Chuyen mach trong wan2

Chương 6.... ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE

Trang 125

6. ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE Kiểu truyền bất ñồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) còn ñược gọi là

chuyển mạch tế bào có nội dung tương tự như frame relay. Cả frame relay lẫn ATM có những ưu ñiểm là tin cậy và trung thực của các phương tiện số hiện ñại ñể cung cấp chuyển mạch gói tốt hơn X.25. ATM còn ñược tổ chức hợp lý hơn frame relay trong các tính năng của nó và có thể hỗ trợ các tốc ñộ dữ liệu lớn hơn frame relay rất nhiều.

Ngoài những kỹ thuật tương tự, ATM và frame relay có lịch sử tương ñồng. Frame relay ñược phát triển như một bộ phận của ISDN nhưng hiện nay ứng dụng rộng khắp trong các mạng riêng và những ứng dụng phi ISDN như các bridge và router thì ATM cũng ñược phát triển như một bộ phận hoạt ñộng băng rộng của ISDN nhưng bắt nguồn ñể tìm kiếm ứng dụng trong các môi trường phi ISDN, trong ñó, các tốc ñộ dữ liệu cao là ñược yêu cầu.

Trước tiên, ta sẽ thảo luận về sơ ñồ ATM. Sau ñó, nội dung quan trọng của lớp thích ứng ATM AAL (ATM Adaptation Layer) ñược xem xét. Cuối cùng là các nội dung chính trong ñiều khiển tắc nghẽn của ATM.

1. KIẾN TRÚC GIAO THỨC

ATM còn ñược gọi là cell relay vì những phương thức hoạt ñộng gần như chuyển mạch gói sử dụng X.25 và frame relay. Giống như chuyển mạch gói và frame relay, ATM chuyển dữ liệu thành các ñoạn. Và cũng giống như chuyển mạch gói và frame relay, ATM cho phép ghép kênh cho các nối kết logic trên ñường truyền vật lý. Trong trường hợp của ATM, luồng thông tin cho mỗi nối kết logic ñược tổ chức trong các gói có kích thước cố ñịnh gọi là các cell (tế bào).

Hình 6-1 Mô hình tham chiếu ATM.

ATM là một giao thức tổ chức hợp lý với ít lỗi và các khả năng ñiều khiển luồng, ñiều này làm giảm thông tin dẫn ñường trong xử lý các tế bào ATM và giảm số bit thông tin dẫn ñường yêu cầu cho mỗi tế bào, như vậy, cho phép ATM hoạt ñộng ở các tốc ñộ

Lớp vật lý

Lớp ATM

Lớp thích ứng ATM (AAL)

Các lớp cao hơn Các lớp cao hơn

User Plane Control Plane

Mặt phẳng quản lý

Quản lý lớp

Quản lý m

ặt phẳng

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG DIỆN RỘNG

Trang 126

cao. Hơn nữa, việc sử dụng các tế bào kích thước cố ñịnh ñơn giản hóa vấn ñề xử lý yêu cầu tại mỗi node ATM và cũng hỗ trợ các tốc ñộ cao cho ATM.

ATM ñược ITU-T chuẩn hóa dựa trên kiến trúc giao thức như Hình 6-1 mô tả kiến trúc cơ sở cho giao tiếp giữa người sử dụng và mạng. Lớp vật lý bao gồm ñặc trưng môi trường truyền dẫn và mã hóa tín hiệu. Các tốc ñộ dữ liệu ở lớp vật lý là 155.52Mbps và 622.08Mbps. Ngoài ra, ATM còn hỗ trợ các tốc ñộ dữ liệu khác, có thể cao hoặc thấp hơn.

Hai lớp của kiến trúc giao thức liên hệ với các chức năng ATM. ðó là lớp ATM dùng chung cho tất cả các dịch vụ mà cung cấp khả năng truyền gói và lớp thích ứng ATM (AAL) thích ứng với lớp ATM dựa trên các dịch vụ. Lớp ATM ñịnh nghĩa việc truyền dữ liệu trong các tế bào có kích thước cố ñịnh và ñịnh nghĩa việc sử dụng các nối kết logic. Việc sử dụng ATM tạo ra nhu cầu cho lớp ứng dụng ñể hỗ trợ các giao thức truyền thông tin mà không dựa trên ATM. Lớp AAL ánh xạ thông tin lớp cao hơn vào trong cáo tế bao ATM ñể ñược truyền qua mạng ATM, sau ñó, tập hợp các thông tin từ các tế bào ATM ñể phân phối với các lớp cao hơn.

Mô hình tham chiếu tiến hành với ba mặt phẳng:

• Mặt phẳng người sử dụng: Cung cấp cho việc truyền thông tin người sử dụng kết hợp với các thông tin ñiều khiển (ví dụ ñiều khiển luồng, ñiều khiển lỗi). Thông tin người sử dụng ñược thể hiện trong thông tin dịch vụ như: ñiện thoại, hình ảnh, dữ liệu, ñồ họa… Thông tin người sử dụng có thể ñược truyền riêng trong mạng hay bằng các quy trình tương ứng.

• Mặt phẳng ñiều khiển: tiến hành ñiều khiển cuộc gọi và các chức năng ñiều khiển nối kết như thiết lập, giám sát, giải phóng cuộc gọi… Ngoài ra, nó còn có khả năng cung cấp các chức năng ñiều khiển ñể thay ñổi ñặc tính dịch vụ trên nối kết ñã thực hiện.

• Mặt phẳng quản lý: Bao gồm quản lý mặt phẳng và quản lý lớp, quản lý mặt phẳng tiến hành các chức năng quản lý liên quan ñến tổng thể hệ thống và liên kết giữa các mặt phẳng với nhau, quản lý lớp thực hiện quản lý các chức năng liên quan ñến tài nguyên và các tham số trong toàn bộ giao thức của nó. Ngoài ra, mặt phẳng này còn ñiều khiển các thủ tục báo hiệu và ñiều khiển luồng thông tin ñối với các lớp cấu thành. Mặt phẳng này còn là nới diễn ra các hoạt ñộng vận hành, giám sát và bảo dưỡng OAM (Operation Administration and Maintenance) nhờ các tế bào OAM.

2. CÁC NỐI KẾT LOGIC ATM

Các nối kết logic trong ATM ñược xem như các nối kết kênh ảo VCC (Virtual Channel Connection). VCC là tương tự như VC trong X.25 hay nối kết tuyến dữ liệu trong frame relay, nó là ñơn vị cơ sở của chuyển mạch trong mạng ATM. VCC ñược thiết lập giữa hai kết cuối thông qua mạng với tốc ñộ bit thay ñổi, một luồng song công của các tế bào kích thước cố ñịnh ñược trao ñổi qua nối kết. Các VCC còn ñược ử dụng ñể tra ñổi giữa người sử dụng và mạng (các tín hiệu ñiều khiển) và trao ñổi giữa mạng với mạng (quản lý mạng và ñịnh tuyến).

Với ATM, phân lớp thứ hai của tiến trình giải quyết nội dung của ñường dẫn ảo (Hình 6-2). Nối kết ñường dẫn ảo VPC (Virtual Path Connection) là một bó các VCC mà


Trang 127

có cùng các ñiểm cuối. Như vậy, tất cả các tế bào theo các VCC trong một VPC ñược chuyển mạch cùng nhau.

Nội dung ñường ảo ñược phát triển tương ứng với xu hướng mạng tốc ñộ cao, trong ñó, chi phí ñiều khiển của mạng chiếm một tỷ lệ phần trăm ngày một tăng trên toàn bộ chi phí mạng. Kỹ thuật ñường ảo giúp duy trì chi phí ñiều khiển bằng việc nhóm các nối kết mà có chung ñường dẫn qua mạng vào trong một ñơn vị. Các hoạt ñộng quản lý mạng có thể ñược áp dụng ñến một số nhóm nối kết thay vì với một lượng lớn nối kết ñơn.

Hình 6-2 Mối liên hệ nối kết trong ATM.

Các ưu ñiểm có thể ñược liệt kê dưới ñây cho các ñường ảo:

Kiến trúc mạng ñơn giản hóa: Các chức năng vận chuyển mạng có thể ñược phân tách liên quan ñến nối kết logic ñơn (kênh ảo) và nhóm các nối kết logic (ñường ảo).

Tăng ñộ thi hành và tin cậy của mạng: Mạng giải quyết lượng thực thể tổng cộng ít hơn.

Giảm quá trình xử lý và thời gian thiết lập nối kết: Nhiều công việc ñược thực hiện khi nối kết ñược thiết lập. Bằng việc phụv vụ dung lượng trên nối kết ñường ảo trong hoạt ñộng của các cuộc gọi ñưa ñến trước, nối kết kênh ảo mới có thể ñược thết lập bởi việc thực thi các chức năng ñiều khiển ñơn giản tại các ñiểm cuối của nối kết ñường ảo, không yêu cầu xử lý cuộc gọi ở các node quá giang. Như vậy, việc bổ sung nối kết kênh ảo mới tới một ñường ảo dang tồn tại bao gồm quá trình xử lý tối thiểu.

Tăng cường dịch vụ mạng: ñường ảo không chỉ dùng bên trong mạng mà còn dùng ở người sử dụng. Như vậy, người sử dụng có thể ñịnh nghĩa nhóm người sử dụng khép kín hay các mạng khép kín của một bó kênh ảo.

Hình 6-3 ñề xuất quá trình thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh ảo và ñường ảo. Quá trình thiết lập một ñường ảo tách biệt với thiết lập nối kết kênh ảo ñơn.

• Các cơ chế ñiều khiển ñường ảo bao gồm tính toán lộ trình, phân bố dung lượng và lưu giữ thông tin trạng thái nối kết..

• ðể thiết lập kênh ảo, trước tiên phải là một nối kết ñường ảo ñể yêu cầu node ñích thỏa mãn dung lượng sẵn sàng ñể hỗ trợ cho kênh ảo với chất lượng dịch vụ thích hợp. Kênh ảo ñược thiết lập bằng cách lưu trữ thông tin trạng thái ñược yêu cầu (ánh xạ kênh ảo/ñường ảo).

Thuật ngữ ñường ảo và kênh ảo ñược sử dụng trong chuẩn có một chút rối rắm như ñược tổng quan trong bảng 6.1. trong ñó, hầu hết các giao thức lớp mạng có thể tổng quát chỉ liên hệ với giao tiếp người sử dụng và mạng, nội dung của ñường ảo và kênh ảo ñược ñịnh nghĩa trong khuyến nghị của ITU-T xét với các hoạt ñộng ở cả hai giao tiếp người sử dụng và mạng với trong mạng.


Trang 128

Hình 6-3 Thiết lập cuộc gọi dùng ñường ảo.

Sử dụng nối kết kênh ảo

Các ñiểm cuối của VCC có thể là các người sử dụng, các thực thể mạng hoặc một kết cuối người sử dụng và một thực thể mạng trong mọi trường hợp, chuỗi tế bào ñược duy trì trong một VCC, nghĩa là các tế bào ñược phân phối theo trật tự chúng ñược gởi. Xét các ví dụ sử dụng VCC:

• Giữa các người sử dụng: có thể ñược sử dụng ñể mang dữ liệu người sử dụng từ ñầu cuối ñến ñầu cuối, ñồng thời có thể ñược sử dụng ñể mang báo hiệu giữa các user như mô tả bên dưới. Một VPC giữa các user cung cấp cho chúng toàn bộ dung lượng của VPC, việc tổ chức số VCC tối ña giữa hai user cuối, cung cấp tập các VCC trong dung lượng của VPC.

• Giữa một user cuối và một thực thể mạng: Sử dụng cho báo hiệu ñiều khiển cho người sử dụng và mạng. VPC user-mạng có thể ñược sử dụng ñể tổng hợp lưu lượng từ một user và tổng ñài hoặc server của mạng.

• Giữa hai thực thể mạng: Sử dụng ñể quản lý lưu lượng mạng và các chức năng ñịnh tuyến. Một VPC mạng-mạng có thẻ ñược sử dụng ñể ñịnh nghĩa một lộ trình chung cho sự trao ñổi thông tin quản lý của mạng.


Trang 129

Bảng 6-1. Thuật ngữ ñường ảo, kênh ảo Kênh ảo VC (Virtual Channel)

Thuật ngữ tổng quan ñược sử dụng ñể mô tả việc truyền ñơn hướng các tế bào ATM kết hợp với một giá trị ñịnh danh duy nhất

Tuyến kênh ảo

Phương tiện truyền các tế bào ATM ñơn hướng giữa một ñiểm có giá trị VCI ñược gán với một ñiểm mà giá trị ñó ñược chuyển ñổi hoặc kết thúc.

ðịnh danh kênh ảo VCI (Virtual Channel Indentifier) Xác ñịnh tuyến VC với một VPC ñã cho

Nối kết kênh ảo VCC (Virtual Channel Connection)

Sự kết hợp của các tuyến VC mà nối giữa hai ñiểm trong ñó, lớp thích ứng ñược truy cập. Các VCC ñược cung cấp cho mục ñích truyền thông tin giữa user-user, user-mạng hay mạng-mạng. Chuỗi tế bào ñược duy trì cho các tế bào cùng VCC.

ðường ảo VP (Virtual Path)

Thuật ngữ tổng quan ñể mô tả vận chuyển ñơn hướng của các tế bào ATM theo các kênh ảo mà ñược kết hợp bởi một giá trị ñịnh danh chung.

Tuyến ñường ảo

Nhóm các tuyến VC, ñược xác ñịnh bởi một giá trị chung VPI, giữa ñiểm có giá trị VPI ñược gán và ñiểm mà giá trị ñó ñược chuyển ñổi hoặc kết thúc.

ðịnh danh ñường ảo VPI (Virtual Path Indentifier) ðịnh danh tuyến VP cụ thể

Nối kết ñường ảo VPC (Virtual Path Connection)

Một sự kết hợp của các tuyến VP mà nối giữa ñiểm có các giá trị VCI ñược gán với ñiểm các giá trị này ñược chuyển ñổi hoặc giải phóng, nghĩa là dọc theo bó của các tuyến VC mà dùng chung VPI. Các VPC ñược cung cấp cho mục ñích truyền thông tin giữa user-user, user-mạng hay mạng-mạng.

Các ñặc trưng ñường ảo/kênh ảo

Khuyến nghị ITU-T I.150 liệt kê các ñặc trưng của các nối kết kênh ảo như sau:

Chất lượng dịch vụ: Người sử dụng của một VCC ñược cung cấp chất lượng dịch vụ ñặc biệt bởi các tham số như tỷ lệ mất tê bào (là tỷ lệ giữa tế bào bị mất với tế bào ñược truyền) và sự thay ñổi trễ.

Các nối kết kênh ảo chuyển mạch hoặc bán vĩnh viễn: Cả hai nối kết ñược chuyển mạch yêu cầu tín hiệu ñiều khiển cuộc gọi và các kênh riêng có thể ñược cung cấp.

Chuỗi tế bào nguyên vẹn: Chuỗi tế bào ñược truyền trong một VCC ñược duy trì.

Thỏa thuận thông số lưu lượng và giám sát ñộ sử dụng: Các thông số lưu lượng có thể ñược thỏa thuận giữa user và mạng cho mỗi VCC. Các tế bào ñưa ñến VCC ñược giám sát bởi mạng ñể ñảm bảo rằng các thông số ñược thỏa thuận là không bị vi phạm.

Các dạng của thông số lưu lượng mà có thể ñược thỏa thuận bao gồm tốc ñọ trung bình, tốc ñộ ñỉnh, ñộ ñột ngột và thời gian ñỉnh. Mạng có thể cần một số phương án ñể kiểm soát tắc nghẽn và ñể quản lý các VCC ñang tồn tại và ñược yêu cầu. Mạng có thể từ chối các yêu cầu mới cho các VCC ñể tránh nghẽn. Ngoài ra, các tế bào có thể bị hủy nếu các tham số ñược thỏa thuận vi phạm hoặc nếu nghẽn trở nên trầm trọng. Trong tình huống cực xấu, các nối kết ñang tồn tại có thể bị kết thúc.

I.150 còn liệt kê các ñặc trưng cho các VPC. Bốn ñặc trưng ñầu ñã ñược liệt kê cho các VCC. ðó là chất lượng dịch vụ, các VPC chuyển mạch và bán vĩnh viễn, chuối tế bào nguyên vẹn và tham số lưu lượng và giám sát sử dụng cũng là ñặc trưng cho VPC. Có một số trùng hợp. ðầu tiên, sự dư thừa cung cấp tính linh hoạt trong dịch vụ mạng quản lý các yêu cầu của nó. Thứ hai, mạng phải quan tâm ñến toàn bộ yêu cầu cho một VPC và trong VPC, nó có thể thỏa thuận sự thiết lập cho các kênh ảo với các ñặc trưng ñã cho.


Trang 130

Cuối cùng, khi một VPC ñược thiết lập thì nó có thể cho các user ñể thỏa thuận các VCC mới. Các ñặc trưng của VPC tuân thủ theo sự chọn lựa của các user.

Ngoài ra, ñặc trưng thứ 5 ñược liệt kê cho các VPC là:

ðịnh danh kênh ảo chặt chẽ trong một VPC: một hoặc nhiều ñịnh danh kênh ảo hay các số hiệu có thể sẵn sàng cho user của VPC nhưng có thể ñược phục vụ ñể mạng sử dụng. Ví dụ các VCC ñược sử dụng trong quản lý mạng.

Báo hiệu

Trong ATM, cần một cơ chế ñể thiết lập và giải phóng các VPC và VCC. Sự trao ñổi thông tin bao gồm các tiến trình này gọi là báo hiệu và xảy ra trên các nối kết riêng từ nối kết này ñến nối kết khác mà phải ñược quản lý.

Với các VCC, I.150 xác ñịnh 4 phương pháp ñể cung cấp phương tiện thiết lập và giải phóng. Một hay kết hợp giữa chúng sẽ ñược sử dụng trong bất kỳ mạng thực tế nào:

1. Các VCC bán vĩnh viễn có thể ñược sử dụng ñể trao ñổi từ user ñến user. Trong trường hợp này, không có yêu cầu tín hiệu báo hiệu.

2. Nếu không có kênh báo hiệu ñược thiết lập trước thì phải thiết lập một kênh là ót nhất. Với mục ñích này, sự trao ñổi báo hiệu phải ñược tổ chức giữa user và mạng trên một số kênh. Do ñó, ra cần một kênh vĩnh viễn, có xác suất tốc ñộ dữ liệu thấp mà có thể ñược sử dụng ñể thiết lập các VCC mà có thể ñược sử dụng ñể ñiều khiển cuộc gọi. Kênh như thế ñược gọi là kênh siêu báo hiệu (meta-signaling) là kênh ñược sử dụng ñể thiết lập cho các kênh báo hiệu.

3. Kênh siêu báo hiệu có thể ñược sử dụng ñể thiết lập một VCC giữa user và mạng cho báo hiệu của cuộc gọi. Kênh ảo báo hiệu giữa user và mạng có thể ñược sử dụng ñể thiết lập các VCC ñể mang dữ liệu người sử dụng.

4. Kênh siêu báo hiệu còn có thể ñược sử dụng ñể thiết lập một kênh ảo báo hiệu giữa user với user. Kênh như thế phải ñược thiết lập trong một VPC ñược thiết lập trước. Nó có thể ñược sử dụng sau này ñẻ cho phép hai user cuối, mà không có sự can thiệp của mạng, ñể thiết lập và giải phóng các VCC từ user ñến user ñể mang dữ liệu của người sử dụng.

Với các VPC, có ba phương thức ñược ñịnh nghĩa trong I.150:

Một VPC có thể ñược thiết lập trên cơ sở bán vĩnh viễn bởi sự thỏa thuận trước. Trong trường hợp này, không yêu cầu báo hiệu.

Việc thiết lập và giải phóng VPC có thể ñược ñiều khiển từ phía khách hàng. Trong trường hợp này, khách hàng sử dụng một VCC báo hiệu ñể yêu cầu một VPC từ mạng.

Việc thiết lập và giải phóng VPC có thể ñược ñiều khiển từ mạng. Trong trường hợp này, mạng thiết lập một VPC thích hợp cho nó. ðường dẫn có thể từ mạng ñến mạng, từ user ñến mạng hoặc từ user ñến user.

3. CÁC TẾ BÀO ATM

ATM là một thủ tục truyền dẫn dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian bất ñồng bộ sử dụng các ñơn vị dữ liệu gọi là tế bào có kích thước cố ñịnh. Các tế bào này gồm 52 octets, trong ñó, có 5 octets header và 48octets thông tin. Có một số ưu ñiểm do


Trang 131

kích thước cố ñịnh và nhỏ của tế bào ATM. Trước hết, chúng có thể giảm ñộ trễ hàng ñợi cho một tế bào có ñộ ưu tiên cao, nó ít phải chờ hơn khi nó ñi ñến sau một tê bào có ñộ ưu tiên thấp hơn mà có thể giàng quyền truy cập vào tài nguyên. Thứ hai, các tế bào có kích thước cố ñịnh có thể ñược chuyển mạch hiệu quả hơn, quan trọng là phục vụ cho các tốc ñộ dữ liệu rất cao trong ATM. Với các tế bào có kích thước cố ñịnh thì nó dễ thực hiện cơ chế chuyển mạch trong phần cứng hơn.

Dạng header

Hình 6-4 Tế bào ATM.

Hình 6-4a cho thấy dạng header trên giao tiếp người sử dụng-mạng. Hình 6-4b là dạng header trong mạng, trong ñó, trường ñiều khiển luồng chung thực hiện các chức năng cục bộ chỉ trong giao tiếp người sử dụng và mạng. ðịnh danh kênh ảo ñược mở rộng từ 8 thành 12 bit, ñiều này cho phép hỗ trợ mở rộng số VPC trong mạng ñể bổ sung sự hỗ trợ cho các thuê bao cũng như các yêu cầu trong quản lý mạng.

Trường ñiều khiển luồng chung GFC (Genaral Flow Control) không có mặt trong header tế bào trong mạng mà chỉ có mặt ở giao tiếp người sử dụng và mạng. Do ñó, nó có thể ñược sử dụng ñể ñiều khiển luồng tế bào chỉ trên giao tiếp cục bộ người sử dụng và mạng. Trường này có thể ñược sử dụng ñể hỗ trợ khách hàng trong việc ñiều khiển luồng lưu lượng cho các chất lượng dịch vụ khác nhau. Một ứng cử cho việc sử dụng trường này là bộ chỉ thị mức ña ưu tiên ñể ñiều khiển luồng thông tin theo cách phụ thuộc dịch vụ. trong trường hợp này, có chế GFC ñược sử dụng ñể làm dịu các tình trạng quá tải ngắn hạn trong mạng.

ðịnh danh ñường ảo VPI (Virtual Path Identifier) cấu thành một trường ñịnh tuyến cho mạng. Nó là 8 bit ở giao tiếp người sử dụng và mạng và 12 bit trong giao diện mạng - mạng, cho phép nhiều kênh ảo hơn ñược hỗ trợ trong mạng. ðịnh danh kênh ảo VCI (Virtual Channel Identifier) ñược sử dụng ñể ñịnh tuyến từ/ñến user. Như vậy, nó thực hiện chức năng như một ñiểm truy cập dịch vụ.


Trang 132

Trường tải trọng chỉ thị loại thông tin trong trường thông tin. Bảng 6.2 chú giải các bit trong trường PT. Giá trị 0 bit ñầu chỉ thị thông tin người sử dụng, nghĩa là thông tin ở lớp cao hơn bên trên. Trong trường hợp nàt, bit thứ hai chỉ thị có nghẽn hay không, bit thứ ba là bit chỉ thị người sử dụng ATM này ñến người sử dụng ATM kia, là trường 1 bit mà có thể ñược sử dụng ñể mang thông tin giữa các người sử dụng. giá trị bằng 1 trong bit ñầu chỉ thị tế bào mang thông tin quản lý hoặc ñiều hành mạng. Chỉ thị này cho phép chèn các tế bào quản lý mạng vào trong VCC của người sử dụng mà không va chạm với dữ liệu người sử dụng, do ñó cung cấp thông tin ñiều khiển trong băng.

Bảng 6-2. Mã trường tải trọng PT (PayloadType)

Mã PT Giải thích

000 Tế bào người sử dụng, AAU=0, không nghẽn 001 Tế bào người sử dụng, AAU=1, không nghẽn 010 Tế bào người sử dụng, AAU=0, nghẽn 011 Tế bào người sử dụng, AAU=0, nghẽn 100 Tế bào OAM F5 kết hợp ñoạn 101 Tế bào OAM F5 kết hợp ñầu cuối ñến ñầu cuối 110 Tế bào quản lý tài nguyên 111 Chưa dùng, dự trữ cho tương lai

AAU: ATM user to ATM user.

Trường ưu tiên mất tế bào CLP (cell-loss priority) ñược sử dụng ñể hướng dẫn tế bào có thể bị hủy trong quá trình nghẽn mạng hay không.Giá trị 0 chỉ thị rằng tế bào có ñộ ưu tiên tương ñối cao hơn tế bào có CLP=1. Tế bào có CLP=1 có thể hủy trước các tế bào có CLP=0. Mạng có thể thiết lập CLP tế bào lên 1 khi vi phạm các tham số lưu lượng ñược thỏa thuận giữa người sử dụng và mạng.

ðiều khiển lỗi header

Mỗi tế bào ATM có trường ñiều khiển lỗi header HEC (header error control) 8 bit tính toán dựa trên 32 bit còn lại của header. ða thức sử dụng sinh mã là x8+x2+x+1. Trong nhiều giao thức hiện nay có bao gồm ñiều khiển lỗi như HDLC và LAPF thì dữ liệu mà phục vụ ngõ vào tính toán mã lỗi là lớn hơn kích thước mã lỗi, ñiều này cho phép chỉ phát hiện lỗi. Trong trường hợp của ATM, ngõ vào ñể tính toán chỉ là 32 bit so ới 8 bit của mã. Nên mã ñược sử dụng không chỉ có khả năng phát hiện lỗi mà còn có khả năng sửa lỗi trong một sô trường hợp, vì chúng có ñủ ñộ dư thừa ñể khôi phục lỗi trong mẫu dữ liệu tưong ứng.

Hình 6-5 Hoạt ñộng HEC ở bên thu.


Trang 133

Hình 6-6 Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển lỗi.

Hình 6-5 mô tả hoạt ñộng của thuật toán HEC ở bên thu. Khi bắt ñầu, thuật toán hiệu chỉnh lỗi bên thu mặc ñịnh ở chế ñộ hiệu chỉnh lỗi. Khi tế bào ñược tiếp nhận thì tiến hành tính toán HEC và so sánh. Nếu không có lỗi ñược phát hiện thì bên thu duy trì kiểu hiệu chỉnh lỗi. Khi phát hiện ñược một lỗi thì bên thu sẽ hiệu chỉnh lỗi ñó nếu nó là lỗi 1 bit hoặc sẽ phát hiện ñược nếu nhiều bit bị lỗi, khi ñó, bên thu sẽ chuyển sang kiểu phát hiện lỗi. Trong kiểu này, nó không cố gắn hiệu chỉnh lỗi vì có thể có một lỗi chùm hay những sự kiện mà gây ra các lỗi liên tục và HEC không ñủ khả năng hiệu chỉnh. Bên thu sẽ duy trì kiểu phát hiện lỗi này nếu vẫn tiếp tục nhận các tế bào lỗi. Khi một tế bào ñược kiểm tra là không có lỗi trở lại thì bên thu sẽ chuyển kiểu hoạt ñộng về hiệu chỉnh lỗi. Lưu ñồ Hình 6-6 cho thấy trình tự ñiều khiển lỗi trong header của tế bào.

Chức năng bảo vệ lỗi cung cấp khả năng khôi phục từ các lỗi header bit ñơn và xác xuất phân phối các tế bào dưới các ñiều kiện lỗi chùm thấp. Các ñặc trưng lỗi của các hệ thống truyền dẫn sợi có thể trộn lẫn giữa các lỗi ñơn và lỗi chùm. Với nhiều hệ thống truyền dẫn, khả năng hiệu chỉnh lỗi sẽ mất khá nhiều thời gian mà không cần thiết. Hình 6-7 dựa trên ITU-T I.431, cho thấy rằng các lỗi bit ngẫu nhiên va chạm với xác suất xuất hiện hủy tế bào và các tế bào hợp lệ bị lỗi trong header khi thực hiện HEC.


Trang 134

Hình 6-7 Va chạm các lỗi bit ngẫu nhiên trong thực thi HEC.

4. TRUYỀN CÁC TẾ BÀO ATM

Các khuyến nghi ITU-T cho ISDN băng rộng cung cấp một số chi tiết trên tốc ñộ dữ liệu và các kỹ thuật ñồng bộ cho việc truyền dẫn các tế bào ATM qua giao tiếp người sử dụng và mạng. Phương pháp ñược thực hiện trên ISDN băng rộng còn ñược sử dụng trong nhiều mạng ATM khác nhau.

BISDN xác ñịnh rằng các tế bào ATM ñược truyền ở tốc ñộ 155.52Mbps hoặc 622.08Mbps. như với ISDN, ta cần xác ñịnh cấu trúc truyền dẫn sẽ ñược sử dụng ñể mang tải trọng này. Với 622.08Mbps, sẽ ñược xét sau. Với giao tiếp 155Mbps,hai phương án ñược ñịnh nghĩa trong I.431, ñó là lớp vật lý cơ sở tế bào và lớp vật lý cơ sở SDH. Ta sẽ xét các phương án này một cách lần lượt.

Lớp vật lý cơ sở tế bào

Với lớp vật lý cơ sở tế bào, không buột phải ñóng khung. Cấu trúc giao tiếp bao gồm chuỗi tế bào 53octets liên tục. Bởi vì không có các khung bên ngoài trong phương pháp cơ sở tế bào, nên một số dạng ñồng bộ hóa là cần thiết. ðồng bộ hóa ñạt ñược trên cơ sở trường HEC ñiều khiển lỗi header trong header của tế bào. Thủ tục này như sau (Hình 6-8):

1. Trong trạng thái HUNT, thuật toán mô tả tế bào ñược thực hiện từng bit ñể xác ñịnh nếu quy tắc mã hóa HEC ñược tiến hành (nghĩa là thích hợp giữa HEC nhận ñược với HEC ñược tính). Khi sự thích hợp xảy ra thì nó cho rằng header ñã ñược tìm thấy và phương pháp chuyển vào trạng thái PRESYNC.

2. Trong trạng thái PRESYNC, cấu trúc tế bào ñược thừa nhận. Thuật toán mô tả tế bào ñược tiến hành từng tế bào cho ñến khi quy tắc mã hóa ñược xác nhận liên tục δ lần.

3. Trong trạng thái SYNC, HEC ñược sử dụng ñể phát hiện và hiệu chỉnh lỗi. Mô tả tế bào ñược chấp nhận bị mất nếu quy tắc mã hóa HEC ñược nhận thấy không phù hợp α lần liên tục.


Trang 135

Hình 6-8 Giản ñồ trạng thái mô tả tế bào.

Các giá trị α và δ là các tham số thiết kế. Các giá trị lớn hơn của δ cho kết quả các ñộ trễ lớn hơn trong việc thiết lập ñồng bộ hóa nhưng lại mạnh hơn trong mô tả sai. Giá trị lớn hơn của α cho các ñộ trễ lớn trong việc nhận dạng sự mất ñồng bộ nhưng lại mạnh hơn mất ñồng bộ sai. Hình 6-9 và Hình 6-10 cho thấy va chạm của các lỗi bit ngẫu nhiên trong khi thực hiện mô tả tế bào với các giá trị α và δ thay ñổi. Hình ñầu tiên cho thấy thời gian trung bình bên nhận duy trì ñồng bộ hóa ñối với lỗi với tham số α. Hình thứ hai mô tả thời gian trung bình ñồng bộ hóa ñạt ñược như một hàm của tỷ lệ lỗi với tham số δ.

Ưu ñiểm của việc sử dụng sơ ñồ truyền dẫn cơ sở tế bào là giao tiếp ñơn giản nhất khi các chức năng truyền dẫn và kiểu truyền dựa trên một cấu trúc chung.

Hình 6-9 Va chạm các lỗi ngẫu nhiên trong việc thực hiện mô tả tế bào.


Trang 136

Hình 6-10 Thời gian ñạt ñược ñồng bộ với xác xuất bit lỗi.

Lớp vật lý trên cơ sở SDH

Các tế bào ATM có thể ñược mang trên ñường truyền sử dụng phân cấp số ñồng bộ SDH (synchronous digital hierachy) hoặc SONET. Với lớp vật lý cơ sở tế bào, khung bắt buộc sử dụng khung STM-1. Hình 6-11 trình bày phần tải trọng của khung STM-1. tải trọng này có thể ñược phân ñoạn từ vị trí bắt ñầu khung ñược chỉ thị bởi con trỏ trong phần thông tin dẫn ñường của khung. Ta có thể thấy rằng, tải trọng bao gồm phần thông tin dẫn ñường 9octets và phần còn lại chứa các tế bào ATM. Bởi vì dung lượng tải trọng (2340 octets) không phải là bội số của kích thước tế bào (53octets) và tế bào có thể vượt qua giới hạn tải trọng.

Octets H4 trong thông tin dẫn ñường ñược thiết lập ở nơi gởi ñể chỉ thị sự kiện tiếp theo của tế bào biên. Nghĩa là, giá trị trong H4 chỉ thị số octets trong tế bào biên ñầu tiên sau octets H4 và giá trị này trong khoảng từ 0 ñến 52.

Hình 6-11Tải trọng STM-1 cho truyền dẫn tế bào ATM cơ sở SDH.

Ưu ñiểm của phương pháp cơ sở SDH gồm:


Trang 137

• Nó có thể ñược sử dụng ñể mang các tải trọng trên cơ sở ATM hoặc STM (synchronous transfer mode) làm cho nó có khả năng triển khai trên cơ sở hạ tầng truyền dẫn sợi dung lượng cao cho chuyển mạch kênh và các ứng dụng riêng và sau ñó nâng cấp ñể có thể hỗ trợ cho ATM.

• Một số nối kết ñặc biệt có thể là chuyển mạch kênh sử dụng một kênh truyền SDH. Ví dụ, nối kết mang lưu lượng video tốc ñộ bit không ñổi có thể ñược ánh xạ trong kênh SDH của nó ngoại trừ ñường bao tải trọng của tín hiệu STM-1 có thể là chuyển mạch kênh. Kết quả này có thể hiệu quả hơn chuyển mạch ATM.

• Việc sử dụng các kỹ thuật ghép kênh ñồng bộ SDH có một số luồng ATM có thể ñược kết hợp ñể xây dựng các giao tiếp với các tốc ñộ bit cao hơn ñược hỗ trợ bởi lớp ATM tại một nơi nào ñó. Ví dụ bốn luồng ATM riêng biệt, mỗi luồng có tốc ñộ 155Mbps (STM-1), có thể ñược kết hợp thành giao tiếp 622Mbps (STM-4). Hoạt ñộng này có thể mang lại nhiều hiệu quả hơn một luồng ñơn ATM 622Mbps.

5. LỚP THÍCH ỨNG ATM

Sử dụng ATM tạo ra nhu cầu một lớp thích ứng ñể hỗ trợ cho các giao thức truyền dẫn thông tin phi ATM. Ví dụ là thoại PCM và LAPF. Thoại PCM là một ứng dụng mà tạo ra dòng bit từ tín hiệu thoại. ðể áp dụng ứng dụng này trên ATM cần kết hợp các bit PCM vào trong các tế bào ñể phát ñi và ñọc chúng khi tiếp nhận với kết quả thu ñược một luồng bit tốc ñộ không ñổi và ñều ñặn. LAPF làmột chuẩn giao thức tuyến dữ liệu cho frame relay. Trong môi trường hỗ hợp, trong các mạng frame relay nối kết với các mạng ATM thì cách thông thường tích hợp cho cả hai là ánh xạ các khung LAPF vào trong các tế bào ATM, ñiều này làm phân ly các khung LAPF thành các tế bào ñể truyền và sự tái kết hợp thành khung từ các tế bào khi nhận ñược. Với sự cho phép sử dụng LAPF trên ATM, tất cả các ứng dụng và các giao thức báo hiệu của frame relay hiện tại ñều có thể ñược sử dụng trong mạng ATM.

Các dịch vụ AAL

ITU-T I.362 liệt kê các dịch vụ ñược cung cấp bởi AAL:

• Kiểm soát lỗi truyền.

• Phân ñoạn và tái hợp ñể cho phép các khối lớn ñược mang trong trường thông tin của các tế bào của ATM.

• Kiểm soát các tình trạng mất và chèn tế bào sai.

• ðiều khiển luồng và ñồng bộ.

ðể tối giản sự khác biệt giữa các giao thức AAL mà có thể ñược xác ñịnh ñể thỏa mãn các nhu cầu khác nhau, ITU-T ñịnh nghĩa 4 lớp dịch vụ mà bao hàm một phạm vi yêu cầu rộng (Hình 6-12). Sự phân lớp dựa trên mối quan hệ ñịnh thời phải ñược duy trì giữa nguồn và ñích hay không, trong ñó, ứng dụng yêu cầu tốc ñộ bit cố ñịnh hay thay ñổi, truyền kết nối có hướng hay không kết nối. Ví dụ, dịch vụ A là chuyển mạch kênh, trong trường hợp này, tốc ñộ bit là cố ñịnh, yêu cầu quan hệ thời gian giữa nguồn và ñích phải ñược duy trì, kiểu truyền nối kết có hướng. Ví dụ của lớp B là dịch vụ video tốc ñộ bit thay ñổi ví dụ như truyền hình hội nghị. Ứng dụng này truyền nối kết có hướng và vấn ñề ñịnh thời là quan trọng nhưng tốc ñộ bit có thể thay ñổi, tùy thuộc vào tính ñộng của


Trang 138

cảnh quan. Lớp C và D tương ứng với các ứng dụng truyền dữ liệu. Trong cả hai trường hợp, tốc ñộ bit thay ñổi và không có mỗi quan hệ thời gian giữa nguồn và ñích một cách cụ thể. Sự khác biệt giữa hai lớp này là nối kết có hướng ở lớp C và không nối kết ở lớp D.

Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Quan hệ thời gian giữa nguồn và

ñích

Yêu cầu

Không yêu cầu

Tốc ñộ bit Không ñổi Thay ñổi Kiểu kết nối Kết nối có hướng Không kết nối

Giao thức AAL AAL-1 AAL-2 AAL-3/4, 5 AAL-3/4 Hình 6-12 Phân lớp dịch vụ của AAL.

Hình 6-13 Tốc ñộ bit của các dịch vụ.

Các giao thức AAL

Hình 6-14 Phân lớp trong Lớp thích ứng AAL.

ðể hỗ trợ các lớp khác nhau của dịch vụ, một tập hợp các giao thức AAL ñược ñịnh nghĩa. Lớp AAL ñược tổ chức trong hai phân lớp một cách logic: Phân lớp hội tụ CS


Trang 139

(Convergency Sublayer) và phân lớp phân ñoạn và tái hợp SAR (Segmentation and Reassembly Sublayer). Phân lớp hội tụ cung cấp các chức năng cần thiết ñể hỗ trợ các ứng dụng ñặc biệt sử dụng AAL. Mỗi user AAL nối với AAL ở ñiểm truy cập dịch vụ SAP (Service Access Point) ñể xác ñịnh ứng dụng. Phân lớp này phụ thuộc vào dịch vụ.

Phân lớp phân ñoạn và tái hợp tưng ứng với thông tin ñóng gói nhận ñược từ CS vào trong các tế bào ñể truyền và thông tin mở gói ở nơi nhận. ta có thể thấy rằng ở lớp ATM, mỗi tế bào bao gồm 5 octets header và trường thông tin 48octets. Như vậy, SAR phải ñóng gói mọi header SAR và phần ñôi cùng với thông tin CS vào trong các khối 48octets (Hình 6-14).

Ban ñầu ITU-T ñịnh nghĩa một kiểu giao thức cho mỗi lớp dịch vụ ñặt tên từ kiểu 1 cho ñến kiểu 4. Thực ra, mỗi lớp bao gồm hai giao thức, một giao thức ở phân lớp CS và một giao thức ở phân lớp SAR. Gần ñây, kiểu 3 và kiểu 4 ñược kết hợp với nhau thành kiểu ¾ và thêm một kiểu mới nữa ñược ñịnh nghĩa, ñó là kiểu 5. Hình 6-12 chỉ ra các dịch vụ ñược hỗ trợ bởi các kiểu này. Trong tấtcả các trường hợp, khối dữ liệu từ lớp cao hơn ñược ñóng gói vào trong một ñơn vị dữ liệu giao thức PDU (Protocol Data Unit) ở phân lớp CS. Thực ra, phân lớp này ñược xem là phần chung phân lớp hội tụ CPCS (common-part convergence sublayer) mà cho phép mở ra khả năng bổ sung, các chức năng ñặc biệt có thể ñược tiến hành ở lớp CS. PDU CPCS sau ñó ñược chuyển qua phân lớp SAR, ở ñó, nó ñược chia thành các khối tải trọng. Mỗi khối tải trọng có thể phù hợp với một SAR-PDU có kích thước là 48octets và tất nhiên cũng phù hợp với tế bào ATM.

Hình 6-15 Các ñơn vị dữ liệu trong giao thức phân ñoạn và tái hợp SAR.

Hình 6-15 trình bày dạng ñơn vị dữ liệu giao thức PDU ở lớp SAR cho các kiểu trừ kiểu 2 vì kiểu này vẫn chưa ñược ñịnh nghĩa.

Xét kiểu AAL-5 là kiểu hiện nay ñang ngày càng trở nên phổ biến, ñặc biệt trong các ứng dụng ATM LAN. Giao thức này ñược giới thiệu ñể cung cấp phương tiện vận chuyển phù hợp với các giao thức lớp cao hơn là nối kết có hướng. Nếu nó ñược giả sử rằng lớp cao hơn cần thiết sự quản lý nối kết và lớp ATM có lỗi là tối thiểu thì hầu hết các trường trong SAR và CPCS PDU là không cần thiết. Ví dụ, với dịch vụ nối kết có hướng, trường MID là không cần thiết. Trường này ñược sử dụng trong AAL-3/4 ñể ghép các


Trang 140

dòng khác nhau của dữ liệu sử dụng cùng kênh nối kết ảo ATM (VCI/VPI). Trong AAL-5, nó ñược cho rằng phần mềm lớp cao hơn thực hiện việc ghép kênh này.

AAL-5 ñược ñề xuất ñể:

• Giảm thông tin dẫn ñường giao thức xử lý.

• Giảm thông tin dẫn ñường truyền dãn.

• ðảm bảo thích hợp với các giao thức vận chuyển hiện nay.

ðể hiểu ñược hoạt ñộng của AAL-5,ta bắt ñầu với lớp CPCS. Một CPCS-PDU (Hình 6-16) bao gồm phần ñuôi với các trường sau:

Hình 6-16 CPCS PDU.

Chỉ thị user-user CPCS (CPCS User-User Indication) 1octet- sử dụng ñể truyền trong suốt thông tin giữa người sử dụng ñến người sử dụng.

Kiểm tra dư thừa vòng (Cyclic Redudancy Check) 4octets – sử dụng ñể phát hiện các lỗi bit trong CPCS PDU.

Chỉ thị phần chung (Common Part Indicator) 1 octet – chỉ thị sự thể hiện của i trong ñuôi CPCS-PDU. Hiện nay, chỉ có một sự thể hiện ñược ñịnh nghĩa.

ðộ lớn (length) 2 octets – chiều dài của trường tải trọng CPCS PDU.

Tải trọng từ lớp cao hơn tiếp theo ñược ñệm thêm ñể ñảm bảo rằng toàn bộ CPCS PDU là bội số của 48octets.


Trang 141

SAR-PDU bao gồm 48octets tải trọng chỉ mang một phần của CPCS PDU. Thiếu sót của giao thức là thông tin dẫn ñường có vài mối liên quan sau:

Do không có số thứ tự nên bên nhận phải giả sử rằng tất cả các SAR-PDU ñến theo trật tự thích hợp ñể tái hợp. trường CRC tront CPCS-PDU ñược hướng ñến ñể kiểm tra trật tự này.

Thiếu trường MID nghĩa là không có khả năng chèn tế bào từ các CPCS-PDU khác. Do ñó, mỗi SAR-PDU mang một phần của CPCS-PDU hiện tại hoặc khối ñầu của CPCS-PDU tiếp theo. ðể phân biệt giữa hai trường hợp này, chỉ thị ATM user-user bit AAU trong trường tải trọng của header tế bào ATM ñược sử dụng (Hình 6-16). Một CPCS-PDU bao gồm các SAR-PDU liên tục hoặc không với AAU =0 ngay sau bởi một SAR-PDU có AAU=1.

Thiếu trường LI nghĩa là không có cách phân biệt giữa các octets của CPCS-PDU với các bit làm ñầy trong SAR-PDU cuối. Do ñó, không có cách cho SAR tìm ñuôi CPCS-PDU trong SAR-PDU cuối cùng. ðể tránh ñiều này, yêu cầu tải trọng CPCS-PDU phải ñược ñệm thêm ñể bit cuối cùng của ñuôi CPCS-PDU xuất hiện như bit cuối của SAR-PDU cuối cùng.

Hình 6-17 cho thấy một ví dụ truyền AAL-5. CPCS-PDU bao gồm phần ñệm và ñuôi chia hết cho các khối 48octets. Mỗi khối ñược truyền trong 1 tế bào ATM.

Hình 6-17 Ví dụ truyền AAL-5.


Trang 142

6. ðIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ ðIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN

Cũng như trong các mạng frame relay, các kỹ thuật ñiều khiển lưu lượng và ñiều khiển tắc nghẽn song sóng với cáchoạt ñộng khác trong các mạng ATM. Nếu không có những kỹ thuật như vậy, lưu lượng từ các node của người sử dụng có thể vượt dung lượng của mạng, khiến các bộ ñệm của các chuyển mạch ATM có thể bị tràn và dẫn ñến mất dữ liệu.

Các mạng ATM gặp khó khăn trong bài toán ñiều khiển nghẽn hiệu quả mà không tìm thấy trong những mạng khác như frame relay hoặc X.25. Sự phức tạp của vấn ñề ñược kết hợp bởi số bit thông tin dẫn ñường giới hạn ñể sử dụng ñiều khiển trên luồng các tế bào của người sử dụng. ðây là nơi nhắm ñến của các nhà nghiên cứu và không có sự nhất trí rõ rệt cho phương án ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn ñang phát triển mạnh hiện nay. Theo ITU-T ñịnh nghĩa một tập khả năng ban ñầu của ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn nhắm ñến các cơ chế ñơn giản và hiệu quả mạng thực tế.

Ta xem xét tổng quan bài toán nghẽn và cơ chế ñược chấp thuận bởi ITU-T. Ta thấy rằng tiêu ñiểm của cơ chế là nằm trong sơ ñồ ñiều khiển cho lưu lượng nhạy trễ như thoại hoặc video. Nhưng các sơ ñồ này không thích hợp ñể ñiều khiển cho lưu lượng có tính ñột ngột mà là ñối tượng nghiên cứu và cố gắng tiêu chuẩn hóa hiện nay. Kế ñến là vấn ñề ñiều khiển lưu lượng mà ñược xem như một tập hành ñộng ñược tiến hành bởi mạng ñể ngăn ngừa tắc nghẽn. Cuối cùng, ta xét ñến ñiều khiển nghẽn là một tập hành ñộng ñược thực hiện bởi mạng ñể tối thiểu hóa cường ñộ, sự lan rộng và thời gian nghẽn khi nghẽn xuất hiện.

Các khuyến nghị ñiều khiển lưu lượng và nghẽn cho ATM

Cả hai dạng lưu lượng trong mạng ATM và các ñặc trưng truyền dẫn của mạng này là khác với các mạng chuyển mạch trước ñây. Hầu hết các mạng chuyển mạch gói và frame relay chỉ mang lưu lượng dữ liệu không thời gian thực. Tiêu biểu là lưu lượng trên các kênh ảo riêng hay các nối kết frame relay là ñột ngột. Và kết quả là:

1. Mạng không cần bản sao của mẫu ñịnh thời chính xác của lưu lượng ñưa ñến ở node ngõ ra.

2. Do ñó, ghép kênh thống kê ñơn giản có thể ñược sử dụng ñể cung cấp ghép kênh cho các nối kết logic trên giao tiếp vật lý giữa người sử dụng và mạng. Tốc ñộ trung bình ñược yêu cầu cho mỗi nối kết nhỏ hơn tốc ñộ ñột ngột của nối kết ñó và giao tiếp người sử dụng và mạng UNI chỉ cần ñược thiết kế dung lượng lớn hơn tổng tốc ñộ dữ liệu trung bình cho mỗi nối kết.

Một số công cụ hiện có ñể ñiều khiển tắc nghẽn cho các mạng chuyển mạch gói và frame relay ta ñã biết trong các chương trước. Các sơ ñồ ñiều khiển tắc nghẽn này là không thích hợp cho các mạng ATM vì:

1. ða số lưu lượng là không tuân theo ñiều khiển luồng. Ví dụ, các nguồn thoại và video không thể ngưng phát các tế bào khi mạng bị nghẽn.

2. Phản hồi chậm về với thời ñiểm truyền tế bào suy giảm trầm trọng so với các trễ lan truyền qua mạng.

3. Các mạng ATM hỗ trợ các ứng dụng rộng yêu cầu dung lượng trong phạm vi lớn từ vài kbps ñến vài trăm Mbps. Các sơ ñồ ñiều khiển tắc nghẽn ñơn giản thường chỉ thỏa mãn một trong những khoảng nhỏ trong phạm vi này.


Trang 143

4. Các ứng dụng trong mạng ATM có thể tạo ra các mẫu lưu lượng rất khác biệt (ví dụ, tốc ñộ bit không ñổi với tốc ñộ bit thay ñổi). Khó khăn cho các kỹ thuật ñiều khiển nghẽn thông thường ñể kiểm soát công bằng.

5. Các ứng dụng khác nhau trong mạng ATM yêu cầu các dịch vụ mạng khác nhau (ví dụ dịch vụ nhảytễ như thoại hoặc video và dịch vụ không nhạy trễ như dữ liệu).

6. Tốc ñộ rất cao của chuyển mạch và truyền dẫn khiến các mạng ATM có nhiều nguy hiểm khi ñiều khiển nghẽn và lưu lượng. Sơ ñồ nặng về tác ñộng nhanh với sự thay ñổi sẽ cực kỳ dao ñộng và tồi tệ trong chính sách ñịnh tuyến và ñiều khiển luồng.

Lý do chính là bởi sử thay ñổi trễ tế bào ña dạng trong các dịch vụ. Ta sẽ xét vấn ñề này.

Biến ñổi trễ tế bào

Trong mạng ATM, tín hiệu thoại và video có thể ñược số hóa và truyền thành dòng các tế bào. Yêu cầu chính yếu, ñặc biệt ñối với thoại, là trễ qua mạng ngắn. Như ñã xét, ATM ñược thiết kế ñể tối thiểu hóa thông tin dẫn ñường xử lý và truyền dẫn ñể mạng chuyển mạch các tế bào và ñịnh tuyến cho chúng nhanh ñến mức có thể.

Một yêu cầu quan trọng nữa, ñó là có những sự mở rộng, tranh chấp với các yêu cầu trước gọi là tốc ñộ phân phối tế bào ñến người sử dụng ñích phải là hằng số. Như vậy, không thể tránh ñược rằng có một số thay ñổi trong tốc ñộ phân phối tê bào trong mạng và ở nguồn UNI. Trước tiên, ta xét người sử dụng ñích có thể giải quyết sự biến ñổi trễ tế bào khi truyền từ user nguồn ñến user ñích như thế nào.

Thủ tục tổng quan ñể ñạt ñược tốc ñộ bit không ñổi CBR (constant bit rate) ñược mô tả trong Hình 6-18. ðặt D(i) biểu thị trễ end-to-end của tế bào thứ i. Hệ thống ñích không biết chính xác lượng trễ này, không có thông tin ñịnh thời kết hợp với mỗi tế bào và thậm chí không thể giữ các ñồng hồ nguồn và ñích ñồng bộ hoàn toàn ñược. Khi tế bào ñầu trên nối kết ñưa ñến ở thời ñiểm t(0) thì user ñích trễ một tế bào cộng với V(0) trước khi phân phối ứng dụng. V(0) là ước lượng lượng biến ñổi trễ tế bào mà ứng dụng này có thể có và cũng giống như quá trình trong mạng.

Các tế bào sau ñó bị trễ ñể chúng có thể ñược phân phối ñến user với tốc ñộ bit không ñổi là R tế bào trong một giây. Thời gian giữa việc phân phối các tế bào ñến ứng dụng ñích là δ=1/R. ðể nhận ñược tốc ñộ cố ñịnh, tế bào tiếp theo bị trễ một lượng V(1) thỏa mãn ñiều kiện sau:

t(1)+V(1)=t(0)+V(0)+δ

Nên:

V(1)=V(0)=[t(1)=t(0)+δ]

Tổng quan:

V(i)=V(0)=[t(i)=t(0)+i*δ]

Ta có thể triển khai:

V(i)=V(i-1)*[t(i)-t(i-1)+δ]


Trang 144

Hình 6-18 Thời gian tái hợp của các tế bào CBR.

Nếu giá trị V(i) là âm thì tế bào ñó sẽ bị hủy. Như vậy, dữ liệu ñược phân phối ñến lớp cao hơn với tốc ñộ không ñổi nhưng thỉnh thoảng có những tế bào bị hủy.

Lượng trễ ban ñầu V(0) còn là trễ trung bình áp dụng cho tất cả các tế bào ñến là một chức năng của sự thay ñổi trễ tế bào ñược lường trước. ðể tối thiểu ñộ trễ này thì thuê bao sẽ phải yêu cầu sự thay ñổi trê tối thiểu từ nhà cung cấp mạng. Yêu cầu này dẫn ñến một sự dung hòa, thay ñổi trễ tế bào có thể ñược giảm bằng cách tăng tôc ñộ dữ liệu ở UNI thay vì tải và bằng cách tăng tài nguyên trong mạng.

Phân bố mạng với sự thay ñổi trễ tế bào

Một thành phần trong thay ñổi trễ ñối với các sự kiện trong mạng. Với các mạng chuyển mạch gói (sự thay ñổi trễ gói có thể ñược xác ñịnh) ñối với các ảnh hưởng của hàng ñợi ở mỗi node chuyển mạch trung gian, với một phạm vi nhỏ hơn, thì ñiều này cũng ñúng với sự thay ñổi trễ khung trong các mạng frame relay. Tuy nhiên, trong trường hợp các mạng ATM, các sự thay ñổi trễ tế bào ñối với các ảnh hưởng mạng gần tối thiểu, các kết quả thực tế của vấn ñề này như sau:

1. Giao thức ATM ñược thiết kế ñể tối giản xử lý thông tin dẫn ñường ở các node chuyền mạch trung gian. Các tế bào có kích thước cố ñịnh với các dạng header cố ñịnh và không có tiến trình ñiều khiển luồng và lỗi ñược yêu cầu.

2. ðể cung cấp tốc ñộ cao trong mạng ATM, các chuyển mạch ATM ñược thiết kế ñể cung cấp thông lượng cực lớn. Như vậy, thời gian xử lý cho tế bào riêng tại mỗi node là không ñáng kể.

Chỉ có dữ liệu mà có thể dẫn tới sự thay ñổi trễ tế bào ñáng kể trong một mạng nghẽn. Nếu mạng bắt ñầu bắt ñầu nghẽn thì các tế bào nào ñó phải bị hủy hoặc sẽ có ñộ trễ hàng ñợi ảnh hưởng ñến các chuyển mạch. Như vậy, ñiều quan trọng là tổng tải chấp nhận bởi mạng ở mọi thời ñiểm không ñược là nguyên nhân gây nghẽn.


Trang 145

Sự thay ñổi trễ tế bào tại UNI

Thậm chí với những ứng dụng sinh ra dữ liệu ñể truyền dẫn với tốc ñộ bit cố ñịnh thì sự thay ñổi trễ tế bào cũng có thể xuất hiện ở nguồn ñối với tiến trình thực hiện qua 3 lớp trong mô hình ATM.

Hình 6-19 Nguồn gốc thay ñổi trễ tế bào.

Hình 6-19 mô tả các nguyên nhân chủ yếu gây thay ñổi trễ tễ bào. Trong ví dụ này, các nối kết ATM của A và B phải hỗ trợ các tốc ñộ của user lã và Y Mbps một cách tương ứng. Ở lớp AAL, dữ liệu ñược phân ñoạn thành khối 48 octets. Chú ý rằng trên giãn ñồ thời gian, các khối xuất hiện có kích thước khác nhau trên hai nối kết, ñặc biệt, thời gian yêu cầu tạo ra khối 48octets của dữ liệu theo ñơn vị µs là:

Nối kết A: 48*8X

Nối kết B: 48*8Y

Lớp ATM ñóng gói mỗi ñoạn vào trong tế bào 53octets. Các tế bào này phải ñược chèn vào và phân phối ñến lớp vật lý ñể truyền ñi ở tốc ñộ dữ liệu của tuyến vật lý. Trễ ñược ñưa vào trong quá trình chèn vào: Nếu hai tế bào từ hai nối kết khác nhau ñến lớp ATM ở thời ñiểm chồng lấp lên nhau thì một trong hai tế bào bị trễ một khoảng thời gian bằng thời gian chồng lấp. Ngoài ra, lớp ATM tạo ra các tế bào vận hành và bảo dưỡng OAM (Operation and Maintenance) mà còn phải ñược chèn cùng với tế bào của người sử dụng.

Lớp vật lý là cơ hội ñể các ñộ trễ khác có thể ñưa vào thêm. Ví dụ nếu các tế bào ñược truyền trong các khung SDH thì các bit thông tin dẫn ñường cho các khung này sẽ ñược chèn vào trong tuyến vật lý, do ñó, làm trễ các bit từ lớp ATM.

Các ñộ trễ trên ñều không thể dự ñoán và không có quy luật. Như vậy, khoảng thời gian giữa bên nhận dữ liệu ở lớp ATM từ AAL và truyền dẫn dữ liệu này qua UNI là một nguyên tố ngẫu nhiên.


Trang 146

Cơ chế ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn

I.371 liệt kê các ñối tượng ñiều khiển lưu lượng và nghẽn của ATM như sau:

ðiều khiển lưu lượng và nghẽn lớp ATM phải ñược hỗ trợ cho một tập phân lớp chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) của lớp ATM thỏa mãn cho tất cả các dịch vụ mạng có thể dự ñoán, ñặc trưng của phân lớp QoS này phải ñược bao gồm các tham số thực thi mạng hiện hành.

ðiều khiển lưu lượng và nghẽn lớp ATM phải không phụ thuộc các giao thức AAL mà xác ñịnh dịch vụ mạng hoặc không phụ thuộc các giao thức của lớp cao hơn mã xác ñịnh ứng dụng. Các lớp giao thức trên lớp ATM có khả năng sử dụng thông tin ñược cung cấp bởi lớp ATM ñể cải thiện ñộ sử dụng các giao thức này có thể nhận ñược từ mạng.

Việc thiết kế tối ư tập ñiều khiển lưu lượng và ñiều khiển tắc nghẽn lớp ATM phải tối thiểu hóa mạng và hệ thống kết cuối phức tạp trong khi ñó phải tối ña hóa ñộ sử dụng mạng.

ðể thỏa mãn các mục tiêu này, ITU-T ñịnh nghĩa tập hợp các chức năng ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn hoạt ñộng trong phân bố thời gian. Bảng 6.3 liệt kê các chức năng này tương ứng với ñáp ứng thời gian trong hoạt ñộng của chúng. Bốn mức thời gian ñược xem xét:

• Thời gian chèn tế bào: Chức năng ở mức này tác ñộng ngay lập tức với tế bào khi chúng ñược truyền ñi.

• Thời gian truyền khứ hồi: Ở mức này, các ñáp ứng mạng trong thời gian hoạt ñộng của tế bào trong mạng có thể cung cấp các chỉ thị phản hồi về nguồn.

• Thời gian nối kết: Ở mức này, mạng xác ñịnh có nối kết mới ở QoS cho trước có thể ñược cung cấp và các lớp thực hiện sẽ ñược thỏa thuận hay không.

• Thời gian dài: Mức này có các chức năng ñiều khiển mà ảnh hưởng nhiều hơn một nối kết ATM và ñược thiết lập ñể sử dụng lâu dài.

Bảng 6-3. Các chức năng ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn.

ðáp ứng thời gian Các chức năng ñiều khiển lưu lượng

Các chức năng ñiều khiển tắc nghẽn

Thời gian dài Quản lý nguồn tài nguyên mạng Trong thời gian nối kết ðiều khiển chấp nhận nối kết Thời gian truyền khứ hồi Quản lý tài nguyên nhanh Thông báo tường minh

Thời gian chèn tế bào ðiều khiển tham số người sử dụng ðiều khiển ưu tiên

Hủy tế bào có chọn lọc

ðiều cơ bản của phương án ñiều khiển lưu lượng là dựa trên việc xác ñịnh có nối kết mới ATM cho trước có thể ñược cung cấp và thỏa thuận với thuê bao trên các tham số thực hiện mà sẽ ñược hỗ trợ hay không. Thực ra, thuê bao và mạng trong hợp dòng lưu lượng : Mạng ñồng ý hỗ trợ lưu lượng ở mức nào ñó trên nối kết này và thuê bao ñồng ý không hoạt ñộng vượt giới hạn. Các chức năng ñiều khiển lưu lượng ñược xem xét với sự thiết lập các tham số lưu lượng và tuân thủ theo chúng. Như vậy, các tham số này ñược xem xét với thủ tục tránh nghẽn. nếu ñiều khiển lưu lượng lỗi trong khoảng thời gian nào


Trang 147

ñó thì nghẽn có thẻ xuất hiện. Tại ñiểm này, các chức năng ñiều khiển nghẽn ñược gọi ñể ñáp lại và khắc phục nghẽn.

ðiều khiển lưu lượng

Các chức năng ñiều khiển lưu lượng ñược ñịnh nghĩa ñể duy trì QoS cho các nối kết ATM, chúng bao gồm:

• Quản lý tài nguyên mạng.

• ðiều khiển chấp nhận nối kết.

• ðiều khiển ưu tiên.

• Quản lý tài nguyên nhanh.

Ta sẽ xem xét các chức năng này một cách lần lượt.

Quản lý tài nguyên mạng

Nội dung cơ bản bên trong quản lý tài nguyên mạng là phân bố tài nguyên mạng theo cách nào ñó ñể phân tách các luồng lưu lượng theo các ñặc trưng dịch vụ. Như vậy, chỉ có chức năng ñiều khiển lưu lượng cụ thể dựa trên quản lý tài nguyên mạng giải quyết việc sử dụng các ñường dẫn ảo.

Như ñã thảo luận trước ñây, nối kết ñường dẫn ảo VPC cung cấp các phương tiện thông thường cho nhóm nối kết kênh ảo VCC. Mạng cung cấp dung lượng tổng thể và các ñặc trưng thi hành trên ñường ảo và có sự dùng chung các nối kết ảo. Xét ba trường hợp sau:

• Ứng dụng từ người sử dụng ñến người sử dụng: Trong ứng dụng này, VPC nối giữa một cặp UNI. Trong trường hợp này, mạng không biết về QoS của từng VCC trong một VPC. ðó là ñáp ứng của người sử dụng ñảm bảo rằng yêu cầu tổng thể từ các VCC có thể ñược cung cấp bởi VPC.

• Ứng dụng từ người sử dụng ñến mạng: Trong ứng dụng này, VPC nối giữa một UNI và một node mạng. Trong trường hợp này, mạng biết rõ về QoS của từng VCC trong một VPC và có thể cung cấp cho chúng.

• Ứng dụng từ mạng tới mạng: Trong ứng dụng này, VPC nối giữa hai node mạng. Trong trường hợp này, mạng biết rõ về QoS của từng VCC trong một VPC và có thể cung cấp cho chúng.

Các tham số QoS là nội dung chính cho quản lý tài nguyên mạng là tỷ lệ mất tế bào, trễ truyền tế bào và sự thay ñổi trễ tế bào, tất cả các tham số này bị ảnh hưởng bởi số tài nguyên mạng dành cho VPC. Nếu một VCC nối qua nhiều VPC thì sự thực hiện trên VCC này phụ thuộc vào sự thực hiện trên các VPC liên tiếp và nối kết ñược kiểm soát tại mỗi node mà thực hiện các chức năng liên quan ñến VCC như thế nào. Một node như vậy có thể là một chuyển mạch hoặc một bộ tập trung hay một thiết bị mạng khác. Việc thực hiện của mỗi VPC tùy thuộc vào dung lượng của VPC và các ñặc trưng lưu lượng của các VCC bên trong VPC. Sự thực hiện của mỗi chức năng liên quan VCC tùy thuộc vào tốc ñộ chuyển mạch hoặc xử lý tại node và trên ñộ ưu tiên liên quan với các tế bào khác nhau ñược kiểm soát.

Hình 6-20 cho một ví dụ. Sự thực hiện của VCC1 và VCC2 tùy thuộc vào VCCb và VCCc và các VCC này ñược kiểm soát bởi các node trung gian như thế nào, ñiều này có thể khác biệt với sự thực hiện của VCC3, 4 và 5.


Trang 148

Hình 6-20 Cấu hình của các VCC và VPC.

Có một số cách nhóm VCC và kiểu thực hiện của chúng. Nếu tất cả các VCC trong một VPC ñược kiểm soát như nhau thì chúng sẽ ñược mạng thực hiện như nhau theo tỷ lệ mất tế bào, trễ truyền tế bào và sự thay ñổi trễ tế bào. Hơn nữa, khi các VCC khác nhau trong cùng một VPC yêu cầu QoS khác nhau thì VPC thực hiện thỏa thuận tiêu chí dựa trên mạng và thuê bao thiết lập thích hợp với nhu cầu của VCC.

Trong trường hợp khác, với nhiều VCC trong cùng một VPC thì mạng có hai lựa chọn ñể phân bố dung lượng cho VPC:

1. Tổng yêu cầu ñỉnh: Mạng có thể thiết lập dung lượng (tốc ñộ dữ liệu) của VPC bằng tổng tốc ñộ dữ liệu ñỉnh của tất cả các VCC trong VPC. Ưu ñiểm của phương pháp này là mỗi VCC có thể ñược cho một QoS mà cung cấp yêu cầu ñỉnh của nó. Nhược ñiểm là trong hầu hết thời gian thì dung lượng VPC sẽ không ñược sử dụng hoàn toàn và do ñó, mạng sẽ có tài nguyên dưới mức sử dụng.

2. Ghép kênh thống kê: Nếu mạng thiết lập dung lượng của VPC lớn hơn hoặc bằng tổng tốc ñộ dữ liệu trung bình của tất cả các VCC nhưng nhỏ hơn tổng yêu cầu ñỉnh thì dịch vụ ghép kênh thống kê ñược áp dụng. Với ghép kênh thống kê, các VCC có sự thay ñổi trễ lớn và trễ truyền tế bào lớn. Tùy thuộc vào kích cỡ của các bộ ñệm ñược sử dụng ñể sắp hàng các tế bào ñể truyền thì các VCC có thể có tỷ lệ mất tế bào lớn. Phương pháp này có ưu ñiểm là ñộ sử dụng dung lượng hiệu quả nhưng ngược lại, các VCC có thể chịu một QoS thấp hơn.

Khi ghép kênh thống kê ñược sử dụng thì nó thích hợp ñể nhóm các VCC vào trong các VPC trên cơ sở cùng các ñặc trưng lưu lượng và cùng các yêu cầu QoS. Nếu các VCC dùng chung VPC và ghép kênh thống kê ñược sử dụng thì nó khó mà cung cấp ñược sự truy cập công bằng cho các dòng lưu lượng yêu cầu cao lẫn yêu cầu thấp.


Trang 149

ðiều khiển chấp nhận nối kết

ðiều khiển chấp nhận nối kết là phòng thủ tuyến ñầu của mạng trong việc tự bảo vệ với các tải quá mức. Thực chất, khi người sử dụng yêu cầu một VPC hay VCC mới thì người sử dụng phải xác ñịnh (ngầm ñịnh hoặc tường minh) các ñặc trưng lưu lượng bằng cách chọn QoS từ các lớp QoS mà mạng cung cấp. Mạng chấp nhận nối kết chỉ nếu nó có thể cam kết tài nguyên cần thiết ñể hỗ trợ mức lưu lượng này trong khi ñó vẫn duy trì QoS ñã thỏa thuận trước ñó cho những nối kết ñang tồn tại. Bằng sự chấp nhận nối kết, mạng xây dựng hợp ñồng lưu lượng với người sử dụng. Khi nối kết ñược chấp nhận thì mạng tiếp tục cung cấp QoS ñã thỏa thuận miễn là người sử dụng tuân theo hợp ñồng lưu lượng.

Bảng 6-4. Các tham số lưu lượng ñược sử dụng trong ñịnh nghĩa QoS VCC/VPC

Tham số Mô tả Dạng lưu lượng

Tốc ñộ tế bào ñỉnh PCR Biên trên của lưu lượng mà có thể ñạt ñược trên nối kết ATM

CBR, VBR

Thay ñổi trễ tế bào CDV

Biên trên của sự thay ñổi các thời ñiểm ñến của tế bào tại ñiểm ño tham chiếu với tốc ñộ tế bào ñỉnh

CBR, VBR

Tốc ñộ tế bào trung bình SCR

Biên trên của tốc ñộ trung bình của nối kết ATM, ñược tính trong thời gian nối kết

VBR

Dung sai chùm tế bào Biên trên biến ñổi trong thời ñiểm ñến của tế bào tại ñiểm ño tham chiếu với tốc ñộ tế bào trung bình

VBR

Với ñặc trưng hiện hành, hợp ñồng lưu lượng bao gồm 4 tham số ñược ñịnh nghĩa trong bảng 6.4, ñó là tốc ñộ tế bào ñỉnh (PCR Peak Cell Rate), thay ñổi trễ tế bào (CDV Cell Delay Variation), tốc ñộ tế bào có thể trung bình (SCR Sustainable Cell Rate) và dung sai chùm tế bào(burst tolerance). Chỉ có hai tham số ñầu là có liên quan ñến nguồn tốc ñộ bit cố ñịnh CBR, tẩt cả 4 tham số có thể ñược sử dụng cho các nguồn tốc ñộ bit thay ñổi VBR.

Tốc ñộ tế bào ñỉnh là tốc ñộ tối ña mà ở ñó, tế bào ñược tạo ra bởi một nguồn trên nối kết này. Tuy nhiên, cần tính ñến sự thay ñổi trễ tế bào. Mặc dù nguồn có thể tạo ra các tế bào với tốc ñộ không ñổi, các ñộ thay ñổi trễ tế bào ñược ñưa ra bởi các dữ liệu khác nhau sẽ ảnh hưởng ñến ñịnh thời, gây ra các tế bào dồn lại hoặc các khe hở xuất hiện (Hình 6-19). Như vậy, nguồn có thể vượt tốc ñộ ñỉnh trong khoảng thời gian với sự dồn dập của các tế bào. ðể mạng phân bố tài nguyên một cách thích hợp tới nối kết này thì phải biết rõ không chỉ về tốc ñộ ñỉnh mà còn về CDV.

Mối quan hệ chính xác giữa tốc ñộ ñỉnh và CDV tùy thuộc vào các ñịnh nghĩa hoạt ñộng của hai thuật ngữ này. Các chuẩn cung cấp các ñịnh nghĩa trong các thuật ngữ của giải thuật tốc ñộ tế bào. Bởi vì thuật toán này có thể ñược sử dụng cho ñiều khiển tham số sử dụng mà ta sẽ xét ở phần sau.

PCR và CDV phải ñược xác ñịnh cho mỗi nối kết. Khi một tùy chọn cho các nguồn tốc ñộ bit thay ñổi thì người sử dụng có thể xác ñịnh tốc ñộ tê bào trung bình và dung sai chùm tế bào. Các tham số này tương tự như PCR và CDV một cách tương ứng nhưng áp dụng tốc ñộ trung bình tạo tế bào chứ không phải là tốc ñộ ñỉnh. Người sử dụng có thể mô tả luồng các tế bào trong tương lai chi tiết hơn bằng việc sử dụng SCR và dung sai chùm tế bào cũng như PCR và CDV. Với thông tin bổ sung này, mạng có thể có ñộ sử


Trang 150

dụng tài nguyên mạng hiệu quả. Ví dụ, nếu một số VCC ñược ghép kênh thống kê qua VPC thì kiên thức về các tốc ñộ trung bình lẫn tốc ñộ ñỉnh cho phép mạng phân bố bộ ñệm ñủ kích thước ñể kiểm soát lưu lượng hiệu quả mà không mất tế bào.

Với một nối kết ñã cho (VPC hay VCC), 4 tham số lưu lượng có thể ñược xác ñịnh theo một số cách như trong bảng 6.5. Các giá trị tham số có thể ngầm ñịnh bởi các quy tắc mặc ñịnh ñược thiết lập bởi nhà ñiều hành mạng. Trong trường hợp này, tất cả các nối kết ñược gán với cùng giá trị hay tất cả các nối kết của lớp ñã cho ñược gán cùng gí trị cho lớp này. Nhà ñiều hành mạng còn có thể kết hợp các giá trị tham số với thuê bao ñã cho và gán các gá trị này ở thời ñiểm ký kết. Cuối cùng, các giá trị tham số thích hợp trên nối kết cụ thể có thể ñược gán tại thời ñiểm kết nối. Trong trường hợp nối kết ảo vĩnh viễn thì các giá trị này ñược gán bởi mạng khi nối kết ñược thiết lập. Với nối kết ảo chuyển mạch, các tham số ñược thỏa thuận giữa người sử dụng và mạng qua giao thức báo hiệu.

Một khía cạnh nữa của chất lượng dịch vụ mà có thể ñược yêu cầu hoặc ñược gán cho nối kết là ñộ ưu tiên mất tế bào. Một người sử dụng có thể yêu cầu hai lớp ưu tiên mất tế bào cho một nối kết ATM, ñộ ưu tiên của từng tế bào ñược chỉ thị bởi người sử dụng qua bit CLP trong header của tế bào (Hình 6-4). Khi hai mức ưu tiên ñược sử dụng thì các tham số lưu lượng cho cả hai tế bào này phải ñược xác ñịnh, cụ thể là ñiều này hoàn thành bởi việc xác ñịnh một tập tham số lưu lượng cho lưu lượng có ñộ ưu tiên cao (CLP=0) và một tập tham số lưu lượng cho tất cả các lưu lượng (CLP=0 hoặc =1). Dựa trên phân tích này, mạng có thể phân bố tài nguyên hiệu quả hơn.

Bảng 6-5. Các thủ tục ñược sử dụng ñể thiết lập các giá trị của các tham số lưu lượng.

Các tham số xác ñịnh tường minh Các tham số xác ñịnh ngầm ñịnh

Các giá trị tham số thiết lập tại thời ñiểm thiết lập nối kết

Các giá trị tham số xác ñịnh tại thời ñiểm ký kết

Các giá trị tham số thiết lập sử dụng các quy tắc ngầm ñịnh

ðược yêu cầu bởi user/NMS

ðược gán nhà ñiều hành mạng

SVC Báo hiệu Ký kết Các quy tắc mặc ñịnh của nhà ñiều hành-mạng

PVC NMS Ký kết Các quy tắc mặc ñịnh của nhà ñiều hành-mạng

ðiều khiển tham số sử dụng

Khi nối kết ñã ñược chấp nhận bởi chức năng ñiều khiển chấp nhận nối kết thì chức năng ñiều khiển tham số sử dụng UPC (Usage Parameter Control) của mạng giám sát nối kết ñể xác ñịnh có lưu lượng phù hợp với hợp ñồng lưu lượng hay không. Mục ñích chính của ñiều khiển tham số sử dụng là bảo vệ tài nguyên mạng từ một sự quá tải trên một nối kết mà có thể ảnh hưởng bất lợi ñến QoS của nối kết khác bằng việc phát hiện các vi phạm của các tham số ñược gán và tiến hành các hành ñộng thích hợp.

ðiều khiển tham số sử dụng có thể thực hiện ở trên các mức ñường ảo lẫn kênh ảo. Ở ñây, quan trọng là ñiều khiển mức VPC, là tài nguyên mạng, mà phân bố ban ñầu trên cơ sở các ñường ảo với dung lượng ñường ảo ñược các kênh ảo thành viên dùng chung.

Hai chức năng trong ñiều khiển tham số sử dụng:

• ðiều khiển tốc ñộ tế bào ñỉnh và kết hợp của sự thay ñổi trễ tế bào CDV.


Trang 151

• ðiều khiển tốc ñộ tế bào trung bình và kết hợp của dung sai chùm tế bào.

Trước tiên, ta sẽ xét tốc ñộ tế bào ñỉnh và kết hợp của sựu thay ñổi trễ tế bào. Luồng lưu lượng là tuân thủ nếu tốc ñộ ñỉnh truyền tế bào là không vượt tốc ñộ tế bào ñỉnh ñã thỏa thuận, tùy thuộc xác suất thay ñổi trễ tế bào trong phạm vi thỏa thuận trước. I.371 ñịnh nghĩa thuật toán tốc ñộ tế bào ñỉnh mà giám sát sự tuân thủ này. Thuật toán hoạt ñộng trên cơ sở của hai tham số: tốc ñộ ñỉnh tế bào R và giới hạn dung sai CDV τ. Như vậy, T=1/R là khoảng thời gian giữa các tế bào nếu không có CDV. Nếu có CDV, T là khoảng thời gian trung bình tại tốc ñộ ñỉnh. Thuật toán sử dụng hình thức của cơ chế gáo rò (leaky bucket) ñể giám sát tốc ñộ khi các tế bào ñưa ñến ñể ñảm bảo khoảng thời gian là không nhỏ hơn ñể gây ra hiện tường luồng vượt quá tốc ñộ tế bào ñỉnh một lượng lớn hơn giới hạn dung sai.

Thuật toán tương tự với các tham số khác cũng có thể ñược sử dụng ñể giám sat tốc ñộ tế bào trung bình và sự kết hợp dung sai chùm tế bào. Trong trường hợp này, các tham số là tốc ñộ tế bào trung bình Rs và dung sai chùm tế bào τs.

Thuật toán tốc ñộ tế bào là phức tạp hơn thuật toán tốc ñộ trung bình tế bào. Thuật toán tốc ñộ tế bào ñịnh nghĩa ñơn giản cách giám sát tuân thủ hợp ñồng lưu lượng. ðể tiến hành ñiều khiển tham số sử dụng, mạng phải hành ñộng trên các kết quả của thuật toán,. Phương án ñơn giản nhất là chuyển tiếp các tế bào tuân thủ và hủy các tế bào không tuân thủ tại ñiểm hoạt ñộng chức năng UPC.

Tại tùy chọn của mạng, tế bào bổ sung có thể ñược sử dụng làm các tế bào không tuân thủ. Trong trường hợp này, tế bào không tuân thủ có thể ñược bổ sung với CLP=1 (ñộ ưu tiên thấp) và ñược chuyển tiếp. Các tế bào như vậy sau ñó bị hủy tại ñiểm tiếp theo trong mạng.

Nếu người sử dụng ñã thỏa thuận hai mức ưu tiên mất tế bào cho mạng thì tình trạng là phức tạp hơn. Người sử dụng có thể thỏa thuận hợp ñồng lưu lượng cho lưu lượng ưu tiên cao với CLP=0 và hợp ñồng riêng cho lưu lượng tổng thể với CLP=0 hoặc 1. Áp dụng quy tắc sau:

1. Tế bào với CLP=0 mà thích hợp với hợp ñồng lưu lượng cho CLP=0 thì ñược chuyển qua.

2. Tế bào với CLP=0 mà không tuân thủ với lưu lượng CLP=0 nhưng tuân thủ lưu lượng CLP=0 hoặc =1 thì ñược bổ sung và chuyển qua.

3. Tế bào với CLP=0 mà không tuân thủ với lưu lượng CLP=0 và không tuân thủ lưu lượng CLP=0 hoặc =1 thì bị hủy.

4. Tế bào với CLP=1 mà tuân thủ cho lưu lượng có CLP=1 thì ñược chuyển qua.

5. Tế bào với CLP=1 mà không tuân thủ cho lưu lượng có CLP=0 hoặc =1 thì bị hủy.

ðiều khiển ñộ ưu tiên

ðiều khiển ñộ ưu tiên ñóng vai trò khi mạng, ở một số ñiểm không có chức năng UPC, hủy các tế bào có CLP=1. Mục tiêu hủy những tế bào có ñộ ưu tiên thấp ñể bảo vệ hoạt ñộng cho các tế bào ưu tiên cao. Chú ý rằng mạng không có cách phân biệt giữa các tế bào ñược nguồn dán nhãn ưu tiên thấp và các tế bào ñược bổ sung bởi chức năng UPC.


Trang 152

Quản lý tài nguyên nhanh

Các chức năng quản lý tài nguyên nhanh hoạt ñộng trên tỷ lệ thời gian của trễ lan truyền khứ hồi của nối kết ATM. Phiên bản hiện hành của I.371 liệt kê quản lý tài nguyên nhanh như một công cụ tiềm năng của ñiều khiển lưu lượng. Một trong những ví dụ là khả năng mạng ñáp ứng yêu cầu bởi người sử dụng ñể gởi một chùm tế bào. Nghĩa là, người sử dụng muốn vượt tạm thời hợp ñồng lưu lượng hiện hành ñể gởi một lượng lớn dữ liệu. Nếu mạng xác ñịnh rằng tài nguyên tồn tại thuộc về lộ trình của VCC hay VPC này cho chùm dữ liệu như vậy thì mạng dự trữ tài nguyên này và chấp nhận hỗ trợ. Sau chùm dữ liệu này thì ñiều khiển lưu lượng thông thường lại ñược tiến hành.

ðiều khiển tắc nghẽn

ðiều khiển tắc nghẽn ATM xét một tập hành ñộng thực hiện bởi mạng ñể tối gián cường ñộ, sự lan rộng và thời gian nghẽn. Các hành ñộng này ñược kích khởi bởi nghẽn trong một hoặc nhiều thành phần mạng. Hai chức năng sau ñược ñịnh nghĩa:

• Hủy tế bào có chọn lọc

• Chỉ thị ñiều khiển tắc nghẽn tường minh hướng ñi

Hủy tế bào có chọn lọc

Hủy tế bào chọn lọc tương tự như ñiều khiển ñộ ưu tiên. Trong chức năng ñiều khiển ñộ ưu tiên (CLP=1) thì các tế bào ñược hủy ñể tránh nghẽn. tuy nhiên, chỉ những tế bào “vượt” mới bị nghẽn. Nghĩa là các tế bào ñược giới hạn ñể tiến hành các tiêu chí thỏa mãn cho các luồng CLP=0 hay =1. Khi nghẽn xuất hiện thì mạng không thể tiến hành cho tất cả các tiêu chí ñược. ðể khôi phục từ ñiều kiện nghẽn, mạng phải hủy bất kỳ tế bào có CLP=1 và thậm chí cả những tế bào có CLP=0 trên các nối kết ATM mà không tuân thủ hợp ñồng lưu lượng của nó.

Chỉ thị ñiều khiển tắc nghẽn tường minh hướng ñi

Chỉ thị ñiều khiển tắc nghẽn tường minh hướng ñi trong mạng ATM hoạt ñộng theo cách tương tự hư trong các mạng frame relay. Mọi node mạng ATM mà bị nghẽn có thể thiết lập một chỉ thị nghẽn tường minh hướng ñi trong trường kiểu tải trọng của header của tế bào trên nối kết qua node ñó (Hình 6-4). Chỉ thị thông báo cho người sử dụng rằng các thủ tục tránh nghẽn nến ñược khởi tạo cho lưu lượng cùng hướng nhận tế bào. Nó chỉ thị rằng tế bào trên nối kết ATM này ñã gặp các tài nguyên nghẽn. Người sử dụng có thể gọi các hành ñộng của các giao thức lớp cao hơn ñể thích ứng tốc ñộ tế bào thấp hơn trên nối kết.

Mạng chỉ thị bằng việc thiết lập hai bit ñầu của trường kiểu tải trọng trong header tế bào là 01 (Bảng 6.2). Khi giá trị này ñược thiết lập thì nó không thể thay ñổi bởi các node khác trong mạng trên ñường dẫn ñến ñích.

Chú ý rằng trường ñiều khiển luồng chung GFC là chưa ñược ñịnh nghĩa. GFC chỉ có ý nghĩa trong phạm vị khu vực và không thể ñược trao ñổi thông qua mạng.

7. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO

[GORA95], [MCDY95], [HAND94] và [PRYC93] cung cấp kiến thức sâu về ATM. Nếu bạn quan tâm ñến khái niệm tổng quan thì tìm ñọc trong [BOUD92]. Phương án kênh ảo/ñường ảo ñược xem xét trong [SAT090], [SAT091] và [BURG91].

[ARM1931 và [SUZU94] thảo luận về AAL, so sánh kiểu 3/4 và 5.


Trang 153

[ONVU94] trình bày các ý tưởng thực hiện của các mạng ATM, bao gồm các cơ chế ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn.

• [ARM193] Armitage, G. and Adams, K. "Packet Reassembly During Cell Loss." IEEE Net-work, September 1993.

• [BOUD92] Boudec, J. "The Asynchronous Transfer Mode: A Tutorial." Computer Networks and ISDN Systems, May 1992.

• [BURG91] Burg, J. and Dorman, D. "Broadband ISDN Resource Management: The Role of Virtual Paths." IEEE Communications Magazine, September 1991.

• [GORA95] Goralski, W. Introduction to ATM Networking. New York: McGraw-Hill, 1995.

• [HAND94] Handel, R., Huber, N., and Schroder, S. ATM Networks: Concepts, Protocols, Applications. Reading, MA: Addison-Wesley, 1994.

• [MCDY95] McDysan, D. and Spohn, D. ATM: Theory and Applicatzon. New York:McGraw-Hill, 1995.

• [ONVU94] Onvural, R. Asynchronous Transfer Mode Networks: Performance Issues. Boston: Artech House, 1994.

• [PRYC93] Prycker, M. Asynchronous Transfer Mode: Solutions for Broadband ISDN. New York: Ellis Horwood, 1993.

• [SAT090] Sato, K., Ohta, S., and Tokizawa, I. "Broad-band ATM Network Architecture Based on Virtual Paths." IEEE Transactions on Communications, August 1990.

• [SAT091] Sato, K., Ueda, H., and Yoshikai, M. "The Role of Virtual Path Crossconnection." IEEE LTS, August 1991.

• [SUZU94] Suzuki, T. "ATM Adaptation Layer Protocol." IEEE Cornrnunicatzons Magazine. April 1994.

Giới thiệu các trang web:

• http://www.atmforum.com: trang web của diễn ñàn ATM.

• http://www.atm25.com/ATM_Reference.html: Liên kết các trang về ATM trên Internet.


Trang 154

7. INTERNET PROTOCOL Giao thức Internet IP (Internet Protocol) là giao thức chính trong mô hình OSI,

cũng như trong TCP/IP (như tên gọi ñề xuất). Mặc dù từ “Internet” xuất hiện trong tên của giao thức nhưng nó không bị hạn chế chỉ sử dụng trong Internet. Tất cả các thiết bị trên Internet không chỉ ñều có thể sử dụng và hiểu IP, mà IP còn ñược sử dụng trên các mạng riêng không liên quan gì ñến Internet. IP ñịnh nghĩa một giao thức chứ không ñịnh nghĩa một nối kết. Ngoài ra, IP còn là sự lựa chọn tốt nhất cho mọi mạng mà cần giao thức ñủ ñể trao ñổi thông tin giữa thiết bị với thiết bị. IP tiến hành ñánh ñịa chỉ các datagram của thông tin giữa các máy tính và quản lý quá trình phân mảnh của các datagram này.

IP là giao thức lớp 3 mà bao gồm các thông tin ñịa chỉ và ñiều khiển mà cho phép các gói ñược ñịnh tuyến. IP ñược ñề xuất trong FRC 791 và là giao thức mạng chính trong mô hình giao thức Internet. Cùng với TCP, IP ñại diện cho trung tâm của các giao thức Internet. IP có hai khả năng chính, ñó là cung cấp hoạt ñộng không nối kết, phân phối nỗ lực tốt nhất cho các datagram thông qua liên mạng và cung cấp phân mảnh và tái hợp cho các datagram ñể hỗ trợ các tuyến dữ liệu với các kích thước ñơn vị dữ liệu khác nhau.

Internet là một mạng phân phối nỗ lực tốt nhất “best effort”. Thuật ngữ “best effort” nghĩa là nó sẽ cố gắng hết sức truyền lưu lượng, nhưng nếu có vấn ñề xảy ra (các bit bị lỗi, nghẽn ở router…) hoặc trạm ñích không có thực thì lưu lượng sẽ bị hủy bỏ.

Internet hỗ trợ cả hai hoạt ñộng unicast hoặc multicast. ðặc ñiểm của multicast ñã chứng tỏ nó là công cụ hữu ích ñối với các cuộc gọi hội nghị cũng như là ñối với việc tải phần mềm hoặc dữ liệu từ nhiều site.

Chương này trình bày khái niệm về Internet, mô hình, ñịnh tuyến, các giao thức ñịnh tuyến và các kiểu truy cập Internet.

1. KHÁI NIỆM VỀ INTERNET

Nguồn gốc

Năm 1969, ARPANET ra ñời, gồm 4 trạm kết nối với nhau với giao thức ñiều khiển mạng NCP (Network Control Protocol) do ARPA (Advanced Research Projects Agency) xây dựng. Với những hạn chế của NCP và với nhu cầu xây dựng một mạng của các mạng, họ giao thức TCP/IP ñược phát triển thay NPC trong ARPANET và những năm 1970 do Vint Cerf (ðại học Stanford) và Robert Kahn (Bolt Beranek và Newman) phát triển.

ðến năm 1990, Internet thật sự ra ñời và ñược IETF (Internet Engineering TaskForce) chuẩn hoá và phát triển một cách mạnh mẽ trong những năm gần ñây.

Chương 7777.... INTERNET PROTOCOL

Trang 155

Khái niệm

Internet bao gồm nhiều mạng cục bộ LAN (Local Area Network), mạng khu vực ñô thị MAN (Metropolitian Area Network) và mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) nối với nhau bởi một backbone. Các LAN, MAN và WANcó thể là mạng của các trường ñại học, ñoàn thể, doanh nghiệp, nhà cung cấp dịch vụ phạm vi khu vực, quốc gia… Backbone Internet bao gồm một số nước và các nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP (Internet Service Provider) toàn cầu như AT&T WorldNet, Global Crossing, Sprint và UUNet.

Các mạng của các ISP thương chồng chất lên nhau về mặt ñịa lý và ñược nối với nhau tại các ñiểm chuyển ñổi chung gọi là ñiểm truy cập mạng NAP (Network Access Point). Ngoài ra, chúng còn có thể ñược nối bằng các tuyến thuê riêng ngang hàng.

Hình 7-1 Phần tiêu biểu của một ISP.

Một mạng của ISP bao gồm các ñiểm hiện diện POP (Points of Presence) và các tuyến liên nối giữa các POP.

Mỗi POP gồm nhiều router truy cập AR (Access Router) nối với các khách hàng truy cập từ xa, các router biên BR (Border Router) nối với các ISP khác, các router chủ HR (Hosting Router) và các Web Server (ví dụ Yahoo), các router trung tâm CR (Cỏe Router) ñể nối với các POP khác. CR chuyển lưu lượng ñến các CR khác cho ñến POP ñích. Cấu trúc các POP thường ñối xứng và ñược nối vòng ring ñể tăng ñộ tin cậy.

2. MÔ HÌNH TCP/IP

TCP/IP có cấu trúc tương tự như mô hình OSI, tuy nhiên ñể ñảm bảo tính tương thích giữa các mạng và sự tin cậy của việc truyền thông tin trên mạng, bộ giao thức TCP/IP ñược chia thành 2 phần riêng biệt: giao thức IP sử dụng cho việc kết nối mạng và giao thức TCP ñể ñảm bảo việc truyền dữ liệu một cách tin cậy. Các lớp trong mô hình TCP/IP như sau:

• Lớp ứng dụng: Tại mức cao nhất này, người sử dụng thực hiện các chương trình ứng dụng truy xuất ñến các dịch vụ hiện hữu trên TCP/IP Internet. Một ứng dụng tương tác với một trong những giao thức ở mức giao vận


Trang 156

(transport) ñể gửi hoặc nhận dữ liệu. Mỗi chương trình ứng dụng chọn một kiểu giao vận mà nó cần, có thể là một dãy tuần tự từng thông ñiệp hoặc một chuỗi các byte liên tục. Chương trình ứng dụng sẽ gửi dữ liệu ñi dưới dạng nào ñó mà nó yêu cầu ñến lớp giao vận.

Hình 7-2 Các giao thức Internet.

• Lớp giao vận: Nhiệm vụ cơ bản của lớp giao vận là cung cấp phương tiện liên lạc từ một chương trình ứng dụng này ñến một chưng trình ứng dụng khác. Việc thông tin liên lạc ñó thường ñược gọi là end-to-end. Lớp giao vận có thể ñiều khiển luông thông tin. Nó cũng có thể cung cấp sự giao vận có ñộ tin cậy, bảo ñảm dữ liệu ñến nơi mà không có lỗi và theo ñúng thứ tự. ðể làm ñược ñiều ñó, phần mềm của giao thức lớp giao vận cung cấp giao thức TCP, trong quá trình trao ñổi thông tin nơi nhận sẽ gửi ngược trở lại một xác nhận (ACK) và nơi gửi sẽ truyền lại những gói dữ liệu bị mất. Tuy nhiên trong những môi trường truyền dẫn tốt như cáp

Chú thích SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao thức truyền thư ñơn. FTP (File Transfer Protocol): Giao thức truyền file. HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Giao thức truyền siêu văn bản DNS (Domain Name System): Hệ thống tên miền. SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao thức quản lý mạng ñơn. TFTP (Trivial FTP): FTP nhỏ. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao thức cấu hình host ñộng. RTP (Real-Time Transport Protocol): Giao thức vận chuyển thời gian thực TCP (Transmission Control Protocol ): Giao thức ñiều khiển truyền dữ liệu UDP (User Datagram Protocol): Giao thức datagram người sử dụng. IP (Internet Protocol): Giao thức Internet. OSPF (Open Shortest Path First Protocol);Giao thức ñường dẫn ngắn nhất ñầu tiên mở. RIP (Routing Information Protocol): Giao thức thông tin ñịnh tuyến. ICMP (Internet Control Message Protocol): Giao thức thông ñiệp ñiều khiển Internet. ARP (Address Resolution Protocol) giao thức phân giải ñịa chỉ. RARP (Reverse Address Resolution Protocol): Giao thức phân giải ñịa chỉ dự trữ. SLIP (Serial Line Internet Protocol): Giao thức Internet ñường dây ñơn. PPP (Point-to-Point Protocol): Giao thức ñiểm tới ñiểm.

SMTP FTP HTTP TELNET DNS SNMP TFTP DHCP RTP

TCP UDP

IP, OSPF, RIP, BGP, ICMP

ARP. RARP

Ethernet, SLIP/PPP, PSTN, ISDN, xDSL, Cable modem, ATM, frame relay, lease line

Giao thức ñiều khiển hoặc ứng

dụng

Lớp giao vận, giao thức host-to-host

Giao thức lớp mạng

Giao tiếp mạng, giao thức lớp

tuyến dữ liệu và lớp vật lý


Trang 157

quang chẳng hạn thì việc xảy ra lỗi là rất nhỏ. Lớp giao vận có cung cấp một giao thức khác ñó là UDP.

• Lớp Internet: Nhiệm vụ cơ bản của lớp này là xử lý việc liên lạc của các thiết bị trên mạng. Nó nhận ñược một yêu cầu ñể gửi gói dữ liệu từ lớp cùng với một ñịnh danh của máy mà gói dữ liệu phi ñược gửi ñến. Nó ñóng segment vào trong một gói, ñiền vào phần ñầu của gói, sau ñó sử dụng các giao thức ñịnh tuyến ñể chuyển gói tin ñến ñược ñích của nó hoặc trạm kế tiếp. Khi ñó tại nơi nhận sẽ kiểm tra tính hợp lệ của chúng, và sử dụng tiếp các giao thức ñịnh tuyến ñể xử lý gói tin. ðối với những packet ñược xác ñịnh thuộc cùng mạng cục bộ, phần mềm Internet sẽ cắt bỏ phần ñầu của packet, và chọn một trong các giao thức lớp chuyên trở thích hợp ñể xử lý chúng. Cuối cùng, lớp Internet gửi và nhận các thông ñiệp kiểm soát và sử lý lỗi ICMP.

• Lớp giao tiếp mạng: Lớp thấp nhất của mô hình TCP/IP chính là lớp giao tiếp mạng, có trách nhiệm nhận các IP datagram và truyền chúng trên một mạng nhất ñịnh. Người ta lại chia lớp giao tiếp mạng thành 2 lớp con là:

• Lớp vật lý: Lớp vật lý làm việc với các thiết bị vật lý, truyền tới dòng bit 0, 1 từ nơi gửi ñến nơi nhận.

• Lớp liên kết dữ liệu: Tại ñây dữ liệu ñược tổ chức thành các khung (frame). Phần ñầu khung chứa ñịa chỉ và thông tin ñiều khiển, phần cuối khung dành cho viêc phát hiện lỗi.

Ứng dụng FTP cung cấp việc ñăng nhập, thao tác thư mục, chuyển file một cách an toàn. Dịch vụ TELNET cung cấp khả năng ñăng nhập ñầu cuối từ xa. SNMP hỗ trợ thiết bị cấu hình, phục hồi dữ liệu và cảnh báo. TFTP cung cấp phiên bản ñơn giản của FTP ñể sử dụng tài nguyên ít hơn.

TCP và UDP cung cấp khả năng cho máy chủ phân biệt giữa các ứng dụng qua số cổng của nó. TCP cung cấp các ứng dụng tin cậy, phân bố liên tục của dữ liệu, ngoài ra, nó còn cung cấp khả năng ñiều khiển luồng thích hợp, phân ñoạn, kết hợp và ưu tiên cho các luồng dữ liệu. UDP chỉ cung cấp khả năng datagram không xác nhận, giao thức không kết nối, phù hợp với các ứng dụng RTP.

IP cung cấp dịch vụ phân phối datagram không nối kết cho lớp vận chuyển, không cung cấp tính phân phối tin cậy. Chức năng chính của IP là các giao thức ñịnh tuyến, cung cấp phương tiện cho các thiết bị phát hiện topo của mạng cũng như phát hiện sự thay ñổi trạng thái của node, tuyến và của các host. Khi bị sự cố, IP chuyển các gói vòng qua các ñường dẫn khác mà không xử lý lỗi. IP không tập trung vào việc dự trữ băng thông, nó chỉ tìm ra các ñường dẫn có thể ñược sử dụng. Hầu hết các thuật toán ñịnh tuyến sẽ tối thiểu hoá chi phí lộ trình.

Các router gởi các thông ñiệp ñiều khiển và thông báo ñến các router khác sử dụng ICMP. ICMP còn cung cấp một chức năng mà user có thể gởi lệnh “ping” ñể kiểm tra nối kết ñến một ñịa chỉ IP khác.

ARP nối trực tiếp với lớp tuyến dữ liệu ñể ánh xạ ñịa chỉ vật lý ñến ñịa chỉ IP.

Các giao thức ñịnh tuyến trao ñổi bảng ñịnh tuyến và thông tin cấu hình với các router khác trong mạng.

SLIP là một giao thức ñóng khung ñơn giản ñược sử dụng dể gởi các gói IP qua ñường dây ñiện thoại. Vấn ñề của SLIP là hiện nay có rất nhiều giao thức ñược sử dụng,


Trang 158

nó không ñiều khiển lỗi, không có khả năng gán các ñịa chỉ IP ñộng. PPP là giao thức hiện ñại hơn, không chỉ giải quyết tất cả các vấn ñề của SLIP mà còn có thể gởi các giao thức khác bổ sung cho IP. PPP ñược sử dụng cho nhiều ứng dụng từ người sử dụng ñến IP tốc ñộ cao qua các nối kết mạng trung tâm.

Khuông dạng gói tin Ipv4:

Các datagram Ipv4 (version 4) có thể có một chiều dài tối ña 65535 bytes làm cho nó thích hợp truyền dữ liệu không thời gian thực.

Các datagram bao gồm ít nhất một header 20 bytes với các trường sau: số của phiên bản, ñộ dài header, dạng dịch vụ, tổng ñộ dài của datagram, số nhận dạng các datagram, thông tin ñiều khiển phân mảnh, thời gian time to live, dạng giao thức của trường dữ liệu, các ñịa chỉ nguồn và ñích và trường tuỳ chọn như trong Hình 7-3.

Trong ñó:

Ver: 4 bits, chỉ phiên bản hiện tại của IP ñược cài ñặt.

IHL: Internet Header Length 4 bits, chỉ ñộ dài phần ñầu của datagram ñược tính theo ñơn vị từ một từ =32bit. ðộ dài tối thiểu là 5 từ.

TOS: Type of Service 8 bits, ñặc tả về tham số dịch vụ, quyền ưu tiên, ñộ trễ, thông luợng và ñộ tin cậy (Hình 7-4).

Hình 7-3 Khuôn dạng datagram Ipv4.

Total Length: 16 bits, chỉ ñộ dài toàn bộ datagram kể cả phần header tính theo byte.

Indentification: 16 bits, cũng với các tham số khác như Source Address và Destination Address, tham số này ñược dùng ñể ñịnh danh duy nhất cho một datagram trong khoảng thời gian nó vẫn còn trên mạng.

Fragmentation Flag: Gồm 3 bits, như sau:

- Nếu DF=1 nghĩa là datagram không bị phân mảnh (Don’t Fragment).

- Nếu DF=0, cho thấy rằng router hoặc host có thể phân mảnh datagram IP. Nếu MF=1 nghĩa là bên thu có nhiều phân mảnh ñưa ñến (More Fragments).

0 3 4 7 8 15 16 31 VER IHL TOS Total length

Indentification 0 DF

MF

Fragment offset

Time to Live Protocol Header Checksum Source Address

Destination Address Options + Padding

Data (max 65535 bytes)

IP hea

der

User Data


Trang 159

- Nếu MF=0 nghĩa là ñây là phân mảnh cuối cùng.

Fragment Offset: 13 bits, chỉ vị trí các ñoạn phân mảnh trong datagram, tính theo ñơn vị 64 bits.

Time to Live: 8 bits, quy ñịnh thời gian tồn tại của datagram trong Internet ñể tránh tình trạng một datagram tồn tại quá lâu trên mạng.

Protocol: 8 bits, chỉ giao thức tầng kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm ñích.

Header Checksum: 16 bits, mã kiểm tra lỗi 16 bits theo phương pháp CRC, chỉ kiểm tra cho vùng header.

Options: ðộ dài thay ñổi, khai báo các tuỳ chọn do người gởi yêu cầu.

Padding: ðộ dài thay ñổi, vùng ñệm, ñược dùng ñể ñảm bảo cho phần headerluôn kết thúc ở mức 32 bits.

Data: ðộ dài thay ñổi, vùng dữ liệu, có ñộ dài là bội số của 8 bits, tối ña là 65536 bits.

Hình 7-4 Các trường con trong trường loại dịch vụ TOS.

ðịa chỉ IPv4

ðịa chỉ IPv4 có ñộ dài 32 bít ñược phân thành 4 vùng (mỗi vùng 1 byte), có thể biểu diễn ở dạng thập phân, thập lục phân, bát phân hoặc nhị phân. Cách viết phổ biến: thập phân, phân cách giữa các vùng bằng dấu chấm, ví dụ : 203.169.0.1.

Mục ñích của ñịa chỉ IPv4: ðịnh danh duy nhất cho một host bất kỳ trên hoạt ñộng liên mạng.

ðịa chỉ IPv4 ñược chia thành 5 lớp: A, B, C, D, E.

Hình 7-5 ðịa chỉ IPv4.

Các bits ñầu dùng ñể ñịnh danh lớp ñịa chỉ.

• Lớp A: ðịnh danh 126 mạng với tối ña 16 triệu host trong mỗi mạng. ðược dùng cho các mạng có số host lớn.

Reserved R T D Precedence

Quyền ưu tiên

D (Dalay): trễ 0: trễ bình thường 1: trễ thấp

T (Throughput): Thông lượng 0: thông lượng bình thường 1: thông lượng cao

R (reliability): ðộ tin cậy 0: tin cậy bình thường 1: tin cậy cao

Dự trữ


Trang 160

• Lớp B ñịnh danh 16384 mạng với tối ña 65534 host trên mạng.

• Lớp C ñịnh danh tới 2 triệu mạng với tối ña 254 host trên mạng.

• Lớp D Dùng ñể gởi IP datagram ñến một nhóm các host trên mỗi mạng.

• Lớp E dự phòng tương lai.

ðịa chỉ lớp A ñược sử dụng bởi các ñại diện chính phủ Mỹ và các công ty lớn từ ñầu.

ðịa chỉ lớp B ñã ñược dùng nhiều, ñịa chỉ lớp C ñược cho phép sử dụng trong thời gian gần ñây nhưng quá ít host.

Mạng con

Như vậy, tất cả các host trên mạng thì có cùng ñịa chỉ mạng. Ví dụ, một công ty có ñịa chỉ lớp C có thể có tối ña 254 host trên mạng của công ty ñó và sử dụng ñịa chỉ này ñể ñiều khiển, trao ñổi qua khắp các mạng. ðiều này trở thành một vấn ñề làm ñau ñầu nghiêm trọng với các nhà quản lý mạng khi mạng phát triển và số host ñược bổ sung cũng như phân bố lại. ðể quản lý dễ hơn, mạng có thể ñược chia thành các mạng con (subnet) ñể mạng của các công ty vẫn có thể họat ñộng như một mạng ñơn ñối với bên ngoài. Người quản lý mạng có thể quyết ñịnh ñể sử dụng, ví dụ, hai số ñầu tiên của phần ñịa chỉ host ñược sử dụng làm ñịa chỉ mạng con (Hình 7-6). Vì cấu trúc mạng con bên trong không ñược mạng bên ngoài nhìn thấy nên việc sử dụng mạng con có tác dụng tăng cường an ninh mạng.

Router phải hiểu ñược cách chia mạng con và có bao nhiêu bit của hostid ñược sử dụng ñể làm subnetid. Như vậy, Router sẽ dùng subnetmask ñể xác ñịnh ñịa chỉ host và ñịa chỉ mạng.

Subnet Mask: Mặt nạ mặt con ñược sử dụng ñể xác ñịnh phân nào của ñịa chỉ là NetID và phần nào là của HostID. Mặt nạ mạng con là một số 32 bit, ñược tính theo quy luật sau:

Giá trị 1 trong mặt nạ mạng con ứng với vị trí netid và số mạng con trong ñịa chỉ IP.

Giá trị 0 trong mặt nạ mạng con tương ứng với vị trí và số host trong mạng chủ.

Ví dụ lớp A là 255.0.0.0, lớp B là 255.255.0.0 và lớp C là 255.255.255.0 trong những trường hợp không phân chia mạng con.

Hình 7-6 Ví dụ mạng con và mặt nạ mạng con.

Ví dụ ñịa chỉ lớp C với mặt nạ mạng con là 255.255.255.4 nghĩa là ñã sử dụng 2 bit ñầu ñể làm subnetid cho 4 mạng con. Như vậy, Người quản lý mạng chia mạng thành


Trang 161

4 mạng con (2 bits), mỗi mạng con chứa tối ña 62 host (còn 6 bits trong ñịa chỉ host và có tất cả 64 ñịa chỉ, ñịa chỉ 0 dùng cho máy chủ và 64 là ñịa chỉ broadcast không ñược sử dụng cho host).

Ví dụ: ðịa chỉ IP là 131.32.21.20 với mặt nạ mạng con là 255.255.255.0, tìm chỉ số mạng con, chỉ số máy chủ và ñịa chỉ broadcast.

Ta có, 128<131<191 nên ñịa chỉ IP thuộc lớp B.

Như vậy, trong mặt nạ mạng con, 2 giá trị 255 ñầu biểu thị netid, giá trị 255 thứ 3 biểu thị subnetid, nghĩa là sử dụng 8 bit và có tất cả 255 mạng con. Dựa vào mặt nạ mạng con, ta thấy chỉ số mạng con của ñịa chỉ IP trên là 0.0.21.0 và ñịa chỉ host 0.0.0.20. ðịa chỉ broadcast có tất cả các bit bằng 1 trong vùng ñịa chỉ host, do ñó, ñịa chỉ broadcast là 131.32.21.255.

Bởi vì Ipv4 xét trên còn quá ít ñịa chỉ so với sự bùng nổ Internet hiện nay nên ñề xuất chuyển sang Ipv6, Ipv6 gồm 6 byte nên số ñịa chỉ nhiều hơn rất nhiều, ñảm bảo ñáp ứng ñược trong tương lai.

IPv6 (IPng)

Hình 7-7 Khuông dạng gói IPv6.

Nhược ñiểm của IPv4 là ñịa chỉ ngắn, an ninh kém và kiểm soát kém với các dịch vụ thời gian thực. Một phiên bản mới hơn là IPv6, ñược IETF ñề xuất, còn gọi là IP thế hệ sau (IPng: IP next generation). Với các mục ñích:

• Tăng không gian ñịa chỉ, khả năng hỗ trợ hàng tỷ host.

• Giảm kích thước các bảng ñịnh tuyến.

• Giao thức ñơn giản khiến tiến trình ñịnh tuyến nhanh hơn.

• Hổ trợ các ứng dụng thời gian thực – QoS.


Trang 162

• Bảo mật, di ñộng, tự cấu hình.

• Cho phép các giao thức cũ và mới họat ñộng ñồng thời.

Những thay ñổi chính so với IPv4 là không gian ñịa chỉ tăng lên 128bits, khả năng hỗ trợ QoS qua trường Flow Label và header ñơn giản hơn.

Header IPv6 luôn có chiều dài cố ñịnh là 40 octets. Sau bó là trường header mở rộng và thông tin. Các trường bên trong header như sau:

• Version: 4-bits chỉ phiên bản Internet, giá trị là 6.

• Prio hay Traffic Class: 8-bits chỉ ñộ ưu tiên cho các lớp lưu lượng. Cho phép các node phân biệt các lớp ưu tiên trong các gói IPv6.

• Flow Label 20-bits nhãn luồng. Chỉ thị gói này thuộc về một chuỗi gói ñặc biệt giữa nguồn và ñích, yêu cầu ñối xử ñặc biệt bởi các router trung gian. Có thể ñược sử dụng với mục ñích hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực (ñiện thoại hoặc video) yêu cầu các router ñối xử ñặc biệt. Giá trị mặc ñịnh bằng 0 cho các ứng dụng không yêu cầu thời gian thực.

• Payload Length 16-bit chỉ thị chiều dài tải trọng gói. Tải trọng gồm phần header mở rộng và ñơn vị dữ liệu gói giao thức PDU lớp cao hơn gởi xuống. Chiều dài tối da là 65.535 octets. Những tải trọng có chiều dài lớn hơn thì trường này có giá trị bằng 0 và tùy chọn Jumpo Payload ñược sử dụng trong các tùy chọn từng chặng (Hop-by-Hop Options) của header mở rộng.

• Next Header 8-bits. Chỉ kiểu header mở rộng thứ nhất kề sau header IPV6 (nếu có) hay giao thức trong PDU lớp cao hơn (như TCP, UDP hay ICMPv6) trong bảng 7.1.

• Hop Limit 8-bits Giới hạn số chặng mà gói sẽ truyền qua, tương tự như TTL trong IPV4.

• Source Address và Destination Address mỗi trường 128-bits, chỉ thị ñịa chỉ nguồn và ñịa chỉ ñích.

Bảng 7-1. Các giá trị trong trường Next-Header

Value (in decimal) Header

0 Hop-by-Hop Options Header

6 TCP

17 UDP

41 Encapsulated IPv6 Header

43 Routing Header

44 Fragment Header

46 Resource ReSerVation Protocol

50 Encapsulating Security Payload

51 Authentication Header

58 ICMPv6

59 No next header

60 Destination Options Header


Trang 163

TCP (Transmission Control Protocol )

IP cung cấp sự truyền datagram không nối kết qua mạng. ðiều này có nghĩa là nó ñịnh tuyến cho mỗi gói dữ liệu một cách ñộc lập bằng việc sử dụng các ñịa chỉ IP trong mỗi gói. Nhiều ứng dụng như truyền file yêu cầu các gói ñưa ñến theo trật tự và nếu chúng gặp lỗi phải truyền trở lại. Các thủ tục ñược yêu cầu cho các chức năng này ñược thực hiện trong TCP. TCP cung cấp truyền thông nối kết có hướng tin cậy qua mạng IP không nối kết. ðể thực hiện ñược ñiều này, TCP thiết lập một nối kết logic, truyền lại nếu lỗi xuất hiện trên các gói và sắp xếp lại các gói nếu nó ñưa ñến theo thứ tự.

Hình 7-8 cho thấy các trường trong header TCP mà theo sau ñịa chỉ IP trong gói IP.

• Số hiệu cổng nguồn và ñích (source port và destination port) ñịnh nghĩa tiến trình nguồn ñích tương ứng. Một số cổng dịch vụ ñược ñã ñịnh nghĩa như 25 cho SMTP, 23 cho TELNET và một tập còn lại cho phép sử dụng theo yêu cầu.

• Sequence number là số byte ñầu tiên trong phân ñọan TCP trong thông ñiệp từ nguồn.

• Acknowledgment Number: 32-bit, chỉ thị phân ñoạn kế tiếp chờ ñể nhận, ñồng thời cũng chỉ thị phân ñoạn ñã nhận ñược sau cùng. Tham số này như N(R) trong HDLC.

• Data Offset: chỉ vị trí bắt ñầu dữ liệu (xác ñịnh chiều dài phần header TCP tính theo word 32 bits, ít nhất là 5 words).

• Reserved: 6-bit, dự trữ.

• Control Bits: các bit ñiều khiển.

• URG: Nếu giá trị là 1 thì trường Urgent Pointer ñược sử dụng.

• ACK: Nếu giá trị là 1 thì trường Acknowledgment ñược sử dụng.

• PSH: Nếu giá trị là 1 thì chức năng Push sắp ñược thực hiện.

• RST: Nếu giá trị là 1 thì nối kết hiện tại sắp ñược tái khởi tạo.

• SYN: Nếu giá trị là 1 thì chức năng ñồng bộ sắp ñược thực hiện. Thường sử dụng khi thiết lập tuyến nối.

• FIN: Nếu giá trị là 1 chỉ thị bên gởi không còn dữ liệu ñể gởi.

• Window size (w): 16-bit, sử dụng trong ñiều khiển lỗi và ñiều khiển luồng. Bên gởi không ñược gởi liên tục nhiều hơn w gói vào mạng.

• Checksum: 16-bit, kiểm soát lỗi theo phương thức CRC toàn bộ phân ñoạn.

• Urgent Pointer: 16-bit, trỏ tới vị trí dữ liệu khẩn.

• Options + Pading: Tùy chọn và bổ sung cho ñầy 32 bits.

• TCP Data: ðộ dài thay ñổi. Tối ña ngầm ñịnh 536bytes.


Trang 164

Hình 7-8 Khuông dạng phân ñọan TCP.

UDP (User Datagram Protocol)

Ngược lại với TCP, UDP ñược sử dụng nếu không yêu cầu sử dụng dịch vụ nối kết có hướng. UDP truyền dẫn với kiểm soát giao thức tối thiểu. Không thiết lập nối kết giữa các ñiểm, host nguồn chỉ gởi các datagram riêng biệt ñến ñích. Không cung cấp cơ chế xácnhận, không sắp xếp theo trình tự các ñơn vị dữ liệu do ñó có thể dẫn ñến trình trạng trùng lặp hoặc mất datagram mà không gởi thông báo cho ñầu cuối. Header UDP rất ngắn như trong Hình 7-9.

Hình 7-9 Header UDP.

Trong ñó:

• Source port (16 bit) và Destination port (16 bit): số hiệu cổng của host nguồn và ñích.

• Length: chỉ ñộ dài của bn tin UDP bao gồm c phần header và data.

• Checksum: sử dụng kiểm tra lỗi cho phần header.

3. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUY CẬP INTERNET

Truy cập Internet bao gồm kỹ thuật truy cập tốc ñộ thấp như quay số qua modem tương tự cho ñến các kỹ thuật truy cập tốc ñộ cao, băng thông rộng lẫn không dây. Có


Trang 165

nhiều kỹ thuật truy cập khác nhau cho các nhu cầu thương mại lẫn cá thể (Hình 7-10). Ta sẽ xem xét các kiểu truy cập trong phần này một cách tổng quan.

Hình 7-10 Các kiểu truy cập Internet.

Truy cập Dial-up

Truy cập cơ sở như trên Hình 7-10, trong ñó, modem là một chức năng ngoài của thiết bị. Các máy tính hiện nay, như máy tính ñể bàn hoặc xách tay, hầu hết ñược trang bị modem V.90 hoặc V.92 qua card PCI hay PCMCIA. Truy cập quay số sử dụng nhiều cho các ñối tượng gia ñình hoặc du lịch hoặc văn phòng nhỏ.

ðể truy cập Internet, giao thức thường sử dụng là giao thức ñiểm tới ñiểm PPP (Point-to-Point Protocol). Nhiều nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP (Internet Service Provider) vẫn còn sử dụng giao thức Internet ñường dây nối tiếp SLIP (Serial Line


Trang 166

Internet Protocol) cũ hơn và dung lượng bé hơn, nhưng SLIP vẫn là giao thức nền tảng thừa kế ngày nay.

Truy cập quay số thường tiến hành qua mạng ñiện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, tuy nhiên, ngày nay, truy cập quay số còn tiến hành qua mạng số tích hợp dịch vụ ISDN và không dây. Ví dụ truy cập không dây có thể hỗ trợ tốc ñộ 128kbps trong khuôn viên các trường ñại học, tòa nhà công ty, sân bay, nhà ga…

Rõ ràng, truy cập quay số bị giới hạn về tốc ñộ, ví dụ, modem quay số với tốc ñộ 56kbps hoặc ISDN với tốc ñộ 64 hoặc 128kbps thì chỉ thỏa mãn ñược với những trang web tĩnh, nội dung ngắn gọn, ñơn giản. Ngày nay, các trang web thường có một cơ sở dữ liệu khá lớn, ñồ họa và các hiệu ứng sử dụng nhiều cùng với nhu cầu về các nội dung multimedia thì truy cập quay số không thể thỏa mãn ñược. Vì vậy, người sử dụng ñang hướng tới các dịch vụ tốc ñộ cao, băng thông lớn hơn.

Thuật ngữ modem ñược kết hợp bởi hai thiết bị, ñó là ñiều chế và giải ñiều chế (modulator và demodulator). ðiều chế chuyển ñổi một tín hiệu số sang tín hiệu tương tự ñể có thể truyền trên kênh truyền dẫn tương tự và giải ñiều chế tiến hành chuyển ñổi ngược trởlại tín hiệu dữ liệu băng tần cơ bản số ban ñầu. Các modem băng tần thoại cần thiết khi một kênh thoại tương tự của mạng ñiện thoại ñược sử dụng ñể truyền dữ liệu.

Hình 7-11 Tuyến modem qua PSTN.

Băng tần thoại nằm trong khoảng 300 ñến 3400Hz và thông tin số băng tần cơ bản ñược truyền trong băng này qua ñiều chế sóng mang CW (carrier wave). ðiều chế CW có 3 ñặc trưng của sóng mang, ñó là biên ñộ, tần số và pha tương ứng với 3 kiểu ñiều chế là AM, FM và PM. Cả ba kiểu ñiều chế này ñều ñược sử dụng trong các modem băng tần thoại.


Trang 167

Hình 7-11 cho thấy phần tương tự trong nối kết thông qua mạng viễn thông là ñường dây thuê bao của mạng truy cập cục bộ. Các modem băng tần thoại chuẩn hóa nhanh nhất có thể hỗ trợ các tốc ñộ dữ liệu lên ñến 33,6kbps. Tốc ñộ dữ liệu người sử dụng tối ña là khoảng 30kbps mặc dù tốc ñộ bên trong PSTN là 64kbps (tốcñộ dữ liệu mã hóa PCM). Như vậy, khoảng một nửa dung lượng từ ñầu cuối ñến ñầu cuối là bỏ trống vì các ñường dây thuê bao tương tự phải tiến hành các chuyển ñổi A/D và D/A ở hai ñầu cuối.

Các modem mới với dung lượng cao hơn sẽ không ñược chuẩn hóa bởi vì các modem băng tần thoại ñã gần ñạt ñến dung lượng tối ña theo lý thuyết của kênh thoại và nhiều công nghệ truy cập tốc ñộ dữ liệu cao hơn ñã ñược áp dụng. Nếu một ñường dây thuê bao tương tự ñược thay thế bởi một ñường dây ISDN thì dung lượng ñầy ñủ của kênh ñược phân bố trong mạng có thể ñược tận dụng và tốc ñộ dữ liệu từ ñầu cuối ñến ñầu cuối sẽ là 64kbps (kênh B) hay 128kbps (hai kênh B).

Các khuyến nghị series V của ITU-T

ITU-IT (CCITT) ñã ñịnh nghĩa nhiều tiêu chuẩn cho các modem băng tần thoại với nhiều tốc ñộ và các khuyến nghị này ñược ñịnh danh bởi ký tự V và số kèm theo nó. Các modem cuả các hãng khác nhau sẽ họat ñộng cùng nhau ñược nếu chúng hỗ trợ chuẩn V tương hợp. Nhiều modem mới hỗ trợ các chuẩn tốc ñộ thấp hơn trước ñó và chúng cũng có thể thích nghi tốc ñộ của chúng với những modem khác. Ví dụ:

• V.21: 300bps, song công. Là một trong những modem ñầu tiên mà sử dụng tần số sóng mang với hai hướng truyền khác biệt (1080 và 1750HZ). FSK ñược sử dụng với bit 1 tương ứng với tần số sóng mang của hướng (1080 hoặc 1750Hz) trừ 100Hz và bit 0 tương ứng với tần số sóng mang trừ 100Hz.

• V.22: 600/1200bps song công. Chuẩn này cung cấp nối kết dữ liệu quay số có thể chấp nhận cho việc truyền các thông ñiệp văn bản theo hai hướng. Các hướng truyền dẫn sử dụng các tần số sóng mang khác nhau. Ví dụ ứng dụng của người sử dụng là thiết bị văn bản từ xa. Sơ ñồ ñiều chế là PSK với hai hoặc 4 pha sóng mang và ñiều chế với tốc ñộ 600bauds.

• V.22bis: 2400bps song công. Modem này ñược thiết kế ñể cập nhật modem V.22 vào cuối những năm 1980. Tốc ñộ dữ liệu ñược nhân ñôi với 16 pha kết hợp biên ñộ - pha (16-QAM) của sóng mang. Tốc ñộ ñiều chế là 600bauds.

• V.23: 1200/600bps modem mà truyền 1200 hoặc 600bps và 75bps theo hướng ngược lại. Việc truyền dẫn bất ñối xứng này cung cấp ñủ dung lượng ñể gởi các phím ấn từ thiết bị kết cuối trong khi truyền một lượng lớn dữ liệu theo hướng kia. FSK ñược sử dụng trong hai hướng và 1300Hz tương ứng với 1 và 2100Hz tương ứng với 0 theo hướng 1200bps. Trong hướng 75bps thì tần số là 390Hz và 450Hz cho các bit 1 và 0 tương ứng.

• V.32: 9600bps song công. Phương thức ñiều chế là QAM, là sự kết hợp ñiều chế biên ñộ và pha. Tốc ñộ ñiều chế là 2400bauds và 16 sự kết hợp của các biên ñộ sóng mang và pha ñược sử dụng.

• V.32bis: Modem này là sự cải tiến của V.32 với một sơ ñồ ñiều chế mới. Nó truyền dữ liệu ở tốc ñộ 14.4kbps. Phương thức ñiều chế là QAM với 128 sự kết hợp khác biệt của biên ñộ và pha cuả sóng mang. Tốc ñộ ñiều chế là 2400bauds.


Trang 168

• V.34: Chuẩn này hỗ trợ các tốc ñộ dữ liệu lên ñến 28.8kbps song công qua các ñường dây ñiện thoại quay số và sử dụng QAM với tốc ñộ ñiều chế 3200bauds. Họat ñộng không có lỗi ở tốc dộ cao như vậy yêu cầu một kênh thoại phải thật trong trẻo. Nếu có các lỗi xuất hiện thường xuyên thì modem này sẽ xuống tốc ñộ thấp hơn mỗi bậc là 2400bps ñể giảm số bit lỗi.

• V.34+: Tiêu chuẩn cải tiến của V.34 với tốc ñộ dữ liệu là 33.6kbps. Phương thức ñiều chế là QAM và tốc ñộ ñiều chế là 3200bauds như V.34.

• V.90: Chuẩn này hỗ trợ ngược dòng là 33.6kbps và các tốc ñộ xuôi dòng là 56kbps. Chú ý rằng tốc ñộ xuôi dòng là 56kbps yêu cầu rằng máy tính nguồn phải có truy cập số tới PSTN và chuyển ñổi A/D là không thực hiện trong ñấu cuối truyền.

Hình 7-12 Các giao tiếp và họat ñộng của modem băng tần thoại.

Các modem tốc ñộ cao sử dụng quá nhiều chùm ñiểm mà các lỗi xuất hiện thường xuyên. ðể giảm tốc ñộ lỗi, chúng cộng thêm các bit ñiều khiển ñể hiệu chỉnh hầu hết các lỗi và phương thức mà trong ñó, ñiều chế và mã hóa ñiều khiển lỗi ñược kết hợp ñược gọi là ñiều chế mã hóa mắt cáo TCM (trellis-coded modulation).

ðiều ñó nói rằng những modem băng tần thoại tốc ñộ cao hơn sẽ không ñược chuẩn hóa. Bản chất các yêu cầu dịch vụ tốc ñộ cao hơn từ ñầu cuối ñến ñầu cuối của nối kết số ñược cung cấp bởi ISDN thay vì các kênh thoại.

Chú ý rằng truyền dữ liệu với modem băng tần thoại không yêu cầu bất kỳ cái gì khác ngoàu một modem cuối ñường dây thuê bao và một kênh thoại qua mạng. Các modem băng tần thoại sử dụng mạng ñiện thoại như các máy ñiện thoại thông thường.

Một modem V.90 cung cấp tốc ñộ dữ liệu 56kbps xuôi dòng và tốc ñộ dữ liệu thấp hơn 33.6kbps ngược dòng. Thiết bị này không thực sự là một modem băng tần thoại vì tốc ñộ dữ liệu xuôi dòng là không ñược ñiều chế thành kênh thoại và ñược mang qua các kênh thoại tương tự như cách ñiều chế tiếng nói. Nguồn truyền dữ liệu qua một nối kết số qua mạng và ở ñầu kia bộ mã hóa PCM chuyển ñổi dòng dữ liệu số sang tín hiệu tương tự cho mạch vòng thuê bao từ thiết bị thu nhận khôi phục dòng dữ liệu. ðiều chế sang tín hiệu thoại tương tự là không ñược thực hiện theo hướng này. Trong hướng ngược dòng, một kênh thoại ñược sử dụng và tốc ñộ dữ liệu là bị giới hạn 33.6kbps.

Các giao tiếp của một modem băng tần thoại như trong Hình 7-12. Các modem ngoài hỗ trợ giao tiếp vật lý ñược chuẩn hóa (thường là RS-232C, EIA-232D hay V.24). Bit 0 tương ứng với mức ñiện áp +3V ñến +15V và mức 1 tương ứng với –3V ñến –15V.


Trang 169

Các ñường dây khác nhau ñược ấn ñịnh cho các tín hiệu ñiều khiển mà ñược sử dụng ñể ñiều khiển luồng dữ liệu giữa các thiết bị. Ví dụ khi thiết bị ñầu cuối muốn truyền dữ liệu thì nó thiết lập tín hiệu yêu cầu gởi RST (request to send) lên ON (+3 ñến +15V) và modem ñáp ứng bằng việc thiết lập tín hiệu giải phóng gởi CTS (clear to send) lên ON ñể bắt tay giữa hai thiết bị. Nếu thiết bị ñầu cuối truyền dữ liệu quá nhanh thì modem thiết lập CTS OFF và trong khi nó OFF thì thiết bị ñầu cuối không ñược truyền dữ liệu.

Ngoài ra, modem còn thực hiện các chức năng sau:

• ðiều khiển lỗi.

• Nén dữ liệu.

• Truyền fax.

• Các modem quay số.

• Thích ứng với nhiều tốc ñộ dữ liệu khác nhau.

Hình 7-13 Giao tiếp tốc ñộ sơ cấp và nối kết ISDN.

ISDN

Ta thấy rằng, dung lượng hoàn chỉnh của mạng viễn thông số là không ñược sử dụng bởi modem băng tần thoại. Nếu ít khi cần dịch vụ tốc ñộ cao hơn thì có thể sử dụng một dịch vụ viễn thông chuyển mạch kênh ñể cung cấp nối kết khi cần. ISDN cung cấp chuyển mạch số từ ñầu cuối ñến ñầu cuối với các kênh n*64kbps và ta có thể sử dụng


Trang 170

thoại hoặc dữ liệu. Hình 7-13 biểu thị một ví dụ của một nối kết trên giao tiếp tốc ñộ sơ cấp BRI với tốc ñộ dữ liệu 2x64kbps (2B).

Giao tiếp tốc ñộ sơ cấp cung cấp hai kênh 64kbps hoàn toàn ñộc lập và ñịnh tuyến của một kênh B này cũng haòn toàn ñộc lập với kênh B kia. ðiều này cho phép các người sử dụng cá thể có hai nối kết thoại ñọc lập qua một ñường dây thuê bao hai sợi hay một ñường nối vào mạng thoại và ñường kia nối ñên Internet. Các kết cuối mạng cung cấp bởicác nhà ñiều hành có một giao tiếp tương tự và mộ bộ mã hóa PCM cho tín hiệu thoại truyền thống.

Trong các mạng chung, nhiều kênh B ñược yêu cầu và chúng ñược cung cấp bởi giao tiếp tốc ñộ thứ cấp PRI với cấu trúc 30B+D. Với giao tiếp này có thể hỗ trợ tốc ñộ 2048kbps cho LAN hoặc hỗ trợ ñồng thời nhiều thiết bị ISDN.

Truy cập băng rộng

Các kỹ thuật truy cập nói trên ñều không sử dụng tất cả dung lượng tiền năng của cáp xoắn của mạch vòng thuê bao. DSL hay ñường dây thuê bao số ñã ñược phát triển ñể tăng tốc ñộ truyền dữ liệu qua các mạch vòng cục bộ ñể ñạt ñến tốc ñộ vài megabits trên giây lại vừa có thể sử dụng dịch vụ ñiện thoại. ðiều này vượt qua khả năng của ISDN. Các kênh dữ liệu ISDN là các kênh quay số ñắt tiền mà ñược chuyển mạch bởi các tổng ñài ISDN và mỗi phút kết nối tính thêm vào chi phí ñiện thoại. Trong trường hợp DSL thì dữ liệu và thoại ñược tách rời ở tổng ñài ñể dữ liệu ñược nối với mạng dữ liệu cho truy cập Internet. Người sử dụng chỉ trả một phí hằng tháng nhất ñịnh cho nối kết tốc ñộ dữ liệu rất cao mà không phải tính thêm thời gian truy cập ñiện thoại. Hình 7-14 mô tả một số ứng dụng DSL: truy cập từ xa ñến trung tâm dữ liệu, truy cập Internet và nối kết giữa các LAN.

Truy cập băng rộng như trong Hình 7-10 là một mạng nhỏ, dựa trên cơ sở Ethernet và nối với một số máy tính ñể bàn. Các thiết bị này có thể ñược nối với với nhau và nối với modem DSL qua một hub Ethernet, thực ra thì hub có thể ñược tích hợp trong modem hoặc một router nhỏ. Mặc dù ñược gọi là “luôn luôn truy cập Internet” nhưng thực ra, một số nhà cung cấp dịch vụ sẽ giải phóng nối kết những thuê bao rỗi ñể giải phóng các ñịa chỉ IP khan hiếm. Băng rộng thường bất ñối xứng một cách tự nhiên, với băng thông lớn trong hướng xuôi dòng (downstream), nên nó không thích hợp cho các người sử dụng muốn vận hành một Webserver cục bộ.

Các giao thức nổi bậc ñược sử dụng trong DSL và cáp là PPPoE (PPP over Ethernet) và DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification). PPPoE cho các tính năng nổi bậc của các giao thức ñang tồn tại bao gồm PPP. Ethernet và các mạng của ISP dựa trên ATM. DOCSIS (còn ñược gọi là dự án modem cáp ñược chứng nhận) là một tập mở của các ñặc trưng truyền thông và quản lý ñể cung cấp truyền dữ liệu tốc ñộ cao qua hệ thống truyền hình cáp.

Ngoài dịch vụ nổi tiếng hữu tuyến thì các tùy chọn băng rộng vô tuyến như vệ tinh và dịch vụ phân bố ña ñiểm ña kênh MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service) cũng sẵn sàng. Tất cả chúng ñều có những ưu và nhược ñiểm và tùy theo những ứng dụng, ñịa lý, nhân khẩu và các thông số thích hợp. Liên quan ñến phương thức ñược sử dụng thì sự tăng nhanh các dịch vụ băng rộng cho phép một phạm vi rộng các ứng dụng mà mới chỉ bắt ñầu trưởng thành.


Trang 171

Hình 7-14 DSL trong mạch vòng cục bộ.

Ví dụ ADSL như trong Hình 7-15, băng tần lên ñến 410kHz ñược sử dụng và truyền dẫn qua khoảng cách giới hạn 5km trong trường hợp tốc ñộ dữ liệu 1.5Mbps hoặc 2Mbps.

Hình 7-15 Phổ của ADSL 1.5Mbps.

Bảng 7-2. Các kỹ thuật DSL

Công nghệ Khoảng cách (km)

Tốc ñộ xuôi dòng

Tốc ñộ ngược dòng

ðiện thoại tương tự

Thị trường

IDSL 8 144kbps 144kbps Không Gia ñình G.lite ADSL 5 1.5Mbps 640kbps Có Gia ñình HDSL 4 2/1.5Mbps 2/1.5Mbps Không Công ty SDSL, D.shdsl 5-6 2.3Mbps 2.3Mbps Không Công ty G.dmt ADSL 3 8Mbps 1.5Mbps Có Gia ñình, công ty VDSL 0.1-2 52Mbps

34Mbps 6Mbps 34Mbps

Có Gia ñình Công ty


Trang 172

Các kỹ thuật DSL, khoảng cách truy cập và tốc ñộ dịch vụ ñược liệt kê trong bảng 7.3. Trong ñó, IDSL cung cấp truy cập ISDN DSL tốc ñộ thấp, truy cập ISDN cho thiết bị phi ISDN. HDSL là DSL tốc ñộ bit cao, ADSL là ñường dây số bất ñối xứng, tốc ñộ xuối và ngược dòng khác nhau, ñường dây số ñối xứng SDSL và ñường dây số tốc ñộ rất cao VDSL.

Các mạng truyền hình cáp

Hình 7-16 Mạng cáp truyền hình truyền thống.

Một môi trường rộng rãi cho truy cập Internet gia ñình là mạng truyền hình cáp. Thông thường, mạng này là một môi trường quảng bá một chiều cung cấp một nhóm kênh TV quảng bá ñến nhà thuê bao. Cấu trúc của cáp truyền hình như trong Hình 7-16.

Các chương trình truyền hình quốc gia và quốc tế tiếp nhận từ vệ tinh ñịa tĩnh tại ñiểm phân phối trung tâm gọi là ñầu cuối HE (head end). Các chương trình ñại phương ñược bổ sung và tập hợp các kênh truyền hình ñược nối trực tiếp ñến các vùng lân cận bằng các cáp sợi quang mà kết thúc ở các nút cáp (fiber node) khác nhau. Vài trăm nhà gần nút cáp nhất sẽ nhận các chương trình này ở dạng tương tự từ các cáp xoắn. Kiến trúc cáp xoắn sợi lai như trong Hình 7-16 ñược thiết kế chỉ cho cung cấp quảng bá truyền hình ñơn hướng.

Truyền thông tốc ñộ cáp tương tác qua cáp truyền hình truy cập mạng dữ liệu ñược tiến hành nhờ sự kết hợp với một bộ cáp xoắn sợi lai HFCC (hybrid fiber coaxial cable) ñược nâng cấp ñể truyền hai hướng với một modem cáp ñược thiết lập trong nhà và một hệ thống kết cuối modem cáp ñược thiết lập tại HE (như trong Hình 7-17).

Băng tần từ 54 ñến 550MHz ñược ấn ñịnh cho các kênh truyền hình quảng bá với mỗi kênh là 6MHz. Một hoặc nhiều kênh 6 MHz ñược dự trữ cho dữ liệu và thoại xuôi dòng. Dữ liệu ngược dòng mang dữ liệu hoặc thoại sử dụng các kênh 6MHz trong khoảng tần từ 5 ñến 42MHz. Nhiều sự hiệu chỉnh ñược yêu cầu trong mạng ñể mang lưu lượng ngược dòng. ðầu tiên, các bó cáp quang phải ñược phân bố cho các tín hiệu ngược dòng. HE phải ñược trang bị với bộ ñiều chế và bộ kết hợp cho bộ thu tín hiệu xuôi dòng và bộ


Trang 173

giải ñiều chế cho các tín hiệu ngược dòng. Thứ hai, cácnút cáp và các bộ khuếch ñại cáp xoắn phải ñược thay ñổi thành các thiết bị hai hướng. Cơ ngơi của khách hàng có ñơn vị giao tiếp mạng NIU (network interface unit) chia các tín hiệu dữ liệu, thoại và các kênh truyền hình. Dữ liệu giữa chuyển mạch LAN ở HE và modem cáp ở nhà khách hàng ñược truyền theo chuẩn các khung 10BaseT/Ethernet.

Hình 7-17 Hiệu chỉnh truyền hình cáp cho các dịch vụ tương tác.

Trong hướng xuôi dòng 64 hoặc 256QAM với các ký hiệu 6 hoặc 8 bits tương ứng ñược sử dụng và các tốc ñộ dữ liệu khoảng 30 ñến 40Mbps nhận ñược qua mỗi kênh xuôi dòng 6Mhz. Chú ý rằng tất cả các người sử dụng của một kênh dùng chung duong lượng này.

Dải tần ngược dòng là nhiều nhiều hơn do cấu trúc phân nhánh, nhiễu cộng từ tất cả các nhánh khi ñến HE. Trong hướng ngược dòng, sơ ñồ ñiều chế có tính kiên ñịnh trực tiếp QPSK ñược sử dụng và hạn chế tốc ñộ dữ liệu tổng qua một kênh 6MHz là vài Mbps. Một vấn ñề nữa trong hướng ngược dòng là nghẽn khi nhiều người dùng chung một kênh. Kết cuối modem cáp ở HE chia các kênh ngược dòng vào các khe TDM và gán các khe này với các ñiểm cuối mà muốn truyền dữ liệu.

Như vậy, mạng cáp truyền hình cung cấp một môi trường ñang hiện hữu cho các dịch vụ như dữ liệu và thoại. Nó là một thay thế hấp dẫn cho truy cập dữ liệu tốc ñộ cao và nhiều nhà cung cấp truyền hình cáp cung cấp các dịch vụ này tốt hơn so với các nhàcc dịch vụ viễn thông cung cấp dịch vụ truy cập DSL. Khác biệt chính của modem cáp và DSL là các người sử dụng của mạng truyền hình cáp dùng chung dung lượng dữ liệu và họat ñộng tùy thuộc vào ñộ tích cực của các người sử dụng khác. Mộtvấn ñề cần phải chú ý nữa, ñó là bảo mật, bởi vì mỗi người sử dụng của hệ thống modem cáp có thể nhận dữ liệu trực tiếp từ các người sử dụng khác trong cùng sợi cung cấp.

Truy cập không dây

Truy cập DSL và truyền hình cáp trên các mạng cáp hiện hữu và chúng là các giải pháp hiệu quả chi phí cho các nhà cung cấp cho mạng truy cập của họ. Họ không muốn cho thuê mạng cáp của cho các ñối thủ cạnh tranh mặc dù có một số chính sách thúc ñẩy cạnh tranh mạng truy cập mở. Công nghệ không dây cho truy cập cố ñịnh cung cấp một


Trang 174

phương pháp truy cập băng rộng có chi phí hiệu quả cho các nhà cung cấp dịch vụ mới với vốn ñầu tư ban ñầu thấp hơn nhiều.

Một số nhà ñiều hành sử dụng công nghệ WLAN với các anten trực tiếp ñể cung cấp truy cập băng rộng khôgn dây cố ñịnh. Trong một số quốc gia các dải tần xác ñịnh ñược ấn ñịnh cho ứng dụng này. Một hệ thống truy cập không dây cơ bản bao gồm một LAN ở cơ ngơi khác hàng và một hệ thống tiếp sóng vô tuyến nối LAN qua sóng radio ñến router của nhàcc dịch vụ mà ñược nối ñến Internet.

Truy cập cáp sợi

Truy cập qua cáp sợi quang là một khái niệm chất lượng và băng thông cấp cao. Khi triển khai chi phí ñược ñiều chỉnh bởi cơ hội dịch vụ thì cáp sợi quang ñang ñược triển khai từ tổng ñài ñến thuê bao. Giải pháp này gọi là cáp nối ñến nhà FTTH (Fiber To The Home) hay cáp ñến văn phòng FTTO (Fiber To The Office).

ðể chia vốn ñầu tư sợi cáp giữa nhiều khách hàng, một nối kết sợi có thể ñược xây dựng từ tổng ñài trung tâm ñến một ñiểm ghép kênh từ truy cập cáp ñồng ñược cung cấp với nhiều khách hàng. Kiểu truy cập này ñược gọi là cáp nối ñến tòa nhà FTTB (Fiber To The Buiding) .

Các nối kết riêng và các mạng diện rộng WAN

Nối kết riêng như ñược cho thấy trong Hình 7-10. Thiết bị bao gồm máy tính và cácthiết bị khác mà hình thành mạng LAN cũng như các phần cứng cần thiết ñể nối LAN với ISP như router và các ñơn vị dịch vụ dữ liệu, dịch vụ kênh CSU/DSU (channel service unit / data service unit). Ta có thể phân biệt giữa nối kết riêng với truy cập băng rộng hiện nay là các truy cập nối kết riêng sử dụng các dịch vụ như frame relay là không phổ biến ñối với thị trường của khách hàng dân cư, gia ñình và cá nhân.

Các tùy chọn nối kết bao gồm các ñường dây riêng (ở tốc ñộ từ 2400bps ñến 2.048Mbps) và các dịch vụ dữ liệu kiểu gói như frame relay hay ATM ở tốc ñộ từ 56kbps ñến 45Mbps. Các ñường dây riêng và các kênh ảo vĩnh viễn frame relay là phương thức thông dụng cho các truy cập riêng. Qua các phương tiện kênh riêng, PPP là ñược sử dụng rộng rãi trên giao thức lớp tuyến dữ liệu.

Truy cập riêng cung cấp cách nối một máy tính hoặc mạng của khách hàng ñến Internet 24 giờ trong ngày, 7 ngày trong tuần. Dạng này sử dụng một tuyến vĩnh viễn từ nơi ở của người sử dụng ñến chuyển mạch của ISP gần nhất, ñiều này còn ñược cung cấp cho người sử dụng truy cập ñầy ñủ thời gian vào mạng.Các nối kết riêng cung cấp một kiểu dịch vụ Internet bền vững và linh họat và hiệu quả trong chi phí với các tổ chức lớn. Nối kết riêng là cần thiết nếu người sử dụng muốn cung cấp nhiều dạng dịch vụ thông tin trực tuyến như FTP hay WWW.

Một công ty bao gồm nhiều văn phòng trong một khu vực có nhu cầu trao ñổi thông tin thường xuyên giữa các nơi này. Với mục ñích như vậy, nhà ñiều hành mạng công cộng cho thuê các ñôi cáp hoặc cáp quang cho nối kết giữa các văn phòng (Hình 7-18). ðiều này là giải pháp kinh tế cho các nối kết giữa các mạng cục bộ khi khoảng cách khoảng vài km. Các kết cuối ñường dây có thể là HDSL với cáp ñồng hoặc cáp quang tùy theo yêu cầu tốc ñộ dữ liệu hoặc khoảng cách.

Trong trường hợp khoảng cách lớn thì ñiều này lại không kinh tế. Lúc này yêu cầu các bộ lặp và các ñôi cáp ñồng hoặc quang riêng nối qua các thành phố, quốc gia. Lúc này thay vì dung lượng truyền từ ñầu cuối ñến ñầu cuối thì lại ñược cho thuê từ mạng trung tâm của mạng ñường dài. Nối kết ñường dài sử dụng cùng các hệ thống truyền dẫn dung lượng cao của nhà cung cấp mạng màñược sử dụng ñển nối các tổng ñài công cung


Trang 175

cấpộng trong mạng. ðơn vị tốc ñộ dữ liệu cơ sở của tốc ñộ truyền dữ liệu ñược cung cấp qua mạng là 64Kbps tương ứng với dung lượng của một khe thời gian trong khung PCM. ðiều này lý giải tại sao các vật mạng viễn thông cung cấp các dịch vụ ñường dây thuê riêng với tốc ñộ dữ liệu là bội số của 64kbps.

Hình 7-18 Các ñường dây thuê riêng ñịa phương và ñường dài.

Nối kết bốn dây và thuê riêng ñường dài như trên là các ví dụ chung của các nối kết thuê kênh riêng. ðường dây riêng ñược nối ở mọi lúc, còn ñường dây quay số hay chuyển mạch thì chỉ ñược nối khi có nhu cầu. tuy nhiên, ñường dây chuyển mạch yêu cầu ñầu tư cao hơn trong thiết bị mạng và cước phí cao hơn nếu kênh ñược nối liên tục. Trong các nối kết giữa các LAN thì dung lượng yêu cầu thường cao và nối kết yêu cầu liên tục mà ñường dây thuê riêng cung cấp dịch vụ tốt hơn với chi phí dịch vụ thấp hơn trong mạng khu vực. Thuận lợi nữa của ñường dây thuê riêng là tính bảo mật cao hơn so với những dịch vụ công cộng.

4. ðỊNH TUYẾN

Khái niệm

ðịnh tuyến (Routing) là tiến trình chuyển các gói tin theo một ñường truyền xác ñịnh trước. Một Router ñược chỉ ñịnh ñể thực hiện chức năng ñịnh tuyến sẽ nhận gói tin ñến từ một cổng, kiểm tra thông tin ñính kèm trong gói tin và chuyển nó ñến một cổng nào ñó ñể ñưa gói tin lên mạng ñến trạm ñích.

Hoạt ñộng ñịnh tuyến của Router

ðể thực hiện tiến trình ñịnh tuyến, Router phải thực hiện hai công việc nhỏ là tìm ñường ñi ñến trạm ñích (dựa trên các thông tin có sẵn của mình về tôpô mạng) và chuyển gói tin ñó theo lộ trình ñã chọn.

Tìm ñường - Các giải thuật tìm ñường

Việc tìm ñường ñi ngắn nhất ñược thực hiện dựa trên một ñơn vị ño lường chuẩn gọi là metric. Cũng giống như ñộ dài ñường ñi, metric ñược sử dụng bởi các giải thuật tìm


Trang 176

ñường ñể quyết ñịnh ñường ñi ngắn nhất ñến một trạm ñích. ðể hỗ trợ cho tiến trình ñịnh tuyến, các giải thuật tìm ñường khởi tạo và quản lý các bảng ñịnh tuyến. Bảng ñịnh tuyến chứa ñựng thông tin về ñường ñi trên mạng. Mổi giải thuật tìm ñường ñi khác nhau sẽ cho ra các thông tin về ñường ñi khác nhau.

Các giải thuật tìm ñường ñiền ñầy vào các bảng ñịnh tuyến với các thông tin khác nhau. Sự kết hợp giữa trạm ñích và chặng kế tiếp (next hop) sẽ cho Router biết có thể gởi dữ liệu ñến trạm ñích nào ñó một cách tối ưu thông qua một Router cụ thể nào ñó tương ứng với “next hop” trên ñường ñi ñến trạm ñích cuối cùng.

Khi một router nhận ñược một gói dữ liệu gởi ñến, nó kiểm tra ñịa chỉ ñích và cố gắng liên hệ với ñịa chỉ này thông qua next hop.

Các bảng ñịnh tuyến cũng có thể thể chứa ñựng thông tin khác như dữ liệu về sự mong muốn của một ñường ñi.

Router so sánh các metric ñể quyết ñịnh những ñường ñi tốt nhất. Các metric khác nhau phụ thuộc vào việc lựa chọn các giải thuật tìm ñường.

Source host PC Packet

Packet

Packet Destination host

PC Packet

Hình 7-19 Chuyển gói thông tin theo lộ trình ñã chọn.

Các Router giao tiếp với nhau và duy trì bảng ñịnh tuyến của mình thông qua việc truyền các thông ñiệp khác nhau. Thông ñiệp cập nhật ñường ñi là một thông ñiệp thông dụng, bao gồm tất cả hay một phần của bảng ñịnh tuyến. Bằng cách phân tích các thông ñiệp cập nhập ñường ñi từ tất cả các router khác, một router có thể xây dựng một bức tranh toàn cảnh chi tiết về topo của mạng. Một ví dụ khác, về các thông ñiệp ñược truyền ñi giữa các router là LINK-STATE ADVERTISEMENT, nó thông báo cho các router

Router 1

Router2

Router 3

To Destination host {protocol address} Router 1 {physical address}



To Destination host {protocol address} To Destination host {physical address}


Trang 177

khác biết trạng thái liên kết của router gởi thông ñiệp này. Thông tin liên kết cũng có thể ñược sử dụng ñể xây dựng bức tranh toàn cảnh về topo của mạng nhằm cho phép các router quyết ñịnh ñường ñi tối ưu ñến các trạm cuối trên mạng.

Chuyển gói tin theo lộ trình ñã chọn

Giải thuật chuyển mạch tương ñối ñơn giản và thường giống nhau cho hầu hết các giao thức ñịnh tuyến. Trong hầu hết các trường hợp, một máy chủ quyết ñịnh rằng nó phải gửi gói dữ liệu ñến một máy chủ khác. Có ñịa chỉ của một router bằng một cách nào ñó, máy chủ nguồn gửi gói dữ liệu tới ñịa chỉ vật lý (MAC) của máy chủ ñích. Trong khi kiểm tra gói dữ liệu, Router xem xét xem nó có thể chuyển tiếp gói dữ liệu tới trạm tiếp thao hay không. Nếu nó không thể chuyển tiếp gói dữ liệu này, Router sẽ bỏ qua. Ngược lại, nó sẽ thay ñổi ñịa chỉ vật lý tới trạm tiếp theo và truyền dữ liệu ñi. Nếu không trạm tiếp theo sẽ là một Router. Router này sẽ thực hiện các quyết ñịnh chuyển mạch tương tự. Trong khi ñược truyền trên mạng, ñịa chỉ vật lý của gói dữ liệu luôn ñược thay ñổi qua mỗi trạm trung chuyển. Ngược lại, ñịa chỉ giao thức vẫn luôn cố ñịnh.

Các giải thuật tìm ñường

Các giải thuật tìm ñường có thể ñược phân biệt dựa trên một số ñặc trưng chính. Thứ nhất, các mục ñích ñặc thù của người thiết kế giải thuật có ảnh hưởng tới hoạt ñộng của kết quả giao thức ñịnh tuyến. Thứ hai, có nhiều kiểu giải thuật tìm ñường tồn tại và mỗi giải thuật có một ảnh hưởng khác nhau lên mạng và các tài nguyên Router. Cuối cùng giải thuật tìm ñường sử dụng một số metric khác nhau, do vậy nó ảnh hưởng ñến việc tính toán của các ñường ñi tối ưu.

Các giải thuật tìm ñường thường có một hay nhiều mục tiêu sau ñây:

• Tối ưu hoá: ðề cập ñến khả năng giải thuật tìm ñường trong việc chọn ra ñường ñi tốt nhất. Nó phụ thuộc vào các metric và các ñơn vị phụ thuộc nào ñó trong quá trình tính toán. Ví dụ, một giải thuật tìm ñường có thể sử dụng số lượng các chặng và ñộ trễ. Thông thường các giao thức ñịnh nghĩa metric cho các giải thuật tìm ñường của mình một cách tường minh.

• ðơn giản: Hiệu suất của các chức năng của giải thuật tìm ñường phải có hiệu quả cao với một chi phí phần mềm và tiện ích tối thiểu. Tính hiệu quả là một nhân tố quan trọng vì khi phần mềm thi hành giải thuật tìm ñường nó phải chạy trên một máy tính có tài nguyên phần cứng hạn chế.

• Kiên ñịnh: ðiều này có nghĩa rằng nó phải thực hiện một cách chính xác các thao tác khác thường hay không dự kiến các lỗi phần cứng, tình trạng tải cao và các thao tác không chuẩn xác. Vì các ñược ñịnh vị trên các chỗ nối của mạng nên chúng có thể là nguyên nhân gây ra các lỗi nghiêm trọng khi chúng hoạt ñộng không chuẩn xác. Những giải thuật tốt nhất thường là những giải thuật có thể tồn tại trong thời gian dài của các kiểm nghiệm và ñược chứng minh là ổn ñịnh dưới các tình trạng mạng khác nhau.

• Hội tụ nhanh: Sự hội tụ là tiến trình của việc thoả thuận giữa tất cả các Router thống nhất lại các ñường ñi. Các giải thuật tìm ñường hội tụ chậm có thể gây ra lặp hay tắt nghẽn mạng. Trong Hình 7-20 Router1 ñã ñược cập nhật và vì thế nó biết rằng ñường ñi tốt nhất tới ñích sẽ coi Router 2 như là trạm trung gian và sẽ chuyển gói dữ liệu ñến Router 2. Tuy nhiên, vì Router 2 chưa ñược cập nhật nên nó vẫn coi Router 1 là trạm trung gian tốt nhất vì thế nó sẽ gửi lại dữ liệu sang Router 1. ðiều này ñược lặp lại cho ñến khi Router 2 nhận ñược thông ñiệp cập nhật ñường ñi hoặc ñến


Trang 178

khi gói dữ liệu dữ liệu ñược chuyển ñến khi ñạt ñến một thời gian giới hạn cho phép.

• Mềm dẻo, linh ñộng: ðiều này có nghĩa là chúng phải thích nghi nhanh chóng và chính xác với các tình huống mạng khác nhau. Ví dụ, giả sử rằng một ñoạn mạng ñã bị sụp, xem như các Router nhận thấy sự cố mạng này, nhiều giải thuật tìm ñường phải nhanh chóng chọn ra ñường ñi tốt nhất tiếp theo cho toàn bộ ñường ñi thường sử dụng ñoạn mã này. Các giải thuật tìm ñường cũng có thể ñược lập trình ñể thích nghi với các thay ñổi trong băng thông mạng, kích thước hàng ñợi hay ñộ trễ mạng.

Hình 7-20 Trao ñổi bảng tìm ñường.

Các giải thuật tìm ñường có thể phân lớp theo loại như sau: • Tĩnh và ñộng • ðường ñơn và ña ñường • Ngang hàng và có thứ bậc • Máy trạm thông minh và Router thông minh • Intradomain và Interdomain • Trạng thái liên kết và vector ñộ dài

Tìm ñường tĩnh và ñộng

Các giải thuật tìm ñường tĩnh là các giải thuật cứng nhắc nhưng nó là các bảng ánh xạ ñược thiết lập bởi nhà quản trị mạng trước khi bắt ñầu ñịnh tuyến. Các ánh xạ ñó không thay ñổi trừ khi nhà quản trị thay ñổi nó. Các giải thuật sử dụng ñường ñi tĩnh thường dễ thiết kế và làm việc rất tốt trong các môi trường mạng mà có thể dự tính trước ñược một cách tương ñối chính xác chính xác và việc thiết kế mạng tương ñối ñơn giản. Bởi vì hệ thống tĩnh không thể tương tác lại ñược với các thay ñổi mạng nên nó ñược coi như không phù hợp với ngày nay. Giải thuật có ưu thế nhất của thập kỷ 90 là các giải thuật tìm ñường ñộng, nó ñiều chỉnh theo sự thay ñổi của tình huống mạng bằng cách phân tích các thông ñiệp cập nhật ñường ñi ñược gửi tới Router. Nếu thông ñiệp ñó chỉ ra rằng mạng ñã bị thay ñổi thì phần mềm ñịnh tuyến sẽ tính toán lại ñường ñi và gửi ñi thông ñiệp cập nhật ñường ñi mới. Các thông ñiệp này ñược phát ñi trên mạng làm cho các Router quay về các giải thuật của mình và thay ñổi bảng ñịnh tuyến theo các thông ñiệp ñó.

Các giải thuật tìm ñường ñộng có thể ñược bổ sung thêm các ñường tĩnh nếu phù hợp. Một Router ñược sử dụng thường xuyên (nó nhận tất cả các gói dữ liệu không thể gửi ñược) có thể ñược thiết kế ñể hoạt ñộng như là nơi chứa ñựng các gói dữ liệu không thể gửi ñược, nó ñảm bảm rằng tất cả các thông ñiệp ñều ñược xử lý ít nhất một lần ở một cách nào ñó.


Trang 179

ðường ñơn và ña ñường

Một vài giải thuật tìm ñường phức tạp hỗ trợ ña ñường tới cùng một ñích. Không giống như giải thuật thuật tìm ñường ñơn, các giải thuật tìm ña ñường cho phép giao dồn kênh trên nhiều ñường. Các thuận lợi của giải thuật tìm ña ñường rất rõ, nó có thể cung cấp thông lượng thực tế tốt hơn và ñáng tin cậy hơn.

Ngang hàng và có thứ bậc

Một vài giải thuật tìm ñường hoạt ñộng trong không gian dồng cấp, trong khi ñó lại có một vài giải thuật hoạt ñộng trong môi trường có thứ bậc. Trong hệ thống ñịnh tuyến ñồng cấp, các Router là bình ñẳng với nhau. Còn trong hệ thống có thứ bậc, một vài Router hình thành lên một cái gọi là backbone cho ñến khi nó ñến ñược vùng chung của ñích. Tại ñây, nó chuyển từ một Router backbone cuối cùng tới các Router không là backbone ñể tới ñược ñích cuối cùng. Hệ thống ñịnh tuyến thường chỉ rõ các nhóm logic các node gọi là các miền, hệ thống tự trị hay vùng. Trong hệ thống có thứ bậc một vài Router trong một miền có thể giao tiếp với các Router trong các miền khác trong khi các hệ thống khác, một Router chỉ có thể giao tiếp với các Router khác trong phạm vi một miền. Trong mạng rất rộng các thứ bậc thêm vào có thể tồn tại, với các Router ở mức cao nhất tạo thành backbone ñịnh tuyến.

Ưu ñiểm chính của ñịnh tuyến có thứ bậc là nó mô phỏng tổ chức của các công ty và vì thế nó hỗ trợ tốt mô hình truyền thông. Hầu hết các giao dịch mạng xảy ra trong phạm vi một miền nên các giải thuật tìm ñường của nó cũng trở nên ñơn giản và vì thế, dựa trên giải thuật sử dụng, giao dịch cập nhật ñường ñi có thể giảm ñi ñáng kể.

Máy trạm thông minh và Router thông minh

Một số giải thuật qui ước rằng các node nguồn cuối sẽ quyết ñịnh toàn bộ ñường ñi. ðiều này thường ñược ñề cập ñến như là ñịnh tuyến nguồn. Trong hệ thống ñịnh tuyến nguồn, các Router chỉ ñơn ñóng vai trò như là các thiết bị lưu trữ và trung chuyển, nó chuyển dữ liệu tới trạm tiếp theo mà không cần xem xét. Một số giải thuật khác qui ước rằng các máy trạm không biết gì về ñường ñi. Trong những giải thuật này, các Router quyết ñịnh ñường ñi trên toàn bộ mạng dựa trên tính toán của mình. Trong hệ thống thứ nhất,các máy trạm có sự hiểu biết về ñịnh tuyến. Trong hệ thống thứ hai,các Router lại có sự hiểu biết về ñịnh tuyến. Việc cân bằng giữa ñịnh tuyến máy trạm thông minh và router thông minh là một trong các ñối lập giữa tối ưu ñường ñi và chi phí giao dịch. Các hệ thống máy trạm thông minh chọn ñường ñi tốt hơn một cách thường xuyên vì nó thực sự khám phá tất cả các ñường ñi có thể tới ñích trước khi gói dữ liệu thực sự ñược chuyển ñi. Tiếp ñó, chúng chọn ñường ñi tốt nhất dựa trên các ñịnh nghĩa của hệ thống về sự tối ưu.

Intradomain và Interdomain

Một vài giải thuật chỉ làm việc trong phạm vi các miền, một vài giải thuật khác lại làm việc trong và giữa các miền. Tính chất của hai giải thuật trên là hoàn toàn khác nhau.

Trạng thái liên kết và vector ñộ dài

Các giải thuật trạng thái liên kết ( hay còn có tên gọi là giải thuật ñường ñi ngắn nhất ñầu tiên) ñưa thông tin ñịnh tuyến ñến tất cả các nút trên mạng. Tuy nhiên, mỗi router chỉ gởi một phần của bảng ñịnh tuyến mô tả trạng thái của liên kết của mình, giải thuật vector ñộ dài (hay còn gọi là giải thuật Bellman-Ford) yêu cầu mỗi router gởi một phần hay toàn bộ bảng ñịnh tuyến của nó nhưng chỉ cho các router láng giềng của mình.


Trang 180

Thực chất, các giải thuật trạng thái liên kết gởi một số thông tin cập nhật ñến mọi nơi trong khi vector ñộ dài gởi một số lượng lớn thông tin cập nhật ñến các router láng giềng. Do tốc ñộ hội tụ nhanh, giải thuật trạng thái liên kết ở một mức ñọ nào ñó ít xảy ra lặp hơn vector ñộ dài. Nói cách khác trạng thái liên kết ñòi hỏi nhiều tài nguyên CPU và bộ nhớ hơn vector ñọ dài. Vì vậy việc triển khai và hổ trợ giải thuật trngj thái liên kết là tốn kém hơn so với giải thuật vector ñộ dài. Tuy nhiên, cho dù có sự khác biệt, cả hai giả thuật này ñều hoạt ñộng tốt và chính xác trong hầu hết các tình huống.

Các metric ñịnh tuyến

Các bảng ñịnh tuyến chứa ñựng thông tin ñược sử dụng bởi phần mềm chuyển mạch nhằm lựa chọn ñường ñi tốt nhất. Nhưng cụ thể bảng ñịnh tuyến ñược xây dựng như thế nào?. ðâu là bản chất cụ thể của thông tin nó chứa ñựng?. Làm thế nào ñể các giải thuật tìm ñường quyết ñịnh ñường ñi này tốt hơn ñường ñi kia?. Các giải thuật tìm ñường sử dụng nhiều metric khác nhau ñể quyết ñịnh ñường ñi tốt nhất. Các giải thuật phức tạp có thể dựa trên việc lựa chọn ñường ñi từ nhiều metric, phối hợp chúng lại làm một metric. Các loại metric sau ñây ñã ñược sử dụng:

• ðộ dài ñường ñi là một metric ñịnh tuyến thông dụng nhất, một và giao thức ñịnh tuyến cho phép nhà quản trị mạng ấn ñịnh giá trị tuỳ ý cho mỗi liên kết mạng. Trong trường hợp này, ñộ dài ñường ñi là tổng của các giá trị liên quan tới mỗi kết nối. Một số giao thức ñịnh tuyến khác ñịnh nghĩa hop count, một metric chỉ ra số lượng của các giao dịch thông qua các thiết bị mạng như là các Router.

• ðộ tin cậy, trong ngữ cảnh của các giải thuật tìm ñường, ñược ñề cập như là tính tin cậy của mỗi liên kết mạng. Một số liên kết mạng có thể thường xuyên sụp ñổ hơn các liên kết khác. Sau khi một mạng hỏng, những liên kết mạng này sẽ ñược sửa chữa nhanh và dễ dàng hơn các liên kết khác.

• ðộ trễ ñịnh tuyến ñề cập ñến ñộ dài thời gian ñược yêu cầu ñể chuyển gói dữ liệu từ nguồn ñến ñích trên mạng. ðộ trễ phụ thuộc vào nhiều nhân tố bao gồm băng thông của các liên kết mạng trung gian, các cổng hàng ñợi ở mỗi Router dọc theo ñường truyền, tắt nghẽn mạng trên tất cả các liên kết trên mạng trung gian và khoảng cách vật lý của ñường truyền. Vì ñộ trễ là sự kết hợp của nhiều biến quan trọng nên nó là một metric thông dụng và hữu ích.

• Băng thông ñề cập ñến khả năng giao dịch của một liên kết mạng. Mặc dù băng thông là sự ñánh giá của thông lượng tối ña có thể ñạt tới trên một liên kết mạng, nhưng Router có liên kết với băng thông lớn hơn không nhất thiết cung cấp các ñường ñi tốt hơn so với các Router nối với các liên kết băng thông nhỏ. Ví dụ, một liên kết nhanh hơn bận, thời gian ñòi hỏi gói dữ liệu ñến ñích thực tế sẽ lớn hơn.

• Tải ñề cập ñến mức ñộ bận của một thiết bị mạng như Router. Tải có thể ñược tính toán theo nhiều cách khác nhau như việc tận dụng CPU và các gói ñược xữ lý trên một giây.

• Chi phí truyền thông là một metric quan trọng khác, ñặc biệt, ñối với nhiều công ty họ không quan tâm nhiều ñến việc thi hành nhiều như là họ quan tâm ñến chi phí vận hành. Thậm chí ñộ trễ ñường truyền có thể lớn hơn nhưng họ vẫn gởi dữ liệu trên ñường truyền của mình chứ không qua ñường dùng chung với cách tính giá theo thời gian sử dụng.


Trang 181

So sánh các giao thức ñịnh tuyến

Trước khi ñi vào so sánh giữa các giao thức ñịnh tuyến chúng ta hãy xem xét ñến các nhiệm vụ của giao thức ñịnh tuyến nói chung. Nhiệm vụ của các giao thức ñịnh tuyến là:

• Tự ñộng tìm hiểu và ñiền vào các bảng ñịnh tuyến các ñường ñi ñến tất cả các mạng con trong mạng. Nếu tìm thấy hơn một ñường ñi tới mạng con nó sẽ thay thế ñường ñi cũ với ñường ñi ñược coi là tốt nhất.

• Cảnh báo khi các ñường ñi trong bảng ñịnh tuyến không còn hợp lệ và gỡ bỏ các ñường ñi ñó trong bảng ñịnh tuyến. Nếu một ñường ñi ñã ñược gỡ bỏ khỏi bảng ñịnh tuyến và một ñường ñi mới thông qua một Router khác quan trọng là hợp lệ thì nó sẽ thêm ñường ñi ñó vào bảng ñịnh tuyến (nhiều người coi chức năng này và chức năng trên là như nhau).

• Thêm các ñường ñi mới hoặc thay thế các ñường ñi ñã mất với ñường ñi hợp lệ tốt nhất hiện thời càng sớm càng tốt. Khoảng thời gian tìm kiếm và thay thế ñường ñi mới ñược gọi là thời gian hội tụ.

• Ngăn chặn hiện tượng lặp trong ñịnh tuyến.

Giao thức ñịnh tuyến (routing protocol) là một thuật ngữ ñể mô tả các chương trình hay tiến trình ñược sử dụng ñể chuyển ñổi và “học” các thông tin ñịnh tuyến. Một số tài liệu gọi chương trình hay tiến trình này là các “giải thuật tìm ñường”. Các giao thức ñịnh tuyến sử dụng nhiều giải thuật khác nhau ñể quyết ñịnh việc chọn ñường ñi tôí ưu. Trong ñó giao thức trạng thái liên kết là một dạng của ñịnh tuyến. Các giao thức ñịnh tuyến kiểu trạng thái liên kết sử dụng một cơ sở dữ liệu về topo mạng. Cơ sở dữ liệu này ñược tạo bởi mỗi Router trên mạng. Cơ sở dữ liệu này ñược xử lý bởi một giải thuật gọi là shortest path first (SPF) ñể chọn ñường ñi tốt nhất và thêm nó vào bảng ñịnh tuyến .

Dạng thứ hai của giao thức ñịnh tuyến là “giao thức lai cân bằng”. Lai căng bằng là một thuật ngữ của Cisco ñể mô tả các hoạt ñộng bên trong của mạng EIGRP. Giao thức này sử dụng giải thuật DUAL ñể tính toán các ñường ñi. Một giao thức ñịnh tuyến dạng lai cân bằng chuyển ñổi nhiều thông tin về topo hơn so với giao thức ñịnh tuyến dạng vector ñộ dài nhưng nó không yêu cầu ñầy ñủ về các topo trên mạng. Vector ñộ dài là một dạng khác của giao thức ñịnh tuyến và nó là một giao thức ñược sử dụng rộng rãi trong các mạng IP nên chúng ta ñề cập chi tiết hơn trong phần sau ñây.

Dưới ñây là bảng liệt kê các giao thức ñịnh tuyến ñược sử dụng trong mạng và các thông tin liên quan ñến giao thức ñịnh tuyến ñó,

Bảng 7.2. Các giao thức ñịnh tuyến Internet. Giao thức ñịnh tuyến Kiểu giao thức Phương pháp tránh lặp ñịnh tuyến

RIP-1 Vector ñộ dài Holddown timer, spilit horizon RIP-2 Vector ñộ dài Holddown timer, spilit horizon IGRP Vector ñộ dài Holddown timer, spilit horizon EIGRP Lai cân bằng DUAL OSPF Trạng thái liên kết Giải thuật SPF Dijkstra và thông tin

ñầy ñủ về topo mạng


Trang 182

5. MỘT SỐ GIAO THỨC ðỊNH TUYẾN

Các loại giao thức ñịnh tuyến

Hầu hết các giải thuật ñịnh tuyến có thể chia thành một trong ba giải thuật cơ bản:

• Vector- Khoảng cách (Distance- vector)

• Trạng thái liên kết (Link- state)

• Lai ghép cân bằng (Balance- hybrid).

ðịnh tuyến vector khoảng cách xác ñịnh hướng và khoảng cách ñối với bất kỳ liên kết nào trong liên mạng. ðịnh tuyến trạng thái liên kết (cũng ñược gọi là Shortest path first) kiến tạo lại chính xác topo của toàn liên mạng (hay một phần của topo mà router phụ thuộc vào).

ðịnh tuyến balance- hybrid (lai ghép) phối hợp các khía cạnh của distance- vector và link- state..

ðịnh tuyến vector khoảng cách:

ðịnh tuyến vector khoảng cách là một giải thuật mà cho phép các router chọn ñường ñi tốt nhất. Giải thuật này sử dụng số hop ít nhất (mỗi router là một chặng) ñể quyết ñịnh ñường ñi của các bản tin ñến ñích.

Bảng ñịnh tuyến chứa thông tin về giá ñường dẫn tổng và ñịa chỉ vật lý dầu tiên nằm trên ñường dẫn ñến mỗi mạng chứa trong bảng, ñược gửi theo chu kì ñể cập nhật các router ở gần nhau. Khi router ñầu tiên quảng bá bản tin cập nhật, nó ñưa ñến tất cả các láng giềng kết nối trực tiếp với nó. Các router nhận ñược bản cập nhật thì lưu trữ trong bảng ñịnh tuyến ñể truyền các gói dữ liệu.

Hình 7-21 ðịnh tuyến vector khoảng cách.

ðiều này diễn ra từng bước trên tất cả các hướng giữa các router là láng giềng của nhau. Giải thuật này sau cùng tích luỹ ñược các khoảng cách mạng sao cho có thể duy trì một cơ sở dữ liệu về thông tin topo mạng. Các giải thuật Vector- khoảng cách không cho phép một router biết chính xác về topo của liên mạng.

B

C A

D

C D ÂD

BD

Routing Table

Routing Table

Routing Table

Routing Table

ðịnh kỳ chuyển các bảng copy của bảng ñịnh tuyến ñến các router láng giềng và tích luỹ các vector khoảng cách.


Trang 183

Phương pháp này ñòi hỏi nhiều băng thông bởi vì sự cập nhật ñịnh tuyến ñược gửi theo chu kì (thường khoảng 30 s).

ðịnh tuyến theo phương pháp này có một số nhược ñiểm sau:

• Không phù hợp với các môi trường mạng có cấu trúc không ổn ñịnh. Do mỗi lần thay ñổi cấu trúc mạng thì phải sửa ñổi lại bảng ñịnh tuyến bằng việc truyền các bản tin lần lượt từ router này sang router khác, làm cho quá trình cập nhật diễn ra rất chậm.

• Việc phát broadcast bản tin cập nhật theo ñịnh kì giữa các router có thể dẫn ñến hao phí băng thông mạng một cách không cần thiết.

ðịnh tuyến trạng thái liên kết:

Các giải thuật ñịnh tuyến link- state duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp chứa thông tin về topo mạng. Trong phương pháp này, giải thuật chọn ñường ñi ngắn nhất ñầu tiên (SPF-Shortest Path First) ñược sử dụng.

ðể thực hiện ñịnh tuyến này, mỗi router phải thông hiểu cấu hình mạng bao gồm các router và các mạng mà nó ñược kết nối ñến. Mỗi router trong giải thuật này thực hiện hai chức năng chính:

• Các thông báo về trạng thái liên kết (LSAs- link state advertisements): Kiểm tra trạng thái của tất cả các router ñược nối ñến nó.

• Phát tất cả các thông tin trạng thái ñường liên kết giữa nó với các router lân cận ñến tất cả các router khác trên mạng. Dựa trên thông tin này mỗi router sẽ xây dựng một cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng của riêng nó. Từ thông tin về cấu hình mạng này một ñường ñi ngắn nhất giữa các router sẽ ñược thiết lập dựa trên giải thuật SPF.

Bản tin về trạng thái ñường truyền sẽ không ñược các router phát ñịnh kì mà nó chỉ ñược sử dụng ñể cập nhật lại bảng ñịnh tuyến và bản ñồ cấu trúc mạng trong trường hợp trạng thái của một số ñường liên kết thay ñổi.

Như vậy mỗi router sẽ lưu trữ hai bảng cơ sở dữ liệu là bản ñồ cấu trúc mạng và bảng ñịnh tuyến. Bảng ñịnh tuyến ñược thiết lập dựa trên thông tin trong bản ñồ cấu trúc mạng theo thuật toán SPF.

Các giao thức ñịnh tuyến trạng thái liên kết thể hiện nhiều ưu ñiểm hơn so với giao thức ñịnh tuyến vector khoảng cách:

• Thuật toán SPF xác lập ñường ñi trên mạng ñược thực hiện ñộc lập trên mỗi router và không phụ thuộc vào các router trung gian nên không xảy ra các lỗi ñịnh tuyến lan truyền giữa các router.

• Thời gian thiết lập ñường truyền ngắn nhờ thuật toán ñược thực hiện ñộc lập trên mỗi router.

• Kích thước bản tin ngắn do không phát toàn bộ thông tin về bảng ñịnh tuyến, nhờ ñó giảm ñược hao phí băng thông của ñường truyền.


Trang 184

Hình 7-22 ðịnh tuyến trạng thái liên kết.

ðịnh tuyến lai ghép

Một dạng ñịnh tuyến kết hợp các khía cạnh của cả hai loại ñịnh tuyến trên ñược gọi là Balanced-Hybrid. Giao thức loại này dùng các vector khoảng cách cùng nhiều ñại lượng ño chính xác ñể ñịnh ñường dẫn tốt nhất ñưa ñến các mạng ñích. Hơn nữa chúng dùng các thay ñổi ñể kích khởi cácb cập nhật ñịnh tuyến. Ví dụ về giao thức loại balanced-hybrid bao gồm IS-IS và EIGRP.

Hình 7-23 ðịnh tuyến lai.

Một số giao thức dùng trong hoạt ñộng ñịnh tuyến:

Một hệ tự trị AS (Autonomous System) bao gồm nhiều Router , có thể ñược quản lý bởi nhiều cá nhân nhằm ñưa ra một chính sách phù hợp cho việc ñịnh tuyến ñến mạng bên ngoài.

Các gói LSA ( Link State Advertisement)

Thuật toán SPF

Cơ sở dữ liệu topo

Cây SPF

A

Routing Table

Chọn một ñường ñịnh tuyến dựa vào các vector

Hội tụ nhanh sử dụng các cập nhật dựa vào sự thay

ñổi.

ðịnh tuyến lai

Chia sẻ các thuộc tính của ñịnh tuyến distance vector và link state


Trang 185

Các router trong mạng 1 trong Hình 7-24 hình thành một mạng tự trị AS, những Router trong mạng 2 cũng vậy. Bên trong hệ tự trị ñược sử dụng những giao thức cổng nội IGP, giữa những hệ tự trị dùng giao thức cổng ngoại EGP.

Giao thức ñịnh tuyến cổng ngoại EGP (Exterior Gateway Protocol): ñược sử dụng ñể liên kết giữa các hệ tự trị AS (Autonomous Systems)

Hình 7-24 Hệ tự trị và ñịnh tuyến IGP, EGP.

BGP (Border Gateway Protocol): BGP có thể ñược gọi là giao thức ñịnh tuyến cho Internet. BGP thực hiện ñịnh tuyến liên vùng trong các mạng TCP/IP. BGP là một giao thức Gateway bên ngoài (EGP), nghĩa là nó thực hiện ñịnh tuyến giữa nhiều hệ thống tự trị và thay ñổi ñịnh tuyến và các thông tin với các hệ thống BGP khác. BGP ñược phát triển ñể thay thế giao thức tiền nhiệm của nó, EGP, như là một tiêu chuẩn giao thức ñịnh tuyến gateway bên ngoài trên Internet toàn cầu. BGP giải quyết các vấn ñề khác nhau với EGP và có thể phát triển Internet một cách hiệu quả hơn.

Hình 7-25 Một số giao thức ñịnh tuyến cổng nội.

Giao thức ñịnh tuyến cổng nội IGP (Interior Gateway Protocol): ñược sử dụng trong một vùng tự trị.

IS-IS (Intermediary System to Intermediary System): IS-IS là giao thức ñịnh tuyến phân cấp trạng thái liên kết OSI. Nó cũng có thể khó khăn cho việc cấu hình do sự giới hạn mô hình mạng. Nó ñưa lên mạng các thông tin trạng thái liên kết ñể xây dựng một mô hình mạng phù hợp hoàn chỉnh. IS-IS hội tụ nhanh và hỗ trợ VLSM. ðể ñơn giản cho hoạt ñộng và thiết kế router, IS-IS phân biệt giữa các dịch vụ thông tin (Information Services) mức 1 và mức 2:

• Các IS mức 1 truyền thông với các IS mức 1 khác trong cùng một vùng.

Routing Information Protocol (RIP) Interlor Gateway Routing Protocol (IGRP) Open Shortest Path First (OSPF) Protocol Enhanced IGRP (EIGRP) Network

Access

Internet

Transport

Application


Trang 186

• Các IS mức 2 ñịnh tuyến giữa các vùng mức 1 và hình thành một ñịnh tuyến liên vùng chính yếu.

Một số giao thức ñịnh tuyến nội vùng thông dụng:

RIP (Router Information Protocol):

RIP là một giao thức ñịnh tuyến ñược sử dụng phổ biến trong các mạng nội bộ và thuộc nhóm giao thức vector khoảng cách. RIP sử dụng số chặng ñể quyết ñịnh ñường ñịnh tuyến, tức là ñường ñi có số trạm nhỏ nhất ñược ưu tiên, nhưng chỉ giới hạn ở 15 trạm. RIP là một giao thức Gateway bên trong (IGP, Interior Gateway Protocol).

Theo phương thức ñịnh tuyến RIP, mỗi router sẽ chuyển quảng bá các bản tin lên mạng trong mỗi 30 giây. Bản tin mà mỗi trạm phát ñi sẽ mang thông tin về bảng ñịnh tuyến hiện thời của chúng. Các bản tin sẽ mang các thông tin xác ñịnh:

• ðịa chỉ ñích.

• Khoảng cách ño bằng số chặng ñể ñến ñược ñịa chỉ ñích tương ứng. Số lượng hop ñược xác ñịnh trên ñường dẫn từ một nguồn ñến một ñích xác ñịnh chính là số node mà một gói dữ liệu phải ñi qua dọc trên ñường dẫn ñó.

Hiện nay, RIP có hai phiên bản là RIPV1 và RIPV2 . RIPV2 ñược xây dựng trên cơ sở của RIP và thêm vào một số ñặc ñiểm quan trọng mà RIPV1 không có (như hỗ trợ chức năng VLSM).

IGRP (Interior Gateway Routing Protocol):

Mặc dù RIP là một giao thức ñịnh tuyến ñơn giản, tuy vậy nó chỉ phù hợp với các mô hình mạng có cấu trúc ñơn giản và ít biến ñộng do RIP chưa giải quyết ñược những khuyết ñiểm của thuật toán ñịnh tuyến vector khoảng cách. IGRP là giao thức ñịnh tuyến ñược thiết kế nhằm cải thiện và loại bỏ các khuyết ñiểm của RIP.

IGRP là giao thức ñộc quyền của Cisco. Nó cũng là một giao thức vector khoảng cách. ðể trao ñổi thông tin với nhau, các router sẽ phát ñịnh kì toàn bộ thông tin về bảng ñịnh tuyến của nó cho các router lân cận. Các thông tin nhận ñược ñược sử dụng ñể xác lập một ñường dẫn mới tối ưu hơn hay thế ñường dẫn cũ, cập nhật ñộ chiếm dụng kênh trên ñường truyền, …

IGRP sử dụng giá trị 24 bit metric ñể quyết ñịnh ñường ñịnh tuyến tốt nhất, với giá trị lớn nhất là 254 trạm (giá trị mặc ñịnh là 100 trạm). IGRP có thể hỗ trợ các cấu hình liên kết mạng ñộc quyền. IGRP truyền toàn bộ bảng ñịnh tuyến mỗi lần cập nhật, mặc ñịnh là 90 giây một lần. IGRP không hỗ trợ VLSM. Không giống như RIP chỉ sử dụng số trạm (hop) ñể quyết ñịnh ñịnh tuyến, IGRP sử dụng 2 nhân tố quan trọng trong số 6 nhân tố (băng thông, ñộ trễ, ñộ tin cậy, tải, MTU và số trạm) là băng thông và ñộ trễ ñể quyết ñịnh ñường ñịnh tuyến tốt nhất qua mạng.

Các hệ thống của Cisco phát triển IGRP và giữa năm 1980. Nó là một giao thức Gateway bên trong vector khoảng cách.

OSPF (Open Shortest Path First):

OSPF là giao thức trạng thái liên kết và không ñộc quyền (mở). OSPF thích hợp cho việc thiết kế mạng hơn là IGRP và EIGRP khi các thiết bị không phải của Cisco. Nó ñược thiết kế ñể hoạt ñộng trong các mạng TCP/IP và giải quyết các thiếu sót của giao


Trang 187

thức thông tin ñịnh tuyến (RIP). OSPF hỗ trợ nhiều loại mạng như là ñiểm-ñiểm và các mạng quảng bá (broadcast), các mạng ña truy cập (multiaccess).

OSPF gửi cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết tổng kết mỗi 30 phút, bất kể tuyến có hỏng hay không. OSPF sử dụng giải thuật Dijkstra ñể tính toán ñường dẫn ngắn nhất cho mạng. Nó cũng hỗ trợ VLSM và các mạng con không liên tục (mạng con không liên tục là các mạng con trong một mạng chính bị phân tách bởi một mạng chính khác).

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol):

EIGRP là một phiên bản cải tiến của IGRP ñược phát triển bởi hệ thống Cisco và cũng là giao thức ñộc quyền của Cisco. EIGRP sử dụng cùng giải thuật vector khoảng cách và thông tin khoảng cách như IGRP. Các tính chất hội tụ của EIGRP và hiệu quả hoạt ñộng thì tốt hơn là IGRP.


IP ñược trình bày tốt trong [COME95]. Các chi tiết về OSPF và các giải thuật ñịnh tuyến khác ñược cung cấp trong [HUIT95], TCP ñược trình bày rõ ràng trong [PART88], [SPRA91] và [HALS96] và các vấn ñề khác có thể tìm ñọc ở [STEE95] and [PERL92]. [BRAD96] trình bày về IPv6 và các vấn ñề liên quan.

• [BRAD96] Bradner, S. and Mankin, A. IPng: Internet Protocol Next Generation. Reading, MA: Addison-Wesley, 1996.

• [COME95] Comer, D. Internetworking with TCP/IP, Volume I: Principles, Protocols, and Architecture. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1995.

• [GILL95] Gilligan, R. and Callon, R. "IPv6 Transition Mechanisms Overview." Connexions,October, 1995.

• HALS96] Halsall, F. Data Communications, Computer Networks, and Open Systems. Reading, MA: Addison-Wesley, 1996.

• [HUIT95] Huitema, C. Routing in the Internet. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1995.

• [MURP95] Murphy, E. Hayes, S. and Enders, M. TCP/IP: Tutorial and Technical Overview.Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1995.

• [PART88] Partridge, C. Innovations in Internetworking. Norwood, MA: Artech House, 1988.

• [PERL92] Perlman, R. Interconnections: Bridges and Routers. Reading, MA: Addison-Wesley, 1992.

• [SPRA91] Spragins, J., Harnrnond, J., and Pawlikowski, K. Telecommunications Protocols and Design. Reading, MA: Addison-Wesley, 1991.

• [STEE95] Steenstrup, M. Routing in Communications Networks. Englewood Cliffs, NJ:Prentice Hall, 1995.

Các trang web:

• http://ietf.org: trang web của IETF với toàn bộ các RFC và các draft về IP và viễn thông.


Trang 188

• http://playground.sun.com/pub/ipng/html/ipng-main.html: trang về Ipv6.

Chương 8.... Multi-Protocol Label Switching

Trang 189

8. MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING

Có thể nói rằng, hiện nay, trên thế giới không có gì phát triển mạnh như Internet. Tuy nhiên với sự bùng nổ của Internet và yêu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ cũng như các vật mang, ñòi hỏi một mạng tin cậy với khả năng cung cấp hoạt ñộng mạng kiên ñịnh và có thể dự ñoán ñược. Mặc dù các mạng IP cung cấp khả năng linh hoạt và co giãn nhưng cần phải ñược nâng cấp về mặt khả năng sử dụng, ñộ tin cậy và chất lượng dịch vụ QoS.

Trong những năm gần ñây, kỹ thuật truyền dữ liệu sử dụng kiểu truyền dẫn bất ñồng bộ ATM ñược ñề xuất là một hệ thống cơ sở hạ tầng cho mạng viễn thông hiện ñại. Mạng ATM ñược thiết kế với tính co giãn lớn, băng thông cao, dễ quản lý và linh họat trong vấn ñề phục vụ cho các loại lưu lượng ña phương tiện khác nhau, ñồng thời, tốc ñộ bit có thể thay ñổi, ñáp ứng ñược yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS. Tuy nhiên, ATM gặp một số khó khăn trong việc khai thác tối ưu các tiềm năng của nó, ñó là sự phức tạp trong sơ ñồ quản lý và sơ ñồ ñiều khiển. Bởi vì ATM luôn cố gắng hỗ trợ tốt nhất ñồng thời tất cả các loại dịch vụ khác nhau với các ñặc tính, tốc ñộ bit, QoS rất khác nhau, nên việc tận dụng tài nguyên trên mạng là phức tạp, không tuyến tính và cấu trúc ñiều khiển là phân bố, không tập trung. Tính phức tạp càng nâng cao trong vấn ñề ñiều khiển lưu lượng, ñòi hỏi một cơ chế ñiều khiển lưu lượng linh họat và thật hiệu quả ñể ñáp ứng ñược các yêu cầu về lưu lượng mà hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn ñang tìm tòi ñể giải bài toán khó này.

Chuyển mạch nhãn ña giao thức MPLS (Multi-Protocol Label Switching) ñược phát triển từ các giải pháp của chuyển mạch IP nhanh, ñược ñề nghị khoảng giữa thập kỷ 90 bởi các công ty như Ipsilon, Cisco và IBM. MPLS ñược IETF (Internet Engineering Task Force) chuẩn hoá với ñối tượng chính là tích hợp chuyển tiếp chuyển mạch nhãn ở lớp tuyến dữ liệu với ñịnh tuyến ở lớp mạng.

ðầu chương sẽ trình bày các khái niệm tổng quan về MPLS, sau ñó là các cấu trúc dữ liệu, giao thức phân phối nhãn và các cơ chế kỹ thuật lưu lượng trong MPLS.

1. TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trong ñịnh tuyến lớp mạng thông thường, khi một gói của giao thức lớp mạng không ñấu nối ñi từ router bày ñến router tiếp theo, thì mỗi router tiến hành một quyết ñịnh chuyển tiếp (forwarding) ñộc lập cho gói. Nghĩa là mỗi router phân tích header của gói và mỗi router thực hiện một thuật giải ñịnh tuyến lớp mạng. Mỗi router phân tích chặng tiếp theo cho gói một cách ñộc lập trên cơ sở phân tích các header của gói và kết quả của việc thực hiện thuật giải ñịnh tuyến.


Trang 190

Chuyển mạch nhãn ña giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) ñược ñề xuất từ IETF (Internet Engineering Task Force) nhằm giải quyết vấn ñề này, với ñối tương chính là việc chuyển tiếp chuyển mạch nhãn tích hợp với ñịnh tuyến lớp mạng.

Trong mô hình chuyển tiếp MPLS, khi một gói ñược ấn ñịnh một FEC (Forwarding Equivalency Class) thì các router sau không phân tích header của nó nữa, mọi sự chuyển tiếp ñều dựa vào nhãn. ðiều này dẫn ñến một số thuận lợi so với ñịnh tuyến lớp mạng thông thường:

• Chuyển tiếp của MPLS có thể hoàn thành bởi các chuyển mạch mà có khả năng tiến hành tra cứu và thay thế nhãn, nhưng không có khả năng phân tích header lớp mạng, hay không có khả năng phân tích các header lớp mạng tại tốc ñộ thích hợp.

• Từ khi một gói ñược ấn ñịnh một FEC, khi nó chuyển vào trong mạng, router ngõ vào có thể sử dụng bất kỳ thông tin của nó trong việc xác ñịnh và ấn ñịnh. Thậm chí từ những thông tin lượm lặt từ header lớp mạng. Ví dụ: các gói ñến các cổng khác nhau có thể ñược ấn ñịnh ñến các FEC khác nhau. Còn trong chuyển tiếp thông thường thì chỉ có thể xét thông tin ñi cùng với gói trong header của gói.

• Một gói chuyển vào mạng tại một router cụ thể có thể ñược dán nhãn khác nhau mà cùng gói ñi vào mạng tại một router khác và kết quả của việc chuyển tiếp quyết ñịnh theo router ngõ vào thì có thể dễ dàng trong việc thực hiện hơn. ðiều này không thể thực hiện trong chuyển tiếp lớp mạng thông thường.

• Không quan tâm rằng việc xác ñịnh gói ñược ấn ñịnh ñến một FEC có thể phức tạp như thế nào, vì không có bất kỳ sự tác ñộng tại tất cả các router mà chỉ ñơn thuần chuyển tiếp các gói ñược dán nhãn.

• ðôi khi, nó muốn tác ñộng một gói theo một ñường cụ thể mà ñã ñược chọn tường minh tại lúc hay trước lúc gói ñi vào mạng ñúng hơn là ñược chọn bởi thuật giải ñịnh tuyến ñộng thông thường khi các gói ñi qua mạng. ðiều này là một vấn ñề của việc kiểm soát hay hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng. Trong chuyển tiếp thông thường, yêu cầu một gói thực hiện một sự mã hóa ñường của nó kèm theo nó “ñịnh tuyến nguồn”. Trong MPLS, một nhãn có thể ñược sử dụng ñể biểu diễn một ñường ñể ñồng nhất ñường tường minh không cần phải mang theo gói.

Một vài router phân tích header lớp mạng của gói không chỉ ñơn thuần là chọn chặng tiếp theo của gói mà còn xác ñịnh “quyền ưu tiên” hay “lớp dịch vụ”

MPLS gọi là chuyển mạch nhãn “ña giao thức” bởi vì các kỹ thuật của nó có thể ñược áp dụng cho BẤT KỲ giao thức lớp mạng nào.

2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MPLS

Nội dung chính trong MPLS là sự phân chia các chức năng của các router thành hai phần: ñó là chuyển tiếp và ñiều khiển. Phần chuyển tiếp chịu trách nhiệm cho các gói dữ liệu ñược chuyển giữa các router IP như thế nào, việc sử dụng chuyển ñổi nhãn tương tự như ñịnh danh ñường ảo, kênh ảo trong chuyển mạch ATM. Phần ñiều khiển bao gồm các giao thức ñịnh tuyến lớp mạng ñể phân bố các thông tin ñịnh tuyến giữa các router và các thủ tục dán nhãn ñể chuyển ñổi thông tin ñịnh tuyến này vào trong các bảng chuyển


Trang 191

tiếp cần cho việc chuyển mạch nhãn như trong Hình 8-1. Chú ý rằng, MPLS không phải là một giao thức ñịnh tuyến mà nó là một cơ chế chuyển tiếp nhanh mà ñược thiết kế tiếp theo ñể làm việc trong các giao thức ñịnh tuyến IP ñang tồn tại như Open Shortest Path First (OSPF) hay Border Gateway Protocol (BGP). Sự phân chia thành hai thành phần cho phép mỗi thành phần có thể ñược phát triển và cải tiến ñộc lập.

Các thành phần và các cơ chế LDP:

Nội dung cơ bản trong MPLS là hai router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) phải ñồng ý trên phương tiện các nhãn ñược sử dụng ñể chuyển tiếp lưu lượng giữa chúng và qua chúng. ðiều này thực hiện ñược nhờ sự sử dụng một tập các thủ tục báo hiệu ñược gọi là giao thức phân bố nhãn khi một LSR này thông báo với LSR kia về các liên kết nhãn/FEC mà nó ñã tiến hành. Hai LSR mà sử dụng giao thức phân bố nhãn ñể trao ñổi thông tin liên kết nhãn/FEC gọi là “phân bố nhãn ngang hàng” liên quan tới thông tin liên kết mà chúng trao ñổi. Nếu hai LSR là phân bố nhãn ngang hàng thì có một “phân bố nhãn lân cận” tồn tại giữa chúng. Ở ñây, chúng ta chỉ xét ñến giao thức phân bố nhãn LDP mặc dù, hiện nay ñang có một số giao thức phân bố nhãn khác ñang ñược phát triển.

Hình 8-1 Các thành phần ñiều khiển và chuyển tiếp

LDP là một giao thức ñược ñịnh nghĩa cho việc phân bố nhãn. Nó là một tập hợp các thủ tục và thông ñiệp mà các LSR thiết lập các ñường dẫn chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path) qua mạng bởi việc ánh xạ thông tin ñịnh tuyến lớp mạng trực tiếp ñến các ñường dẫn chuyển mạch lớp tuyến dữ liệu.

LDP kết hợp một FEC với mỗi LSP mà nó tạo ra. FEC kết hợp với LSP xác ñịnh các gói ñược ánh xạ ñến LSP này. LSP ñược kéo dài qua mạng khi mỗi LSR ánh xạ các nhãn ñưa ñến với một FEC thành nhãn ra ñến chặng tiếp theo với FEC ñã cho.

Các thành phần giao thức MPLS Các thành phân giao thức không MPLS

Giao thức phân bố nhãn

Mgs Dscy Sess Advt Notf

OSPF UDP TCP

IP

MPLS Fwd ARP

MAC

PHY

Cơ sở th

ông tin nhãn

Miền nhớ chia xẻ LDP

Mgr: Các mục ñích quản lý LDP Dscy: Các thông ñiệp phát hiện Sess: Quản lý phiên Advt: Các thông ñiệp công bố Notf: Các thông ñiệp thông báo


Trang 192

Các phần sau khái quát về các thành phần, thủ tục, cơ chế triển khai trong kiến trúc của MPLS. Hình 8-2 mô tả một miền MPLS tiêu biểu.

Router chuyển mạch nhãn

Router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) là thiết bị mà có khả năng chuyển tiếp các gói ở lớp 3 và chuyển tiếp các khung ñóng thành gói ở lớp 2. Cơ chế chuyển ñổi nhãn ñược thực hiện ở lớp 2.

Router nhãn biên

Router nhãn biên LER (Label Edge Router) gồm một router và một chuyển mạch lớp 2 mà có khả năng chuyển tiếp các khung MPLS ñến và ñi từ miền MPLS. Nó tiến hành liên kết IP ñến FEC MPLS bao gồm sự thoả thuận các luồng ñưa ñến. Nó còn giao tiếp với các LSR bên trong của MPLS ñể chuyển ñổi các liên kết nhãn. Thường xét như một LSR ngõ vào hay ngõ ra bởi vì nó ñặt ở vị trí biên của miền MPLS.

Hình 8-2 Một miền MPLS tiêu biểu

ðường dẫn chuyển mạch nhãn

ðường dẫn chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path) là ñường dẫn ñược chuyển mạch từ ngõ vào ñến ngõ ra, LSP ñược xây dựng bởi các node MPLS ñể chuyển tiếp các gói ñã ñóng gói MPLS của một FEC nào ñó sử dụng cơ chế chuyển tiếp chuyển ñổi nhãn. Nó gần giống như nội dung của các kênh ảo trong chuyển mạch ATM.

LSP (Label Switching Path) của lớp m cho một gói P tiêu biểu là một chuỗi các router <R1,..,Rn> với các thuộc tính sau:

• R1, ngõ vào của LSP, là một LSR mà ñẩy nhãn vào trong ngăn xếp nhãn của gói P, stack nhãn có ñộ sâu là m.

• Với mọi i, 1<i<n, P có ngăn xếp nhãn với ñộ sâu m khi nó ñược tiếp nhận bởi LSR Ri.

• Ngoài thời ñiểm truyền P từ R1 ñến Rn-1 thì ngăn xếp nhãn của nó có ñộ sâu nhỏ hơn m.

• Với mọi i, 1<i<n, Ri truyền P ñến Ri+1bằng các phương tiện của MPLS, nghĩa là sử dụng một nhãn tại ñỉnh của ngăn xếp (nhãn lớp m) như một chỉ số ñưa vào trong ILM.

• Với mọi i, 1<i<n, nếu một hệ thống S nhận và chuyển tiếp P sau khi P ñược truyền bởi Ri nhưng trước khi P ñược nhận bởi Ri+1 (nghĩa là Ri và Ri+1 có

Phạm vi khách hàng

Miền MPLS

Các router chuyển tiếp LSR

Giao tiếp nhà cung cấp/khách hàng

ðiều hành vật mang mạng

LER LER

LSR LSR

LSR LSR


Trang 193

thể ñược nối qua một mạng con tuyến dữ liệu chuyển mạch và S có thể là một trong các chuyển mạch tuyến dữ liệu) thì quyết ñịnh chuyển tiếp của S là không dựa trên cơ sở của nhãn lớp m hay trên header lớp mạng. ðiều này có thể do:

o Quyết ñịnh không dựa trên ngăn xếp nhãn hay header lớp mạng.

o Quyết ñịnh dựa trên ngăn xếp nhãn với các nhãn bor sung ñã ñược ñưa vào (nghĩa là nhãn lớp m+k, với k nhãn ñược ñua vào ngăn xếp và k >0).

Nói cách khác, LSP lớp m cho một gói P là một chuỗi các router:

• Bắt ñầu bằng một LSR (LSR ngõ vào) mà ñẩy nhãn lớp m vfo trong ngăn xếp nhãn.

• Tất cả LSR trung gian mà quyết ñịnh chuyển tiếp của chúng bởi chuyển mạch nhãn trên nhãn lớp m.

• Kết thúc (LSR ngõ ra) khi một quyết ñịnh chuyển tiếp là ñược tiến hành bởi chuyển mạch nhãn trên nhãn lớp m-k, trong ñó k>0 hay khi quyết ñịnh chuyển tiếp mà ñược tiến hành bởi LRP ngõ vào hoặc các thủ tục chuyển tiếp phi MPLS.

Các lớp chuyển tiếp tương ñương FEC

Lớp chuyển tiếp tương ñương là một tập hợp các gói ñược ñối xử như nhau bởi các router, nghĩa là chúng ñược chuyển tiếp cùng giao tiếp với cùng chặng tiếp theo và ñược ấn ñịnh cùng lớp phục vụ. Khi một gói vào miền MPLS tại một node ngõ vào, chúng ñược ánh xạ ñến một FEC (Forwarding Equivalency Class). Việc ánh xạ tùy thuộc vào số dữ kiện, nghĩa là ñiạ chỉ prefix, ñịa chỉ nguồn, ñịa chỉ ñích hay giao tiếp ngõ vào. Tại thời ñiểm hiện nay có 3 nguyên tố FEC ñược ñịnh nghĩa, ñó là ñịa chỉ prefix, ID và luồng của router.

Hình 8-3 Lớp chuyển tiếp tương ñương (FEC)

Nhãn

Nhãn có chiều dài cố ñịnh, ngắn, là ñịnh danh mang tính cục bộ mà ñược sử dụng ñể xác ñịnh một FEC. Một gói ñược dán nhãn là một gói với nhãn ñã ñược mã hóa. Nhãn ñược dán vào một gói cụ thể tiêu biểu cho lớp chuyển tiếp tương ñương mà gói ñược ấn ñịnh. Một gói có thể ñược ấn ñịnh ñến một FEC trên cơ sở ñịa chỉ ñích lớp mạng của nó

IP1

IP2

IP1 L1

L1

IP1 L2

L2

IP1 L3

L3

IP1

IP2

LER LSR LSR LER LSP

IP IP FR-ATM FR-ATM PHY PHY

MPLS PHY PHY

MPLS PHY PHY

IP IP FR-ATM FR-ATM PHY PHY

IP2 IP2 IP2


Trang 194

nhưng nhãn không ñược mã hóa trực tiếp các thông tin từ header lớp mạng. Nhãn có thể cư ngụ trong header ñóng gói gọi là header chèn hay một ngõ vào stack. Nó có thể ở trong khung lớp tuyến dữ liệu nào ñó, miễn là có một trường sẵn sàn cho mục ñích này.

Ví dụ một header chèn gồm các trường (Hình 8-4):

• Trường nhãn Label: 20bits, mang các giá trị nhãn xác thực.

• Trường thực nghiệm: 3bits, chưa ñược ñịnh nghĩa.

• Trường S: 1bit, stack hỗ trợ phân cấp stack nhãn.

• TTL: 8bits, Time-to-Live kết hợp với chức năng IP.

Hình 8-4 Header “chèn” MPLS

Không gian nhãn

Trong việc ấn ñịnh và phân bố nhãn, có thể diễn ra trên hai không gian nhãn, ñó là trên không gian nhãn giao tiếp và trên không gian nhãn nền (platform).

Trên không gian nhãn giao tiếp cho phép các nhãn ñược sử dụng cho các giao tiếp mà sử dụng các tài nguyên giao tiếp cho các nhãn, ví dụ giao tiếp ATM sử dụng các giá trị VCI như các nhãn.

Không gian nhãn nền ñược sử dụng khi một không gian nhãn ñơn ñược phân chia qua nhiều giao tiếp.

Hình 8-5 Stack nhãn

L3 LSP2

L3 LSP1

L3 LSP1

L3 LSP2

L3 LSP1

L3 LSP2

LSP3

LSP3 LSP3

LSP1 LSP2

Tải trọng Header Lớp 3

Header Lớp 2

Tải trọng Header Lớp 3

Header Lớp 2

Nhãn EXP S TTL

Header chèn

Khung lớp tuyến dữ liệu


Trang 195

Stack nhãn

Stack nhãn là tập hợp tuần tự các nhãn ñược gắn thêm vào một gói mà có thể mang thông tin cụ thể về nhiều hơn một FEC mà gói thuộc về và các LSP tương ứng mà gói có thể ñi qua. Ngăn xếp nhãn ñược ñại diện bằng một chuỗi “các chỉ số của ngăn xếp nhãn” xuất hiện sau header lớp tuyến dữ liệu nhưng trước header lớp mạng. Các chỉ số có thể ñược “ñẩy vào”, nghĩa là ñặt vào trong stack hay “lấy ra” nghĩa là rút ra khỏi stack. LSP1 và LSP2 có thể ñược xếp trong các khung với nhãn LSP3 như trong Hình 8-5. Stack nhãn cho phép “ñường hầm” xuất hiện trong miền MPLS sẽ ñược xét ở phần sau.

Các ñóng gói nhãn

MPLS ñược nhắm ñến ñể hoạt ñộng qua nhiều lớp tuyến dữ liệu như:

• ATM: trong ñó, nhãn ñược chứa trong trường VPI/VCI của header ATM.

• Frame Relay: trong ñó, nhãn ñược chứa trong trường DLCI trong header FR.

• PPP/LAN: trong ñó header chèn ñược chèn giữa các header lớp 2 và lớp 3.

• Ngoài ra, các nhãn chèn có thể ñược sắp trong ngăn xếp.

ðường hầm

LSR R1 có thể chuyển một gói ñến LSR R4, mặc dù R1 và R4 không phải là các router liên tiếp trên ñường dẫn từng chặng (hop-by-hop) cho gói này.

Hình 8-6 ðường hầm

Xét Hình 8-6, trong ñó, một LSP ñược hình thành bởi {R1, R2, R3, R4}. Giả sử R1 nhận gói không dán nhãn P và ñẩy vào trong stack nhãn của nó ñể nó theo ñường dẫn này. Giả sử R2 và R3 là không nối trực tiếp mà qua các LSR {R21, R22, R23}. Vậy, LSP là {R1, R2,R21, R22, R23, R3, R4}.

P sẽ có stack nhãn với ñộ sâu bằng 1 khi nó ñi từ R1 ñến R2, tại R2, nó ñược xác ñịnh rằng P phải ñược ñưa vào trong ñường hầm. R2 trước tiên thay nhãn ñưa ñến bằng một nhãn có nghĩa ñầy ñủ ñến R3 và ñưa vào một nhãn ñược xác nhận bởi R21. Nhãn mới này có ñộ sâu là 2 ñể chuyển mạch cho R21, R22, R23. Khi P ñến R23, nhãn ñỉnh sẽ ñược ñẩy ra khỏi stack và stack nhãn chỉ có ñộ sâu bằng 1. Nhãn này sẽ ñược xác nhận bởi R3 và sử dụng nó ñể chuyển gói ñến R4. Quá trình xếp chồng nhãn cho phép LSP ñào hầm ñể có thể xuất hiện ở mọi ñộ sâu của stack.

P P

P P

ðường hầm

R1 R2

R21 R22 R23

R3 R4


Trang 196

Các LSR ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream)

Giả sử Ru và Rd là các LSR (Label Switching Router) và Ru và Rd ñã thỏa thuận dán nhãn L với FEC F cho các gói ñược gởi từ Ru tới Rd thì Ru là LSR ngược dòng và Rd là LSR xuôi dòng.

Hình 8-7 Các LSR ngược dòng và xuôi dòng

3. CÁC CẤU TRÚC DỮ LIỆU

Hình 8-8 Chuyển tiếp các gói trong miền MPLS

Phần này mô tả các cấu trúc dữ liệu mà ñược yêu cầu ñể thiết lập và duy trì các LSP gọi là Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo (NHLFE), FEC tới NHLFE và Ánh xạ nhãn ñưa ñến (ILM). Hình 8-8 mô tả các cấu trúc dữ liệu khác nhau trong miền MPLS.

Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo

Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) ñược sử dụng khi chuyển tiếp một gói ñược ñóng gói trong một khung MPLS, nghĩa là gói ñược dán nhãn. Nó chứa các thông tin sau:

• Chặng tiếp theo của gói.

• Thao tác ñể tiến hành trên gói.

• Thay nhãn ở ñỉnh bằng một nhãn mới.

• ðẩy ra một nhãn.

• Thay thế nhãn ñỉnh bằng một nhãn mới và ấn vào một hay nhiều nhãn mới trong stack.

• ðóng gói tuyến dữ liệu ñể sử dụng khi truyền gói.

Miền MPLS

LSR ngõ vào

Gắn nhãn

LSR ngõ ra

Chuyển ñổi nhãn Chuyển ñổi nhãn

Loại bỏ nhãn

Nhãn

ánh xạ FEC tới NHLFE

NHLFE NHLFE NHLFE

Ánh xạ gói ñến FEC và ánh xạ FEC tới NHLFE

Loại bỏ nhãn và kiển tra header

lớp mạng

Label =L FEC = F

Ru Rd

Ngược dòng

Xuôi dòng


Trang 197

• Cách mã hoá stack nhãn khi truyền gói.

• Gán một giá trị cho LSP gọi là LSP ID.

• Các thông tin hỗ trợ cần ñể kết thúc thuộc tính của gói.

Ví dụ một bảng NHLFE như Bảng 8-1.

Bảng 8-1. NHLFE

LSP ID Input Label

Input Port

Destination Operation

Output Label Ingress ID Value

Output Port

0:54 3 138.43 Replace 0:

0:81 1 10 2

FEC to NHLFE (FTN)

Một bảng FTN ñược sử dụng ñể chuyển tiếp các gói không dán nhãn bằng sự phiên dịch và liên kết một thực thể lớp 3 với một LSP MPLS lớp 2, nó ánh xạ mỗi nhãn ñưa ñến với một tập hợp các NHLFE và có thể xác ñịnh một LER. trong ñó nó cung cấp một nhãn khởi ñầu cho bước ñầu tiên. Bảng 8-2 cho thấy các mục trong một FTN tiêu biểu.

Bảng 8-2. FTN

Input Port Destination Output Port Output Label

1 138.43 2 0:54

Ánh xạ nhãn ñưa ñến Bảng 8-3. ILM

Destination Input Port Input Label

138.43 3 0:54

Ánh xạ nhãn ñưa ñến ILM (Incoming Label Map) ánh xạ mỗi nhãn ñưa ñến tới một tập hợp các NHLFE. Nó ñược sử dụng khi chuyển tiếp gói ñưa ñến như các gói ñược dán nhãn. ILM ñược xác ñịnh trong mạng MPLS trên các LSR trung tâm.

Chuyển ñổi nhãn

Chuyển ñổi nhãn sử dụng các thủ tục sau ñể chuyển tiếp nhãn:

• ðể chuyển ñổi một gói ñược dán nhãn, LSR kiểm tra nhãn tại ñỉnh của stack nhãn và kiểm tra ILM ñể ánh xạ nhãn này tới NHLFE. Với thông tin này, nó sẽ xác ñịnh xem thử nhãn này sẽ ñược chuyển tiếp ñi ñâu và tiến hành họat ñộng trên stack nhãn. Sau ñó mã hóa stack nhãn mới vào trong gói rồi chuyển ñi.

• ðể chuyển tiếp gói không dán nhãn, LSR xác ñịnh FEC ñể ấn ñịnh ñến gói bằng việc kiểm tra header lớp mạng. Khi một gói ñược ấn ñịnh một FEC, LSR sử dụng FTN ñể ánh xạ ñến NHLFE. Sử dụng thông tin trong NHLFE, nó xác ñịnh chuyển gói ñi ñâu và tiến hành một họat ñộng trên stack nhãn. Sau ñó mã hóa stack nhãn mới vào trong gói rồi chuyển ñi.


Trang 198

3. GIAO THỨC PHÂN PHỐI NHÃN

Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol) ñược sử dụng giữa các node trong mạng MPLS ñể thiết lập và duy trì các liên kết nhãn. ðể cho MPLS họat ñộng thích hợp, thông tin phân bố nhãn cần ñược truyền một cách tin cậy và các thông ñiệp phân bố nhãn ñi ñôi với một FEC cụ thể cần ñể truyền theo trình tự. Phân phối nhãn ñể ñảm bảo các router lân cận có chung quan niệm về liên kết nhãn/FEC.

Các ñịnh danh LDP và các ñịa chỉ chặng tiếp theo

Một LSR nhận ra chính nó bởi 6 octet nhận dạng LDP, trong ñó, 4 octet ñầu mã hoá ñịa chỉ IP gán với một LSR và hai octet sau xác ñịnh không gian nhãn trong LSR. LSR sử dụng ñịnh danh khác nhau cho mỗi tập hợp không gian nhãn mà nó quyết ñịnh sử dụng. Trước khi LSR có thể trao ñổi các nhãn với LSR ngang hàng thì một phiên LDP phải ñược tồn tại, LDP sử dụng TCP như một sự vận chuyển tin cậy cho các phiên.

Một LSR duy trì các nhãn ñã biết trong cơ sở thông tin nhãn LIB. Trong ñó thao tác trong kiểu xuôi dòng không yêu cầu Downstream Unsolicited thì một mục LIB cho một ñịa chỉ prefix kết hợp một chọn lựa một cặp nhận dạng LDP và nhãn với prefix, một cặp như vậy cho mỗi LDP ngang hàng công bố một ñịa chỉ prefix.

Khi chặng tiếp theo với ñịa chỉ prefix thay ñổi thì LSR phải khôi phục nhãn ñược công bố bởi một chặng kế tiếp mới từ một LIB cho việc sử dụng trong chuyển tiếp. ðể khôi phục một nhãn, LSR phải có khả năng ánh xạ ñến các ñịa chỉ chặng tiếp theo cho một prefix ñến ñịnh danh LDP. Tương tự, khi LSR biết một nhãn cho một prefix từ một LDP ngang hàng thì nó phải xác ñịnh ngang hàng này là hiện tại của chặng tiếp theo cho prefix ñể xác ñịnh cần khởi ñộng việc sử dụng một nhãn ñược biết mới khi chuyển tiếp các gói thích hợp với prefix hay không.

ðể tiến hành quyết ñịnh này, LSR phải có khả năng ánh xạ ñịnh danh LDP ñến các ñịa chỉ ngang hàng ñể kiểm tra có phải là chặng tiếp theo cho prefix hay không. ðể LSR ánh xạ giữa ñịnh danh LDP ngang hàng và các ñịa chỉ ngang hàng, LSR công bố các ñịa chỉ của nó sử dụng thông ñiệp LDP Address và Withdraw Address. Một LSR gởi thông ñiệp Address ñể công bố các ñịa chỉ của nó ñến các LSR ngang hàng. LSR gởi thông ñiệp Withdraw Address ñể lấy ra các ñịa chỉ ñã công bố trước ñó từ LSR ngang hàng.

Phát hiện LDP:

Phát hiện LDP là một cơ cấu cho phép một LSR phát hiện LDP ngang hàng tiềm tàng. Có hai dạng cơ chế phát hiện, ñó là phát hiện cơ bản và phát hiện mở rộng. Ta chỉ xét ñến phát hiện cơ bản.

ðể tham gia vào việc phát hiện LDP, một LSP gởi theo chu kỳ các thông ñiệp Hello. Thông ñiệp Hello ñược gởi như các gói UDP xác ñịnh ñến một cổng phát hiện LDP “well-know” cho “tất cả các router trên subnet này” ñịa chỉ nhóm multicast như trong Hình 8-9. Thông ñiệp Hello chứa ñịnh danh LDP cho không gian nhãn của LSR ñịnh dùng cho giao tiếp. Việc nhận thông ñiệp Hello ở lớp tuyến trên giao tiếp xác ñịnh một “Hello Adjacency” với một LDP ngang hàng tiềm tàng hướng ñến lớp tuyến ngay khi không gian nhãn của cùng hướng ñể sử dụng cho giao tiếp này.


Trang 199

Hình 8-9 Các thủ tục phát hiện

Phiên và thiết lập LDP

Các LSR thiết lập các phiên giữa chúng ñể công bố và trao ñổi các nhãn. Mỗi không gian nhãn công bố và trao ñổi yêu cầu một phiên LDP riêng biệt.

Sự trao ñổi thông ñiệp Discovery Hello giữa hai LSR kích khởi thiết lập phiên LDP. Quá trình này gồm 2 thủ tục:

• Thiết lập nối kết vận chuyển

• Khởi ñộng phiên.

Thiết lập nối kết vận chuyển:

Sự trao ñổi các Hello trong việc tạo ra một Hello Adjacency ở LSR1 mà phục vụ liên kết của tuyến L và các không gian nhãn của LSR1: a và LSR2:b.

Nếu LSR1 không sẵn sàng một phiên LDP cho sự trao ñổi các không gian nhãn LSR1:a và LSR2:b thì nó cố gắng mở nối kết TCP cho phiên LDP mới với LSR2.

1. LSR1 xác ñịnh các ñịa chỉ vận chuyển ñể sử dụng tại ñầu cuối (A1) của nó và ñầu cuối (A2) của LSR2. A1 là ñịa chỉ của LSR1 công bố.

a, Nếu LSR1 sử dụng trường ñịa chỉ trong các Hello thì nó gởi ñến LSR2 ñể công bố ñịa chỉ. A1 là ñịa chỉ công bố.

b, Nếu LSR1 không sử dụng trường ñịa chỉ thì A1 là ñịa chỉ IP nguồn ñược sử dụng trong các Hello mà nó gởi ñến LSR2.

Tương tự, ñịa chỉ A2 cũng ñược xác ñịnh như trên.

2. LSR1 xác ñịnh là nó ñóng vai trò tích cực hay thụ ñộng trong thiết lập phiên bằng việc so sánh ñịa chỉ A1 với A2 là các số nguyên không dấu. Nếu A1>A2 thì LSR1 ñóng vai trò tích cực, ngược lại thì LSR1 ñóng vai trò thụ ñộng.

3. Nếu LSR1 tích cực, nó thử thiết lập nối kết LDP TCP bằng việc nối ñến cổng LDP well-know tại ñịa chỉ A2. Nếu LSR1 thụ ñộng thì nó chờ LSR2 thiết lập nối kết LDP TCP ñến cổng well-know của nó.

Khởi ñộng phiên:

Sau khi LSR1 và LSR2 ñược thiết lập nối kết vận chuyển thì nó thoả thuận các tham số phiên bằng việc chuyển các thông ñiệp LDP Initialisation. Các tham số ñược thoả thuận bao gồm phiên bản của giao thức LDP, các phương thức phân bố nhãn, các giá trị ñịnh thời và các phạm vi VPI/VCI cho ATM.

UDP Hello UDP Hello

TCP Open Initialisation

Label request Label mapping

IP

L2


Trang 200

Sự thoả thuận xong hoàn tất việc thiết lập cho một phiên LDP giữa LSR1 và LSR2 cho việc công bố các không gian nhãn LSR1:a và LSR2:b.

Sau khi nối kết ñược thiết lập, nếu LSR1 ñóng vai trò tích cực thì nó bắt ñầu thoả thuận các tham số phiên bởi việc gởi thông ñiệp Initialisation ñến LSR2. Nếu LSR1 là thụ ñộng thì nó chờ LSR2 khởi ñộng thoả thuận các tham số.

Bằng việc chờ các thông ñiệp Initialisation từ các LSR ngang hàng của nó, LSR thụ ñộng có thể thích ứng một không gian nhãn ñể ñược công bố bởi LSR ngang hàng với Hello Adjacency ñược tạo ra trước ñó khi các Hello ñã ñược trao ñổi.

1. Khi LSR1 ñóng vai trò thụ ñộng:

a, Nếu LSR1 nhận thông ñiệp Initialisation thì nó thử thích hợp ñịnh danh LDP ñược thực hiện bởi thông ñiệp PDU với Hello Adjacency.

b, Nếu có sự thích hợp Hello Adjacency thì xác ñịnh lân cận không gian nhãn cục bộ cho phiên. Tiếp theo, LSR1 kiểm tra các tham số phiên ñưa ra trong thông ñiệp ñược chấp nhận hay không. Nếu ñược, LSR1 ñáp lại với một thông ñiệp Initialisation của nó ñể ñề nghị các tham số mà nó muốn sử dụng và thông ñiệp Keep Alive ñể chấp nhận tín hiệu của các tham số của LSR2. Nếu các tham số không ñược chấp nhận, LSR1 ñáp lại bằng cách gởi thông ñiệp Session Rejected Parameter Error Notification và ñóng nối kết TCP.

c, Nếu LSR1 không tìm thấy sự thích hợp Hello Adjacency thì nó gởi thông ñiệp Session Rejected No Hello Error Notification và ñóng nối kết TCP.

d, Nếu LSR1 nhận Keep Alive trong ñáp ứng thông ñiệp Initialisation của nó thì phiên tiến hành từ LSR1.

e, Nếu LSR1 nhận một thông ñiệp Error Notification thì LSR2 ñã từ chối phiên ñược ñề nghị và LSR1 ñóng nối kết TCP.

2. Khi LSR1 ñóng vai trò tích cực:

a, Nếu LSR1 nhận một thông ñiệp Error Notification thì LSR2 ñã từ chối phiên ñược ñề nghị và LSR1 ñóng nối kết TCP.

b, Nếu LSR1 nhận thông ñiệp Initialisation thì nó kiểm tra xem các tham số của phiên ñược chấp nhận hay không. Nếu ñược, nó ñáp lại bằng thông ñiệp Keep Alive. Nếu các tham số phiên không ñược chấp nhận thì LSR1 ñáp lại bằng cách gởi thông ñiệp Session Rejected Parameter Error Notification và ñóng nối kết TCP.

c, Nếu LSR1 nhận thông ñiệp Keep Alive có nghĩa là LSR2 ñã chấp nhận tham số phiên.

d, Khi LSR1 ñã nhận cả hai thông ñiệp Initialisation và Keep Alive thì phiên hoạt ñộng từ LSR1.

Như vậy, có khả năng một cặp cấu hình không thoả hiệp trên các tham số phiên tham gia vào một chuỗi vô hạn của các thông ñiệp như các NAK của các thông ñiệp Initialisation với các thông ñiệp Error Notification.

Tuy nhiên, LSR phải ñiều chỉnh thiết lập phiên của nó thử lại trong tình trạng các thông ñiệp ñang là NAK. Nó còn ñề xuất rằng một LSR xác nhận tình trạng như vậy ñể tiến hành thông báo tình trạng hoạt ñộng. Quá trình thiết lập phiên thiếp lập thử theo một thông ñiệp Initialisation NAK phải không ñược trễ hơn 15s và các trễ tiếp theo phải nhỏ


Trang 201

hơn 2 phút. Tiến hành thiết lập phiên phải bị trễ là việc thử mở nối kết vận chuyển phiên bởi một LSR ñóng vai trò tích cực.

Sự hiệu chỉnh liên tục của các NAK không kết thúc cho ñến khi hoạt ñộng can thiệp cấu hình lại của một trong các LSR. Sau khi cấu hình như vậy, thì không cần thiết lập phiên hiệu chỉnh sau nữa (cho ñến khi các thông ñiệp khởi tạo của nó là NAK). ðối với sự bất ñối xứng của sự thiết lập phiên, việc cấu hình lại của LSR thụ ñộng sẽ ñi ñến việc không ñể ý của LSR tích cực ñể không hành ñộng thêm nữa.

Duy trì các Hello lân cận

Một phiên LDP với một phiên LDP ngang hàng có nhiều Hello lân cận. Một phiên LDP có nhiều Hello lân cận khi một cặp LSR ñược nối bởi nhiều tuyến mà chia xẻ cùng không gian nhãn, ví dụ nhiều tuyến PPP giữa một cặp router. Trong tình trạng này, các Hello của LSR gởi trên tuyến ñó mang cùng ñịnh danh LDP. LDP bao gồm các cơ cấu ñể theo dõi sự cần thiết của một phiên LDP và các Hello lân cận của nó. LDP sử dụng việc thu của Discovery Hello của LDP ñể chỉ thị các thiết bị ngang hàng dự ñịnh sử dụng một không gian nhãn chỉ thị bởi một Hello. LSR duy trì sự ñịnh thời với mỗi Hello lân cận mà nó khởi ñộng lại khi nhận một Hello lân cận thích hợp. Nếu sự ñịnh thời kết thúc mà không nhận một Hello thích hợp từ một LDP ngang hàng thì LDP cho rằng LDP ngang hàng không muốn chuyển mạch nhãn sử dụng không gian nhãn như vậy nữa cho tuyến hay LDP ngang hàng bị sự cố. LSR ñó xoá Hello Adjacency sau ñó. Khi một Hello Adjacency cuối cùng cho phiên bị xoá thì LSR kết thúc phiên LDP bằng việc gởi một thông ñiệp thông báo và ñóng nối kết vận chuyển.

Duy trì các phiên LDP

LDP bao gồm các cơ chế ñể theo dõi sự toàn vẹn của một phiên LDP. LDP sử dụng việc nhận thông tin thường xuyên của các LDP PDU trên nối kết vận chuyển phiên ñể theo dõi sự toàn vẹn. Một LSR duy trì sự ñịnh thời Keep Alive cho mỗi phiên cùng mức mà nó khởi ñộng lại mỗi khi nó nhận một LDP PDU từ một phiên cùng mức. Nếu sự ñịnh thời Keep Alive kết thức mà không nhận một LDP PDU từ một LSR ngang hàng thì kết luận rằng nối kết vận chuyển là xấu hay phiên ngang hàng bị hỏng, và nó kết thúc một phiên LDP bằng việc ñóng nối kết vận chuyển. Sau một phiên LDP ñã ñược thiết lập, một LSR phải sắp xếp các phiên ngang hàng nhận một LDP PDU từ nó ở mỗi lần Keep Alive một cách có chu kỳ ñể ñảm bảo phiên ngang hàng tái khởi ñộng ñịnh thời phiên Keep Alive.

LSR có thể gởi bất kỳ thông ñiệp giao thức nào cho yêu cầu này. Trong các trường hợp ở ñó có LSR hay không có thông tin khác ñể giao tiếp với LSR ngang hàng của nó thì gởi thông ñiệp Keep Alive. Một LSR có thể chọn ñể kết thúc phiên ngang hàng của nó ở bất kỳ thời ñiểm nào. Khi ñó, nó báo cho LSR ngang hàng một thông ñiệp Shutdown.

Các thông ñiệp LDP

Có 4 loại thông ñiệp LDP mà ñược xét ñể trở thành cơ sở thiết lập và duy trì LDP:

• Các thông ñiệp phát hiện công bố sự có mặt của các LSR.

• Các thông ñiệp phiên thiết lập và duy trì các thông ñiệp LDP.

• Các thông ñiệp công bố tạo, thay ñổi và xoá các ánh xạ nhãn với các FEC.

• Thông ñiệp thông báo mang thông tin thông báo và lỗi.


Trang 202

Tất cả các thông ñiệp LDP có dạng như bảng 8.1. Nếu một LSR không nhận ra một thông ñiệp thì bit U (thông ñiệp không biết ñược) báo với LSR có thông báo bên gởi hay không. Dạng trường thông ñiệp 15 bit nhận dạng một LDP một trong 10 dạng ñược ñịnh nghĩa sau:

• Thông ñiệp Hello ñể phát hiện LDP.

• Thông ñiệp Initialisation ñể thiết lập phiên LDP.

• Thông ñiệp Keep Alive ñể duy trì sự tiếp diễn của một phiên LDP trong khi không có các thông ñiệp khác.

• Thông ñiệp Address ñể công bố các ñịa chỉ giao tiếp.

• Thông ñiệp Address Withdraw chỉ ñể lấy ra các ñịa chỉ công bố trước ñó.

• Thông ñiệp Label Mapping ñể công bố các liên kết nhãn.

• Thông ñiệp Label Request ñể yêu cầu nhãn liên kết với một FEC.

• Thông ñiệp Label Withdraw ñể bỏ ánh xạ nhãn ñã ñược thiết lập trước ñó.

• Thông ñiệp Release ñể giải phóng ánh xạ nhãn FEC.

• Thông ñiệp Notification ñể ñưa ra thông tin thông báo hay lỗi về các sự kiện khác nhau.

Bảng 8-4. Dạng thức thông ñiệp LDP

U Dạng thông ñiệp

ðộ dài thông ñiệp

ID thông ñiệp Các tham số bắt buột

Các tham số tuỳ chọn

Trường ñộ dài thông ñiệp 16 bit là tổng ñộ dài của thông ñiệp ñược tính bằng byte. Trường ISD thông ñiệp là một số mà xác ñịnh duy nhất một thông ñiệp cụ thể. Các tham số bắt buột và tuỳ chọn sử dụng mã hoá giá trị ñộ dài kiểu TLV(type-length-value) với dạng ở Bảng 8-5.

Bảng 8-5. Mã hoá TLV

U F Dạng Chiều dài Giá trị

Nếu một LSR không nhận ñược một TLV thì bit U báo với LSR thông báo bên gởi và bỏ qua toàn bộ thông ñiệp hay bỏ qua TLV và tiến hành cho các thông ñiệp còn lại. Nếu LSR không nhận một TLV và thông ñiệp ñược chuyển tiếp thì bit F (chuyển tiếp TLV không ñược biết) báo cho LSR ñể chuyển tiếp một TLV không ñược biết hay không. Một trường 14 bit chỉ thị dạng thông ñiệp, trường chiều dài 16 bit là chiều dài của trường giá trị tính bằng byte.

Các kiểu công bố nhãn

Kiến trúc của MPLS cho phép hai kiểu hoạt ñộng của các LSR ñể phân bố các ánh xạ nhãn, ñó là Xuôi dòng theo yêu cầu (Downstream on Demand) và Xuôi dòng không yêu cầu (Downstream Unsolicited).

Công bố nhãn xuôi dòng theo yêu cầu:


Trang 203

Kiến trúc MPLS cho phép LSR yêu cầu tường minh một nhãn từ chặng tiếp theo của nó cho một FEC cụ thể. Kiểu này này gọi là xuôi dòng theo yêu cầu, trong ñó, LSR ngược dòng chịu trách nhiệm không ñổi cho các ánh xạ nhãn yêu cầu.

Hình 8-10 Công bố xuôi dòng theo yêu cầu

Công bố nhãn xuôi dòng không yêu cầu

Kiến trúc MPLS chp phép việc phân bố các liên kết ñể các LSR mà không yêu cầu tường minh cho chúng. Kiểu này gọi là xuôi dòng không yêu cầu, trong ñó, LSR xuôi dòng chịu trách nhiệm cho việc công bố ánh xạ ñến LSR ngược dòng. Hình 8-11mô tả LSR2 chuyển liên kết nhãn ñến LSR1 mà không có sự yêu cầu của LSR1.

Hình 8-11 Công bố nhãn xuôi dòng không yêu cầu.

Các kiểu ñiều khiển LSP

Có hai kiểu ñiều khiển mà một LSR có thể hoạt ñộng trong khi thiết lập một LSP, ñó là ðiều khiển LSP ñộc lập và ðiều khiển LSP tuần tự.

ðiều khiển phân bố nhãn ñộc lập:

Trong ñiều khiển phân bố nhãn ñộc lập, mỗi LSR có thể công bố một ánh xạ nhãn ñến các lân cận của nó ở một thời ñiểm nào ñó tùy ý. Nếu một LSR ñang hoạt ñộng theo kiểu xuôi dòng theo yêu cầu ñộc lập thì nó có thể ñáp lại một yêu cầu cho các ánh xạ nhãn mà không chờ phải nhận một ánh xạ nhãn từ chặng tiếp theo. Khi hoạt ñộng trong kiểu không yêu cầu ñộc lập thì LSR có thể thông báo ánh xạ nhãn cho một FEC ñến các lân cận của nó mọi khi nó chuẩn bị cho chuyển mạch nhãn FEC này.

Hình 8-12 Phân bố ánh xạ nhãn

Yêu cầu liên kết

Liên kết Nhãn-FEC

LSR1 LSR2

Liên kết Nhãn-FEC

LSR1 LSR2

Ngược dòng Xuôi dòng

Ngược dòng Xuôi dòng

Liên kết cho LSR5



LSR1

LSR2

LSR3

LSR4

LSR5


Trang 204

ðiều khiển phân bố nhãn tuần tự

Theo kiểu hoạt ñộng này, LSR chỉ có thể trên một ánh xạ nhãn cho FEC ñể nó nhận ñược một ánh xạ nhãn cho FEC từ chặng tiếp theo hay ở lối ra. Trước khi LSR có thể qua ñược các ánh xạ nhãn ñến ngược dòng của các LSR thì nó phải chờ nhận một nhãn từ LSR xuôi dòng trong trường hợp LSR không phải là ngõ ra hay không có ánh xạ tồn tại cho ñến thời ñiểm ñó.

Các kiểu duy trì nhãn

Có hai kiểu duy trì nhãn ñược sử dụng trong kiến trúc MPLS, ñó là Duy trì nhãn tự do và Duy trì nhãn bảo toàn. Hình 8-12 mô tả LSR1 nhận các sự liên kết nhãn từ tất cả các chặng tiếp theo ñến LSR5.

Kiểu duy trì nhãn bảo toàn

Hình 8-13 Duy trì nhãn bảo toàn

Khi hoạt ñộng theo kiểu công bố xuôi dòng không yêu cầu thì nó có khả năng nhận ñược các ánh xạ cho mọi ñường từ tất cả các LSR ngang hàng. Trong kiểu duy trì nhãn bảo thủ thì các ánh xạ nhãn chỉ ñược duy trì nếu chúng nhận ñược từ một chặng tiếp theo hợp lệ và sẽ sử dụng nhãn ñể chuyển tiếp các gói. Nếu xuôi dòng theo yêu cầu ñược sử dụng thì LSR sẽ yêu cầu một nhãn từ LSR chặng tiếp theo phù hợp với giao thức ñịnh tuyến. Trong trường hợp sự bảo toàn nhãn ñược yêu cầu như trong chuyển mạch ATM thì xuôi dòng theo yêu cầu ñược chuộng theo kiểu duy trì nhãn bảo toàn. Kiểu bảo toàn thuận lợi trong trường hợp chỉ có nhãn cần thiết ñể chuyển tiếp cho các gói ñược phân phối và duy trì. ðiều này quan trọng trong các LSR mà trong ñó không gian nhãn bị giới hạn như trong chuyển mạch ATM. Hình 8-13 mô tả LSR1 duy trì chỉ một nhãn liên kết với nó nhận từ chặng tiếp theo hợp lệ với LSR5 (tức là LSR4).

Kiểu duy trì nhãn tự do

Trong kiểu này, mỗi ánh xạ nhãn nhận ñược từ LSR ngang hàng ñược duy trì liên quan ñến LSR là chặng tiếp theo cho ánh xạ ñược công bố hay không. Thuận lợi chính của duy trì nhãn tự do là có thể phản ứng nhanh với sự thay ñổi ñịnh tuyến khi các nhãn ñã tồn tại. Nhược ñiểm ñối với các nhãn không cần thiết phân bố và duy trì. Hình 8-14, LSR duy trì tất cả các liên kết nhãn từ tất cả các chặng tiếp theo có thể nối ñến LSR5.

LSR2

LSR3

LSR4

LSR1

Chặng tiếp theo hợp lệ

Các liên kết nhãn cho LSR5

Nhãn của LSR4 Nhãn của LSR3 Nhãn của LSR2


Trang 205

Hình 8-14 Duy trì nhãn tự do

ðịnh tuyến

ðịnh tuyến liên quan ñến phương thức ñược sử dụng ñể chọn LSP cho một FEC. MPLS hỗ trợ hai kỹ thuật ñịnh tuyến: ñịnh tuyến từng chặng (hop-by-hop) và ñịnh tuyến tường minh.

ðịnh tuyến hop-by-hop cho phép mỗi node chọn chặng tiếp theo ñộc lập cho mỗi FEC. ðây là kiểu ñịnh tuyến trong mạng IP ñang tồn tại.

FTN

I/P Port Destination O/P Port O/P Label

1 138.43 2 0:54

Hình 8-15 Phân bố nhãn LSR

Trong ñịnh tuyến tường minh, mỗi LSR không chọn chặng tiếp theo một cách ñộc lập mà bởi một LSR, LSP ngõ vào hay ngõ ra xác ñịnh các LSR trong LSP. Nghĩa là một

1

1

1

2

3

2 3 2

2

3 2

3

1

3 1 A

B E

D

F C

Request 138.43

Mapping 0:54 Request 138.43

Mapping 0:81

1

4 2

3

153.43.0.0

138.43.0.0

Destination I/P Port I/P Label

138.43 3 0:81

ILM


138.43 3 0:54

ILM

LSR2

LSR3

LSR4

LSR1

Chặng tiếp theo hợp lệ

Các liên kết nhãn cho LSR5

Nhãn của LSR4 Nhãn của LSR3 Nhãn của LSR2


Trang 206

LSR xác ñịnh toàn bộ LSR trong LSP thì LSP là ñược ñịnh tuyến tường minh chặt chẽ “strick”. Nếu LSR chỉ xác ñịnh ñược một vài LSR trong LSP thì gọi là ñịnh tuyến tường minh lỏng lẻo “lossely”.

ðịnh tuyến tường minh có thể hữu dụng trong một số mục ñích như kiểm soát ñịnh tuyến hay kỹ thuật lưu lượng. Trong MPLS, một ñường tường minh cần ñược xác ñịnh ở thời ñiểm mà các nhãn ñược ấn ñịnh mà không phải xác ñịnh với mỗi gói. ðiều này làm cho việc ñịnh tuyến tường minh của MPLS hiệu quả hơn nhiều so với IP.

Thiết lập và duy trì LSP

Một LER ngõ vào có thể quyết ñịnh rằng nó không muốn thiết một LSP cho mọi ñích có thể có trong bảng ñịnh tuyến của nó và thay vì chuyển tiếp một vài gói sử dụng ñịnh tuyến lớp mạng một cách thông thường. Các ñích ñược chọn ñể thết lập LSP sẽ ñược gán với một FEC. Nó có thể chọn ñể gán tất cả các ñịa chỉ ñích có thể từ nó ñến các FEC, mỗi ñịa chỉ ñược mã hoá thành một nhãn có kích thước cố ñịnh và ngắn như trong bảng 8.6. Khi một LER ngõ vào ñược gán với tất cả các gói tới một FEC thì nó cần nhận một nhãn cho mỗi mục của FEC trong bảng của nó sử dụng phương thức phân bố nhãn.

Bảng 8-6. Liên kết FEC – Nhãn

ðịa chỉ ñích FEC Nhãn

153.43.17.6 153.43 0:54

138.54.32.2 138.54 0:35

Kiểu phân bố nhãn xét ñến trong tài liệu này là Duy trì nhãn bảo toàn xuôi dòng theo yêu cầu, trong ñó, LSR yêu cầu liên kết nhãn tường minh cho FEC từ chặng tiếp theo của nó. Khi một ñường dẫn ñã ñược xác ñịnh sử dụng phương thức ñịnh tuyến chuẩn như OSPF thì node ngõ vào tạo ra thông ñiệp Label Request cho FEC nào ñó và chuyển nó ñến chặng tiếp theo theo ñường dẫn mong muốn thiết lập như Hình 8-15. Khi một LSR nhận thông ñiệp và xác dịnh rằng nó không phải là LER ngõ ra thì LSR chuyển nó ñến chặng tiếp theo. Khi LSR xác ñịnh nó chính là LER ngõ ra cho FEC ñó thì nó gán một nhãn và gởi thông ñiệp Label Mapping, dạng thức của nó ñược chỉ ra ở hình 3-18, với nhãn gởi kèm nguồn của thông ñiệp Label Request. Khi LSR nhận thông ñiệp Label Mapping từ chặng tiếp theo thì các ánh xạ nhãn ñược truyền theo ngược dòng cho ñến khi ñến LSR ngõ vào cho FEC này. Khi nhãn ñã ñược nhận, LSP ñã ñược thiết lập giữa LSR ngõ vào và ngõ ra như Hình 8-18.

Thông ñiệp yêu cầu nhãn này có dạng như Hình 8-16, truyền theo một số LSR ñến khi ñến LSR ngõ ra cho FEC này. LSR xác ñịnh nó là ngõ ra cho FEC này nếu thoả mãn một trong các ñiều kiện sau:

• Nếu chặng tiếp theo của nó không biết MPLS.

• Nếu một hoạt ñộng ñể lấy nhãn và kiểm tra header lớp mạng.

• Nếu các ñịa chỉ xác ñịnh thích hợp cùng mạng con như ñịa chỉ nối trực tiếp ñến một trong các giao tiếp của nó.

Khi nhận, LSR xác ñịnh nếu ñã gởi trước ñó một thông ñiệp Label Request cho FEC này tới chặng tiếp theo của nó.


Trang 207

Thông ñiệp Label Mapping ñược sử dụng bởi LSR ñể phân bố ánh xạ nhãn cho FEC tới một LDP ngang hàng. Nếu LSR phân bố ánh xạ cho FEC ñến nhiều LDP ngang hàng thì có một vấn ñề cục bộ là nó ánh xạ một nhãn ñơn ñến một FEC và nó phân bố ánh xạ này ñến mọi LDP ngang hàng của nó hay sử dụng 1 ánh xạ khác cho mỗi LDP ngang hàng của nó.

0 Label Request (0x400)

Message Length

Message ID

0 0 FEC TLV

Length

Prefix(2) Address Family

PreLen

Prefix

Hình 8-16 TLV Label Request

LSR nhận thông ñiệp Label Mapping từ LSR xuôi dòng cho một thành phần FEC ñịa chỉ Prefix hay Host không sử dụng nhãn ñể chuyển tiếp trừ khi bảng ñịnh tuyến của nó chứa một mục mà thích hợp chính xác với thành phần FEC.

0 Label Mapping (0x400)

Message Length

Message ID

0 0 FEC (0x100)

Length

Prefix(2) Address Family

PreLen

Prefix

0 0 Generic Label

Length

Label

Hình 8-17 TLV Label Mapping

FEC TLV- FEC với nhãn ñang ñược yêu cầu FEC Prefix- Một ñịa chỉ prefix mã hoá thích hợp với trường Address Family Address Family- Mã hoá của họ ñịa chỉ cho ñịa chỉ prefix trong trường Preffix PreLen- Chiều dài của ñịa chỉ prefix tính theo bit

Generic Label- Sử dụng ñể mã hoá các nhãn cho việc sử dụng trên các tuyến cho các giá trị nhãn ñộc lập dưới công nghệ tuyến. Ví dụ PPP và Ethernet. Label – Giá trị nhãn 20 bit


Trang 208

FTN

I/P Port Destination O/P Port O/P Label

1 138.43 2 0:54

Hình 8-18 Thiết lập LSP.

5. CÁC CƠ CHẾ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG CỦA MPLS

Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS phát triển từ các yêu cầu nhà ñiều hành mạng ñể cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng, nghĩa là tin cậy và tương thích. Kỹ thuật lưu lượng cho phép mạng có khả năng hoạt ñộng tái ñịnh tuyến các luồng lưu lượng từ ñường dẫn “chi phí tối thiểu” ñược tính bởi các phương thức ñịnh tuyến vào trong các ñường vật lý có khả năng nghẽn thấp nhất qua mạng. Sự phát triển trong yêu cầu tài nguyên mạng và cạnh tranh giữa các nhà cung cấp, kỹ thuật lưu lượng trở thành một ứng dụng chính trong MPLS. Mục ñích của kỹ thuật lưu lượng là sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng hạn chế nên không có thành phần riêng, nghĩa là router hay tuyến trên hoặc dưới mức sử dụng.

Khả năng của MPLS là hổ trợ các ñường tường minh, hoạt ñộng qua mọi môi trường của cơ sở hạ tầng và có khả năng chọn thống kê các LSP liên quan, ñề nghị nó là thích hợp nhất ñể cung cấp các khả năng của kỹ thuật lưu lượng.

IETF ñề xuất hai kỹ thuật lưu lượng khác nhau cho các tài nguyên dự trữ trong MPLS, ñó là ñịnh tuyến ràng buộc cơ sở (Constrain-based routing) sử dụng LDP (CR-LDP) và giao thức dự trữ tài nguyên RSVP (Resource ReSerVation Protocol) với các phiên bản mở rộng thoả mãn cho kỹ thuật lưu lượng trong miền MPLS.

ðịnh tuyến cho một LSP ñã cho có thể ñược thiết lập theo hai cách, ñó là lái ñiều khiển (control-driven) từng chặng hay ñịnh tuyến tường minh (ER-LSP). Khi thiết lập một LSP từng chặng, mỗi LSR xác ñịnh giao tiếp tiếp theo ñể ñịnh tuyến LSP trên cơ sở cơ sở dữ liệu topo ñịnh tuyến lớp 3 và gởi yêu cầu nhãn ñến chặng tiếp theo lớp 3. Khi thiết lập một ER-LSP, ñịnh tuyến cho LSP tự nó thiết lập trong thông ñiệp “Setup” và thông tin ñịnh tuyến này ñược kèm theo khi thông ñiệp ñi qua các nodes. Mọi nodes ER-

1

1

1

2

3

2 3 2

2

3 2

3

1

3 1 A

B E

D

F C

Request 138.43

Mapping 0:54 Request 138.43

Mapping 0:81

1

4 2

3

153.43.0.0

138.43.0.0

Destination I/P Port I/P Label O/P Label O/P Port

138.43 3 0:81 1 1

ILM


138.43 3 0:54

ILM


Trang 209

LSP sẽ theo một ñường xác ñịnh và gởi yêu cầu nhãn ñến giao tiếp chỉ thị tiếp theo. Trong khi LSP hop-by-hop cho phép một ñường dẫn tiến hành các gói ñịnh tuyến lớp 3 thông thường, ER-LSP có thể ñược xác ñịnh và ñiều khiển bởi các nhà ñiều hành mạng hay các ứng dụng ñiều hành mạng ñể lưu lượng mạng ñộc lập với topo của lớp 3.

MPLS còn cung cấp tính mềm dẻo cho các nhà ñiều hành mạng ñiều chỉnh lưu lượng của họ với hai kiểu ñịnh tuyến tường minh chặt chẽ và lỏng lẻo. Trong trường hợp ER-LSP chặt chẽ, nhà ñiều hành mạng xác ñịnh một ñường ñầy ñủ, chính xác (các nodes và các giao tiếp) mà ER-LSP ñi qua. ER-LSP lỏng lẻo, cho phép sự hoạt ñộng linh hoạt trong việc ñịnh tuyến và tái ñịnh tuyến và tối thiểu hoá tổng phí của cấu hình. Ngoài ra, một ñoạn lỏng lẻo có thể thích nghi với sự di chuyển một ñường mới theo các thay ñổi trong bảng ñịnh tuyến lớp 3. Tuy nhiên, sự thay ñổi ñịnh tuyến là không lớn so với sự ổn ñịnh và các yêu cầu ñiều khiển của các nhà ñiều hành. Trong trường hợp này, ñoạn lỏng lẻo cung cấp một cơ cấu chốt, nghĩa là ñường thay thế sẽ ñược thực hiện khi xảy ra các sự cố.

Trong phần này trình bày về kỹ thuật lưu lượng ñược ñề xuất cho MPLS gồm RSVP và CR-LSP, cùng với sự so sánh ñánh giá giữa chúng.

TE-RSVP

Hình 8-19 Phiên bản mở rộng của RSVP ñể thiếp lập một ER_RSP

1. Thông ñiệp ñường dẫn chứa ñường dẫn <B,C,D> của ER

2. Trạng thái ñường dẫn mới. Thông ñiệp ñường dẫn ñược gởi tới node tiếp theo

3. Tạo thông ñiệp Dự trữ (Resv). Chứa nhãn ñể sử dụng và yêu cầu tham số chất lượng dịch vụ lưu lượng.

4. Trạng thái dự trữ mới. Thông ñiệp Dự trữ (Resv) ñược truyền ñến ngược dòng.

RSVP cho phép các router duy trì linh hoạt hành vi truyền dẫn không kết nối giữa chúng, tuy nhiên, RSVP có khả năng co giãn ý tưởng này khi số phiên tăng trong mạng. ðể RSVP có thể triển khai trong môi trường MPLS, giao thức tồn tại cần phải ñược cải thiện. Các thông ñiệp của giao thức RSVP ñược cải thiện với các ñối tưọng mới ñể hổ trợ việc chỉ ñịnh nhãn, phân bố và dán nhãn theo các ñường tường minh. Các thay ñổi ñáng kể ñược ñưa vào hiệu chỉnh cơ sở hạ tầng giao thức RSVP ñang tồn tại ñể thành một cơ cấu “trạng thái mềm”, trong ñó, các thống ñiệp ñược gởi có chu kỳ ñể duy trì ñường dẫn và các cơ cấu làm tươi trong các ñường dẫn khác ñể RSVP có thể hổ trợ các ER-LSP.

CR-LDP

CR-LDP dựa trên nên tảng của giao thức LDP ñang tồn tại và nó ñược mở rộng ñể sát nhập thông tin ñịnh tuyến tường minh. Một ñường tường minh ñược ñại diện trong một thông ñiệp yêu cầu nhãn như một danh sách các node theo ñịnh tuyến cơ sở ràng

LER A LSR B LSR C LER D

Ngõ vào Ngõ ra

1 2

4

3

Làm tươi trên mối ñường dẫn chặng và Dự trữ trừ khi bị cấm


Trang 210

buộc. Nếu ñường dẫn ñược yêu cầu có thể thoả mãn yêu cầu các nguồn thì các nhãn ñược phân phối bởi các thông ñiệp Label Mapping.

Hình 8-20 Thiết lập ñường dẫn CR-LDP

1. Thông ñiệp Label Request chứa ñường dẫn ER <B, C, D>.

2. Thông ñiệp Request ñược xử lý và xác ñịnh node tiếp theo. Danh sách ñường dẫn ñược hiệu chỉnh thành <C, D>.

3. Thông ñiệp Request kết thúc.

4. Tạo thông ñiệp Label Mapping.

5. LSR C nhận nhãn ñể sử dụng trong việc gởi dữ liệu ñến LER D. Bảng Label ñược cập nhật.

6. Khi LER A nhận ñược Label Mapping, thì ER là ñược thiết lập.

So sánh giữa hai kỹ thuật lưu lượng sử dụng trong MPLS

CR-LDP là một thành phần của LDP tham gia vào cùng các cơ chế và các thông ñiệp cho việc phát hiện, phiên, thiết lập, duy trì, phân bố nhãn và kiểm soát lỗi. Cho phép LDP của CR-LDP cung cấp cho các nhà cung cấp mạng phân bố một trường duy nhất và kiểu thiết lập ñường dẫn cho MPLS, từ ñó hoạt ñộng với hiệu quả cao nhất.

RSVP với các phần mở rộng thích hợp có thể hoạt ñộng trong kiểu phân bố nhãn xuôi dòng theo yêu cầu. Tuy nhiên, nếu các node MPLS khác ñược yêu cầu, tức là xuôi dòng không ràng buộc thì cả LDP lần RSVP phải tồn tại trong mạng. ðiều này tăng thêm ñộ phức tạp và tác ñộng tiêu cực trong chi phí thiết kế và hoạt ñộng. Một bất lợi khác của tình trạng này là cần quản trị nhiều hơn một mạng và ñiều này ñi lệch với mục ñích của MPLS.

CR-LDP sử dụng sự truyền dẫn tin cậy của TCP nên thông ñiệp thông báo lỗi ñược chuyển theo một phong cách tuần tự. RSVP hoạt ñộng trong dòng vận chuyển IP và không thể ñảm bảo sự cố thông ñiệp nhanh như kết quả của lưu luợng này không thể tái ñịnh tuyến cho ñến khi khoảng thời gian “xoá sạch timeout” ñã kết thúc không mong muốn trong các mạng truyền thông.

CR-LDP sử dụng các ñường dẫn ñiều khiển “trạng thái cứng” mà giới hạn là số ER-LSP tăng trong mạng. Vì không giống như trường hợp trạng thái mềm, khi một ñường dẫn ñược thiết lập không có các thông ñiệp thêm cần duy trì ñường dẫn, giữ số thông ñiệp cần thiết lập, duy trì và giải phóng các ER-LSP tới tối thiểu, ñiều này cho phép CR-LDP có phạm vi lớn. RSVP thì có vấn ñề về phạm vi như trong tài liệu RFC 2208. Khi số ñường dẫn qua node tăng, số thông ñiệp làm tươi trạng thái mềm ñể duy trì các ñường dẫn cũng tăng. Trong tài liệu RFC 2208, yêu cầu tính toán trong các router tăng một cách tỷ lệ với số phiên.

LER A LSR B LSR C LER D

Ngõ vào Ngõ ra

1 2

4

3

5 6


Trang 211

Hình 8-21 Sự khác biệt cơ bản giữa RSVP và CR-LDP

Tóm lại, CR-LDP là một giao thức chuẩn mờ, ñược ñề nghị bởi nhóm làm việc IETF MPLS và ITU SG12. Nó không tuỳ thuộc vào các giao thức khác bên ngoài phạm vi MPLS WG, nên nó có một vài ưu ñiểm. Nó có thể nâng cấp khả năng thực hiện. Nói chung, các phần mở rộng RSVP chưa cho thấy một giải pháp rõ ràng cho khả năng thực hiện trong các mạng. Về khía cạnh kỹ thuật của kỹ thuật lưu lượng, cả CR-LDP và RSVP ñều cung cấp chức năng báo hiệu như nhau. Tuy nhiên, ña số hiệu chỉnh ñể tiến hành khả năng áp dụng cho kỹ thuật lưu lượng bị suy giảm khả năng thực hiện của nó trong mạng MPLS. Chỉ có Cisco là ñề xuất mạnh cho RSVP với các phần mở rộng thích hợp. Hình 8-21 cho thấy sự khác biệt chính của RSVP và CR-LDP.

Thiết lập và duy trì CR-LDP

Các cấu trúc dữ liệu ñược sử dụng trong việc thiết lập và duy trì các LSP còn ñược sử dụng trong việc thiết lập CR-LSP. Các luồng lưu lượng dành riêng cho một ñích cụ thể ñược gán với một FEC mà ñược mã hoá như một biểu hiện của LSP như một chuỗi các nhãn. Khi nhãn nhận ñược bởi một ngõ vào, nó ñược xem xét nếu nó ñã nhân ñược yêu cầu gói không có các ràng buộc ñặt biệt.

Yêu cầu tại ngõ vào LSP ñể thiết lập CR-LSP có thể bắt nguồn từ hệ thống quản trị hay một ứng dụng, các chi tiết có thể là sự thực hiện cụ thể. Ngõ vào LSR sử dụng thông tin ñược cung cấp bởi hệ thống quản trị hay một ứng dụng, có thể cùng với thông tin từ cơ sở dữ liệu ñịnh tuyến ñể tính toán ñường tường minh và tạo ra thông ñiệp yêu cầu nhãn. CR-LSP ñược khởi tạo bởi LSR ngõ vào theo một ñường dẫn ñược xác ñịnh trước. ðường cho LSP ñã cho là ñường tường minh ñược xác ñịnh trong thông ñiệp yêu cầu nhãn, cho phép thông tin ñịnh tuyến ñược chuyển theo các thông ñiệp yêu cầu nhãn qua các node, từ LER ngõ vào ñến ngõ ra. CR-LSP có thể ñược xác ñịnh và ñiều khiển bởi các nhà ñiều hành và quản trị mạng trực tiếp ñến lưu lượng mạng, ñộc lập với topo lớp 3. Hình 8-22 mô tả dạng của thông ñiệp nhãn khi nó ñược dùng ñể thiết lập một CR-LSP.

Khi một LSP nhận một thông ñiệp yêu cầu nhãn chứa một ñường dẫn tường minh (ER) thì nó phải xác ñịnh chặng tiếp theo cho ñường dẫn này. Việc chọn chặng tiếp theo bao gồm sự chọn lựa từ một tập hợp các khả năng thay thế. LSR nhân thông ñiệp yêu cầu nhãn phải tính toán ER-Hop ñầu tiên. Nếu bit L ñược lập trong ER-Hop chỉ thị ñây là LSP lỏng lẻo (ví dụ chặng tiếp theo không theo ñường chặt chẽ). Nếu một node không phải là một node cụ thể mô tả bởi ER-Hop ñầu tiên thì nó ñã nhận một thông ñiệp lỗi và trả về một lỗi Bad-Initial-ER-Hop. Nếu bit L ñược lập và node cục bộ không phải là node cụ thể ñược mô tả bởi ER-Hop ñầu thì các node ñược chọn một chặng tiếp theo theo ñường dẫn cho node không cụ thể ñược mô tả bởi ER-Hop ñầu. Nếu không có ER-Hop

LSR1 LSR2

PATH RESV PATH RESV PATH RESV PATH RESV

Các yêu cầu ñường ñãn tiếp tục làm tươi. Cơ sở dữ liệu dễ bị xoá khi tuyến có sự cố

RSVP LSR1 LSR2

Request Mapping

Thiết lập ñường dẫn ñược ghi lại như một trạng thái cứng trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp. Thông ñiệp ít hơn nhưng yêu cầu cơ sở dữ liệu làm sạch khi tuyến có sự cố

CR-LDP


Trang 212

ñầu thì thông ñiệp là lỗi và hệ thống trả về lỗi Bad-Explicit-Routing. Nếu không có ER-Hop thứ hai, nghĩa là ñây là ñiểm cuối của ñường tường minh. ðường tường minh TLV ñược loại khỏi thông ñiệp.

Hình 8-22 Dạng thông ñiệp Label Request CR-LDP

Khi một node nhận ra nó là lối vào cho CR-LSP thì nó trả về thông ñiệp Label Mapping mà sẽ ñi qua một vài ñường dẫn tương tự như thông ñiệp LSR hay trong hướng ngược lại, LSR ñang nhận nó xác ñịnh ñáp ứng của nó ñến thông ñiệp Label Request vẫn còn ñang giữ. Thông ñiệp Label Mapping ñược tạo ra và gởi ñến LSR ngược dòng kế tiếp. Khi node vào nhận một Label Mapping thì CR-LSP ñược thiết lập.

Quyền ưu tiên CR-LDP

Mỗi CR-LSP mang một ñộ ưu tiên của LSP. ðộ ưu tiên này có thể ñược sử dụng ñể cho phép các LSP mới có thể tước tài nguyên từ các LSP ñang tồn tại có ñộ ưu tiên thấp hơn. ðiều này hữu dụng ñặc biệt trong thời gian xảy ra sự cố và cho phép nhà ñiều hành mạng sắp xếp các LSP quan trọng nhất trước các LSP ít quan trọng hơn. ðộ ưu tiên gồm ñộ ưu tiên thiết lập và ñộ ưu tiên ñang giữ với 8 mức ñược cho phép.

Khi một LSR ñược thiết lập thì ñộ ưu tiên thiết lập của nó ñược so sánh với ñộ ưu tiên ñang giữ của các LSP ñang tồn tại, các LSP có ñộ ưu tiên ñang giữ thấp hơn ñều có thể bị tước tài nguyên ñể chuyển cho LSP mới. Quá trình này ñược tiếp diễn liên tục cho ñến khi các ñộ ưu tiên ñang giữ nhỏ nhất của các LSP ñang tồn tại ñược giải phóng hay các ñường dẫn của chúng ñược gán trở lại vào các ñường ít nhu cầu nhất.

Tuy nhiên, quyền ưu tiên trong CR-LSP không cho phép nhà ñiều hành xác ñịnh kết nối nào có thể bị tước ñi.

0 Label Request (0x401) Message Length

Message ID 0 0 FEC (0x100) Length Prefix (2)

Address Family PreLen

Prefix 0 0 LSP-ID(0x821) Length Resered Actflag Local CR-LSP ID

Ingress LSR-Router ID 0 0 ER-TLV Length 0 0 ER-Hop(0x801) Length L Reserved PreLen

IPv4 Address 0 0 Traf Param (0x810) Length Flag Fred Reserved Weight

Peak Data Rate (PDR) Peak Burst Size (PBS)

Committed Data Rate (CDR) Committed Burst Size (CBS)

0 0 Route Pinning (0x823)

Length

P Resserved 0 0 Rescls(0x822) Length

Rescls SetupPrio HoldPrio Reserved

LSP ID - ðịnh danh duy nhất của CR-LSP trong mạng MPLS. Nó ñược kết hợp ID của router ngõ vào và ID CR-LSP duy nhất cục bộ tới LSR này. Actflag - Cờ chỉ thị hành ñộng chỉ thị hành ñộng nên ñược tiến hành nếu LSP ñã tồn tại trong khi LSR nhận thông ñiệp. ER-Hop - ðịa chỉ IP của CR-LSP. Bit L chỉ thị ñây là chặng bị mất hay không. Flag - Trường 8 bit chỉ thị có các tham số lưu lượng ñược thoả thuận hay không. Freg - Trễ có thể ñược ñưa ra. Weight – Xác ñịnh CR-LSP liên quan ñén sự chia xẻ băng thông có thể vượt qua tốc ñộ uỷ thác. Peak Rate - Tốc ñộ tối ña ở lưu lượng ñược gởi tới CR-LSP, ñịnh nghĩa theocác thành phần PRD+PBS. Committed Rate - Tốc ñộ mà miền MPLS uỷ thác ñể có thể sẵn sàng cho CR-LSP, ñịnh nghĩa theo các thành phần CDR+CBS Excess Burst Rate - Sử dụng ñẻ ño tốc ñộ tại lưu lượng ñược gởi trên CR-LSP vượt qua tốc ñộ uỷ thác. Route Pinning – Thích hợp với các ñoạn của một LSP mà bị mất ñịnh tuyến, chỉ thị bằng bit L ñang ñược lập. P=1 chỉ thị việc pin ñường ñược yêu cầu Rescls – Nhà ñiều hành mạng có thể phân lớp các tài nguyên mạng theo nhiều cách khác nhau. Các lớp này ñược biết như các nhóm sắc thái hay quản trị. Khi một CR-LSP ñang ñược thiết lập thì nó cần chỉ thị lớp tài nguyên của CR-LSP có thể lấy. SetupPrio/HoldPrio - Chỉ sự ưu tiến của CR-LSP ñang tồn tại.


Trang 213

Thiết lập một CR-LSP ñể hỗ trợ các ứng dụng nhạy cảm suy hao

Nhà ñiều hành mạng và khác hàng trước tiên phải thiết lập hợp ñồng mức phục vụ. Hai tham số quan trọng là Tốc ñộ dữ liệu ñỉnh (PDR) và Kích thước chùm dữ liệu ñỉnh (PBS) mà ñược chọn bởi người sử dụng trên cơ sở các yêu cầu của nó và ñược bao gồm trong một thông ñiệp báo hiệu. Một chỉ thị có các giá trị của tham số là chủ thể ñể hợp ñồng ñược ký kết. ðiểm quan trọng nữa là sự cần thiết ñể khách hàng và nhà cung cấp thoả thuận trong các hàng ñộng ñược thi hành ở biên của mạng. Sự xác ñịnh các hành ñộng này có thể là một phần cuả SLA, nhưng nó không gồm thông ñiệp báo hiệu. ðể thực hiện hợp ñồng lưu lượng giữa người sử dụng và mạng thì một chức năng kiểm soát ñược thực hiện ở thiết bị biên có thể kết thúc hoặc loại bỏ gói mà vượt qua PDR và PBS nào ñó.

Thông ñiệp báo hiệu ñược gởi trực tiếp trên ñường dẫn ER và LSP ñược thiết lập theo các thủ tục LDP bình thường. Mỗi LSR cung cấp các luật ñiều khiển chấp nhận của nó. Nếu các tài nguyên thích hợp không có khả năng và các giá trị của các tham số là chủ thể ñể thoả thuận thì LSR có thể thoả thuận xuống PDR, PBS hay cả hai. Các giá trị tham số mới ñược gởi lại trong thông ñiệp Label Mapping. Các LSR có thể cần tái ñiều chỉnh các tài nguyên dự trữ của chúng trên cơ sở các giá trị tham số lưu lượng mới.

Thiết lập CR-LSR ñể hỗ trợ các ứng dụng không nhạy với suy hao

Người sử dụng ñăng ký các giá trị cho PDR, PBS, tốc ñộ dữ liệu uỷ thác, tốc ñộ cụm uỷ thác theo sự thiết lập cờ thoả thuận chỉ thị có các giá trị tương ứng ñược thoả thuận hay không. Khi dịch vụ là một chu kỳ không nhạy cảm suy hao ñược thiết lập ñể không ñược xác ñịnh, nghĩa là không có gói hạn số gói mà có thể ñược ñệm, tuy nhiên, cần chắc rằng các gói không bị suy hao. Các hành ñộng ñược thi hành tại biên của mạng không bao gồm thông ñiệp báo hiệu nhưng ñược xác ñịnh trong SLA giữa người sử dụng và nhà cung cấp. Các luật biên có thể bao gồm việc ñánh dấu chỉ thị quyền ưu tiên suy hao cao cho các gói vượt qua CDR, CBS. Các luật này có thể bao gồm việc loại bỏ các gói không thích hợp với các giá trị PDR, PBS. LER ngõ vào của CR-LSP ñược mong chờ ñể thi hành các luật ñiều khiển chấp nhận của nó và các tham số thoả thuận lưu lượng giảm xuống nếu các tài nguyên thích hợp không tồn tại. Các giá trị tham số mới ñược gởi trả về trong thông ñiệp ánh xạ nhãn. Các LSR có thể cần ñiều chỉnh lại các tài nguyên của nó trên cơ sở các giá trị tham số lưu lượng mới.


Những tài liệu về MPLS ñược IETF chuẩn hóa trong trang web: http://ietf.org , kiến trúc MPLS ñược trình bày trong [ROSE01], kỹ thuật lưu lượng trong [AWDU99].

• [AWDU99]. D. Awduche, J. Malcolm, J. Agogbua, M. O’Dell, and J. McManus, ‘‘Requirements for traffic engineering over MPLS,’’ RFC 2702, Internet Engineering Task Force IETF , Sep., 1999.

• [JAMO00]. B. Jamoussi, O. Aboul-Magd, L. Andersson, P. Ashwood-Smith, F. Hellstrand, K. Sundell, R. Callon R. Dantu, L. Wu, P. Doolan, T. Worster, N. Feldman, A. Fredette, M. Girish, E. Gray, J. Halpern, J. Heinanen, T. Kilty, A. Malis, and P. Vaananen, ‘‘Constraint-based LSP setup using LDP,’’ Internet draft, Jul. 2000, draft-ietf-mpls-cr-ldp-04.txt.


Trang 214

• [ROSE01]. E. Rosen, A. Viswanathan, and R. Callon, ‘‘Multiprotocol label switching archietecture,’’ RFC 3031, Internet Engineering Task Force IETF , Jan. 2001.

• [XIAO00] X. Xiao, A. Hannan, B. Bailey, and L. Ni, ‘‘Traffic engineering with MPLS,’’ IEEE Netw., vol. 14, no. 2, pp. 28_33, Mar.rApr. 2000.