của cỏc hóng sản xuất ủó làm giảm ủỏng kể giỏ bỏn của cỏc sản phẩm loại này, từ ủú càng mở rộng thờm thị trường. Ngay ở Việt Nam, cỏc dự ỏn lớn về mạng tin học ủều ủó ủược thiết kế với hạ tầng chấp nhận ủược với cụng nghệ ATM trong tương lai.
Cỏc ủặc trưng chớnh của cụng nghệ ATM: Mạng chuyển mạch ATM là mạng cho phộp xử lý tốc ủộ cao, dung lượng lớn, chất lượng truy nhập cao, và việc ủiều khiển quỏ trỡnh chuyển mạch dễ dàng và ủơn giản. ðặc tính của chuyển mạch ATM là ở chỗ nó thử nghiệm sự biến ủổi của ủộ trễ tế bào thụng qua việc sử dụng kỹ thuật tự ủịnh tuyến của lớp phần cứng, và cú thể dễ dàng hỗ trợ cho truyền thụng ủa phương tiện sử dụng dữ liệu, tiếng núi và hỡnh ảnh. Hơn thế nữa, nú cú thể ủảm
bảo việc ủiều khiển phõn tỏn và song song ở mức ủộ cao. Nhược ủiểm của hệ thống chuyển mạch ATM là sự phức tạp của phần cứng và sự tǎng thờm của trễ truyền dẫn tế bào, và là sự ủiều khiển phức tạp do việc chức nǎng sao chộp và xử lý phải ủược thực hiện ủồng thời.
đánh giá khi dùng kế nối ATM
• Khi mụi trường của xó hội thụng tin ủược hoàn thiện, thỡ mạng giao tiếp thông tin bǎng rộng cần thiết phải tỏ ra thích nghi với cỏc tớnh nǎng như tốc ủộ cao, bǎng rộng, ủa phương tiện. Và vỡ vậy phải tớnh ủến việc thiết lập mạng thụng tin tốc ủộ siờu cao ở tầm quốc gia.
• Mạng thụng tin tốc ủộ siờu cao ủó dựa vào sử dụng cụng nghệ ATM (phương thức truyền tải khụng ủồng bộ) ủể tạo ra mạng lưới quốc gia rộng khắp với tính kinh tế và hiệu quả cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thông tin khác nhau.
• Cụng nghệ ATM là cụng nghệ ủang trờn quỏ trỡnh hoàn thiện và chuẩn hoỏ, nờn việc triển khai nú cần ủược nghiờn cứu chuẩn bị rất ủầy ủủ và chi tiết, ủể cú khả năng duy trỡ và mở rộng.
4.4.2.3. Kết nối dùng Frame Relay Giới thiệu về mạng Frame Relay
Hình 4.7. Mô hình kết nối dùng mạng Frame Relay
Bước sang thập kỷ 80 và ủầu thập kỷ 90, cụng nghệ truyền thụng cú những bước tiến nhảy vọt ủặc biệt là chế tạo và sử dụng cỏp quang vào mạng truyền dẫn tạo nên chất lượng thông tin rất cao. Việc sử dụng thủ tục hỏi ủỏp X25 ủể thực hiện truyền số liệu trờn mạng cỏp quang luụn ủạt ủược chất lượng rất cao, và vỡ thế khung truyền từ 128 byte cho X25 ủược mở rộng với khung lớn hơn, thế là cụng nghệ Frame Relay ra ủời.
Frame relay có thể chuyển nhận các khung lớn tới 4096 byte, và không cần thời gian cho việc hỏi ủỏp, phỏt hiện lỗi và sửa lỗi ở lớp 3 (No protocol at Network layer) nên Frame Relay có khả nǎng chuyển tải nhanh hơn hàng chục lần so với X25 ở cựng tốc ủộ. Frame Relay rất thớch hợp cho truyền số liệu tốc ủộ cao và cho kết nối LAN to LAN và cả cho õm thanh, nhưng ủiều kiện tiờn quyết ủể sử dụng cụng nghệ Frame relay là chất lượng mạng truyền dẫn phải cao.
Các thiết bị dùng cho kết nối Frame Relay
• Các thiết bị truy nhập mạng FRAD (Frame Relay Access Device)
• Các thiết bị mạng chuyển tiếp khung FRND (Frame Relay Network Device)
ðường nối giữa các thiết bị và mạng trục Frame Relay, mô tả trong hình 4.8.
Hình 4.8. Mạng Frame Relay - Mạng chuyển mạch khung
• Thiết bị FRAD có thể là các LAN bridge, LAN Router v.v...
• Thiết bị FRND cú thể là cỏc Tổng ủài chuyển mạch khung (Frame) hay tổng ủài chuyển mạch tế bào (Cell Relay - chuyển tải tổng hợp các tế bào của các dịch vụ khác nhau như âm thanh, truyền số liệu, video v.v..., mỗi tế bào ủộ dài 53 byte, ủõy là phương thức của công nghệ ATM). ðường kết nối giữa các thiết bị là giao diện chung cho FRAD và FRND, giao thức người dùng và mạng hay gọi F.R UNI (Frame Relay User Network Interface).
Mạng trục Frame Relay cũng tương tự như các mạng viễn thông khỏc cú nhiều tổng ủài kết nối với nhau trờn mạng truyền dẫn, theo thủ tục riêng của mình. Trong OSI 7 lớp, lớp 3 - lớp mạng, Frame Relay không dùng thủ tục nào (Transparent).
Cỏc ủặc tớnh của Frame Relay
• Người sử dụng gửi một Frame (khung) ủi với giao thức LAP-D hay LAP-F (Link Access Protocol D hay F), chứa thông tin về nơi ủến và thụng tin người sử dụng, hệ thống sẽ dựng thụng tin này ủể ủịnh tuyến trờn mạng.
• Cụng nghệ Frame Relay cú một ưu ủiểm ủặc trưng rất lớn là cho phộp người sử dụng dựng tốc ủộ cao hơn mức họ ủǎng ký trong một khoảng thời gian nhất ủịnh, cú nghĩa là Frame Relay khụng
cố ủịnh ủộ rộng bǎng thụng (Bandwith) cho từng cuộc gọi một mà phõn phối bandwith một cỏch linh hoạt, ủiều mà dịch vụ X25 và thuờ kờnh riờng khụng cú. Vớ dụ người sử dụng ký hợp ủồng sử dụng với tốc ủộ 64 kbit/s, khi họ chuyển ủi một lượng thụng tin quỏ lớn, Frame Relay cho phộp truyền chỳng ở tốc ủộ cao hơn 64 kbit/s. Hiện tượng này ủược gọi là "bựng nổ" - Bursting.
• Thực tế trên mạng lưới rộng lớn có rất nhiều người sử dụng với vô số frame chuyển qua chuyển lại, hơn nữa Frame Relay không sử dụng thủ tục sửa lỗi và ủiều khiển thụng lượng (Flow control) ở lớp 3 (Network layer), nờn cỏc Frame cú lỗi ủều bị loại bỏ thỡ vấn ủề cỏc frame ủược chuyển ủi ủỳng ủịa chỉ, nguyờn vẹn, nhanh chúng và khụng bị thừa bị thiếu là khụng ủơn giản. ðể ủảm bảo ủược ủiều này Frame relay sử dụng một số giao thức sau:
o DLCI (Data Link Connection Identifier- Nhận dạng ủường nối dữ liệu). Cũng như X.25, trờn một ủường nối vật lý frame relay cú thể cú rất nhiều cỏc ủường nối ảo, mỗi một ủối tỏc liờn lạc ủược phõn một ủường nối ảo riờng ủể trỏnh bị lẫn, ủược gọi tắt là DLCI.
o CIR (Committed Information Rate - Tốc ủộ cam kết). ðõy là tốc ủộ khỏch hàng ủặt mua và mạng lưới phải cam kết thường xuyờn ủạt ủược tốc ủộ này. CBIR (Committed Burst Information Rate - Tốc ủộ cam kết khi bựng nổ thông tin). Khi có lượng tin truyền quá lớn, mạng lưới vẫn cho phộp khỏch hàng truyền quỏ tốc ủộ cam kết CIR tại tốc ủộ CBIR trong một khoảng thời gian (Tc) rất ngắn vài ba giõy một ủợt, ủiều này tuỳ thuộc vào ủộ "nghẽn" của mạng cũng như CIR.
o DE bit (Discard Eligibility bit) - Bit ủỏnh dấu Frame cú khả nǎng bị loại bỏ. Về lý mà nói nếu chuyển các Frame vượt quỏ tốc ủộ cam kết, thỡ những Frame ủú sẽ bị loại bỏ và bit DE ủược sử dụng. Tuy nhiờn cú thể chuyển cỏc frame ủi với tốc ủộ lớn hơn CIR hay thậm chớ hơn cả
CBIR tuỳ thuộc vào trạng thái của mạng Frame relay lúc ủú cú ủộ nghẽn ớt hay nhiều (Thực chất của khả nǎng này là mượn ủộ rộng bǎng thụng "Bandwith" của những người sử dụng khỏc khi họ chưa dựng ủến). Nếu ủộ nghẽn của mạng càng nhiều (khi nhiều người cùng làm việc) thì khả nǎng rủi ro bị loại bỏ của các Frame càng lớn. Khi Frame bị loại bỏ, thiết bị ủầu cuối phải phỏt lại. Do mạng Frame relay khụng cú thủ tục ủiều khiển thụng lượng (Flow control) nờn ủộ nghẽn mạng sẽ khụng kiểm soỏt ủược, vỡ vậy công nghệ Frame relay sử dụng hai phương pháp sau ủể giảm ủộ nghẽn và số frame bị loại bỏ.
o Sử dụng FECN (Forward Explicit Congestion Notification): Thụng bỏo ủộ nghẽn cho phớa thu và BECN (Backward Explicit Congestion Notification). Thông báo ủộ nghẽn về phớa phỏt . Thực chất của phương phỏp này ủể giảm tốc ủộ phỏt khi mạng lưới cú quỏ nhiều người sử dụng cùng lúc.
o Sử dụng giao diện quản lý cục bộ LMI (Local Manegment Interface): ðể thông báo trạng thái nghẽn mạng cho các thiết bị ủầu cuối biết. LMI là chương trỡnh ủiều khiển giỏm sỏt ủoạn kết nối giữa FRAD và FRND.
đánh giá khi dùng kế nối Frame Relay
• Hiện nay nhu cầu kết nối WAN ủược ủặt ra và biến ủổi theo từng ngày, cú rất nhiều cụng nghệ ủược ủưa ra thảo luận và thử nghiệm ủể xõy dựng nền tảng mạng lưới cung cấp cỏc dịch vụ truyền số liệu cho quốc gia. Theo xu thế chung, tất cả các dịch vụ thoại và phi thoại dần dần sẽ tiến tới ủược sử dụng trờn nền của mạng thông tin bǎng rộng tích hợp IBCN (Integrated Broadband Communacation Network). Trên cơ sở mạng IBCN, ngoài các dịch vụ truyền thống về thoại và truyền số liệu còn có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ liờn quan tới hỡnh ảnh ủộng và dịch vụ từ xa
như: truyền hình chất lượng cao, hội thảo truyền hình, thư viện ủiện tử, ủào tạo từ xa, video theo yờu cầu (video on demand),...
• Quá trình tiến tới mạng IBCN hiện tại có thể xem như có hai con ủường: Hướng thứ nhất là từ cỏc mạng ủiện thoại tiến tới xõy dựng mạng số ủa dịch vụ tớch hợp ISDN rồi tiến tới BISDN hay IBCN. Hướng thứ hai là từ các mạng phi thoại tức là các mạng truyền số liệu tiến tới xây dựng các mạng chuyển tiếp khung (Frame-Relay) rồi mạng truyền dẫn khụng ủồng bộ ATM ủể làm nền tảng cho IBCN.
• Cụng nghệ Frame-Relay với những ưu ủiểm của nú như là một cụng nghệ sẽ ủược ứng dụng trờn mạng truyền số liệu của Việt nam trong thời gian tới. Theo số liệu của diễn ủàn Frame-Relay thỡ nguyờn nhõn ủể người dựng chọn Frame-Relay là:
o Kết nối LAN to LAN: 31%
o Tạo mạng truyền ảnh: 31%
o Tốc ủộ cao: 29%
o Giá thành hợp lý: 24%
o Dễ dựng, ủộ tin cậy cao: 16%
o Xử lý giao dịch phân tán: 16%
o Truyền hình hội nghị: 5%
• Rừ ràng là cỏc ứng dụng trờn Frame-Relay ủều sử dụng khả nǎng truyền số liệu tốc ủộ cao và cần ủến dịch vụ bǎng tần rộng cú tớnh ủến khả nǎng bựng nổ lưu lượng (trafic bursty) mà ở cỏc cụng nghệ cũ hơn như chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói không thể tạo ra.
4.4.2.4. Kết nối dùng dịch vụ chuyển mạch dữ liệu nhiều Megabit 4.4.2.4.1.Giới thiệu chung
SMDS (Switched Multimegabit Data Service) là một dịch vụ WAN ủược thiết kế cho cỏc kết nối LAN-to-LAN. SMDS ủược Bellcore và cỏc công ty Regional Bell Operating (RBOCs) phát triển nhằm thỏa mãn nhu cầu người sử dụng về kết nối LAN Multimegabit trong vùng mạng chính.
SMDS ủược thiết kế cho dịch vụ chuyển mạch gúi với giỏ cả hợp lý, cung cấp các kết nối và mở rộng chất lượng cao.
Tuy nhiên, khác với sự thành công của SMDS ở châu Âu, ở Mỹ SMDS khụng ủược phỏt triển. SMDS Interest Group, một tổ chức lớn nhất tài trợ cho SMDS ủó ngừng hoạt ủộng từ năm 1997. Hơn nữa, trong ngày kỷ niệm lần thứ 25 của Truyền thông số liệu – Data Communications (ngày 21/10/1997), SMDS ủược bỡnh chọn là một trong 25 thất bại tiêu biểu nhất.
4.4.2.4.2. SMDS là gì ?
SMDS là một dịch vụ mạng diện rộng ủược thiết kế dành cho kết nối mạng LAN với mạng LAN. Mạng SMDS là một mạng MAN có các ủặc trưng : ðơn vị dữ liệu sử dụng ủược gọi là tế bào (Cell-Based), khụng liờn kết (Connectionless), tốc ủộ cao, chuyển mạch gúi băng thụng rộng. SMDS cũng là một dịch vụ dữ liệu, nghĩa là chỉ truyền dữ liệu (mặc dù có thể truyền cả âm thanh và hình ảnh). SMDS là một dịch vụ thực sự, không gắn với một công nghệ truyền số liệu nào.
4.4.2.4.3. Tổng quan về SMDS
Tế bào của SMDS là ủơn vị cơ bản cú ủộ dài cố ủịnh. Tương tự như tế bào của ATM gồm 53 byte – 44 byte dữ liệu, 7 byte là Header và 2 byte dấu vết. ðiều này tạo cho nó sự tương thích với các mạng diện rộng công cộng B-ISDN sử dụng công nghệ chuyển mạch gói nhanh và công nghệ ATM. Mỗi tế bào của SMDS chứa ủịa chỉ ủớch cho phộp cỏc thuờ bao SMDS có thể truyền dữ với nhau. Là một dịch vụ dữ liệu không liên kết, SMDS thiết lập một kênh ảo (Virtual Circuit) giữa 2 thực thể thu và phỏt, cỏc tế bào dữ liệu ủược truyền ủi một cỏch ủộc lập với nhau và khụng tuõn theo một thứ tự ủặc biệt nào.
Mạng SMDS cung cấp băng thông theo yêu cầu cho các bùng nổ giao thông, là một thuộc tính của các ứng dụng mạng cục bộ LAN.
Vỡ khụng cần phải ủịnh nghĩa trước ủường truyền giữa cỏc thiết bị, dữ liệu cú thể ủi qua những ủường ớt tắt nghẽn nhất trong mạng SMDS.
Tuy nhiờn dịch vụ cũng cú khả năng cung cấp một ủường truyền nhanh