Chuyển Mạch IP Và Chuyển Mạch Nhãn

Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Ch ơng 3: chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn
3.1 Khái niệm về chuyển mạch IP
3.1.1 Định nghĩa v thuật ngữ
Chuyển mạch IP l một thiết bị hay hệ thống m nó có thể gửi các gói tin IP ở lớp
3 v chứa th nh phần chuyển mạch có khả năng chuyển mạch các gói tin ở lớp 2.
Thiết bị chuyển mạch IP có cơ chế nhận biết loại gói tin n o sẽ đ/ợc chuyển đi ở lớp
3 v gói n o sẽ đ/ợc chuyển mạch ở lớp 2, sau đó gửi một v i hoặc tất cả các gói tin
đi trên đ/ờng đ/ợc chuyển mạch lớp 2. Hầu hết các chuyển mạch IP sử dụng cơ
cấu chuyển mạch ATM [3]. Hình vẽ sau đây chỉ rõ hai mô hình chuyển mạch IP.
IPCP
In

Out
ATM Switch

a). Thiết bị chuyển mạch IP
IPCP

In

Đ/ờng v o

Out

ATM Switch

Đ/ờng ra

b). Chuyển mạch IP ảo

Hình 3.1: Thiết bị chuyển mạch IP
Điểm điều khiển IP IPCP (IP Control Point) thực hiện các giao thức định tuyến IP
điển hình nh/ RIP, OSPF, BGP,.v..v. để cung cấp đ/ờng định tuyến từng chặng lớp 3
ngầm định v có thể liên lạc trực tiếp hoặc gián tiếp tới các th nh phần của chuyển
mạch ATM để gửi các gói tin IP. Cũng nh/ các hệ thống chuyển mạch ATM thông
th/ờng, những th nh phần chuyển mạch ATM trong chuyển mạch IP duy trì một
bảng kết nối các cổng v o/ra, các nhTn v o/ra (VPI/VCI). Có một số đặc điểm khác
nhau giữa hai mô hình chuyển mạch IP biểu diễn trên hình 2.1 trên đây. Mô hình
thiết bị chuyển mạch IP (a) gồm bộ điều khiển IP v tr/ờng chuyển mạch tồn tại
trong một thiết bị đơn. Mô hình chuyển mạch IP ảo bao gồm nhiều th nh phần

Hoang trong Minh

51


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

chuyển mạch đ/ợc điều khiển trực tiếp hay gián tiếp của một bộ điều khiển IPCP. Sự
khác nhau nữa l vị trí của các cổng v o v cổng ra. Trong cấu hình của chuyển
mạch IP thì các cổng v o v cổng ra đều nằm trong cùng một đơn vị giao diện. Với
bộ chuyển mạch IP ảo, th nh phần v o/ra cũng có thể đ/ợc định vị trên cùng một
đơn vị giao diện hoặc trên các giao diện riêng biệt. Điều đó dẫn tới cách thức sử
dụng v sự phụ thuộc v o các giao thức tìm đ/ờng v báo hiệu ATM v IP trong mỗi
mô hình l khác nhau.
3.1.2 Đ ờng v o v đ ờng ra của chuyển mạch IP
Hệ thống chuyển mạch IP thực hiện định tuyến lớp 3 ngầm định để đẩy nhanh
các dịch vụ chuyển mạch tại lớp 2. /u điểm của ph/ơng pháp n y l có thể nhóm
các ứng dụng riêng lẻ hoặc tập hợp những ng/ời sử dụng cuối cùng bằng mạng cục
bộ LAN, phân mạng hoặc một địa chỉ đích đ/ợc phân chia. Bất cứ tiêu chuẩn n o

dùng để phát hiện đích có thể nhận các dịch vụ chuyển mạch IP thì phải có một
đ/ờng v o (Ingress) v đ/ờng ra (Exgress) khỏi hệ thống chuyển mạch IP.
Các thiết bị v o/ra của hệ thống chuyển mạch IP đ/ợc đặt ở gờ hệ thống chuyển
mạch IP. Thiết bị v o/ra có thể chứa một đoạn mT vận h nh trong một trạm l m
việc. Các chức năng quan trọng của đ/ờng v o, ra chuyển mạch IP bao gồm :
o Cung cấp định tuyến IP ngầm định.
o Cung cấp các dịch vụ chuyển đổi môi tr/ờng (ví dụ từ Ethernet sang ATM) để
các gói tin v o/ra hệ thống chuyển mạch IP.
o Tham gia trong các thủ tục điều khiển để thiết lập, duy trì v chuyển đổi đ/ờng
dẫn để chuyển mạch lớp 2 giữa các cổng v o/ra thích hợp.
o Tại lối v o phân loại những gói tin đủ tiêu chuẩn v sau đó chuyển chúng trên
đ/ờng chuyển mạch lớp 2. Điều n y bao gồm việc xem xét kỹ một số tr/ờng số
liệu trong tiêu đề gói tin để xác định gói có đ/ợc đặt lên một đ/ờng đ/ợc
chuyển mạch hay không? v nếu gói tin đủ tiêu chuẩn nó sẽ tìm trong bảng định
tuyến v gắn một nhTn v o gói v truyền tế b o theo kết nối ảo của chuyển mạch
lớp 2.
o Tại lối ra, các gói nhận đ/ợc trên đ/ờng đ/ợc chuyển mạch lớp 2 v thực hiện
các thủ tục định h/ớng IP chuẩn đ/a các gói ra khỏi hệ thống chuyển mạch để
truyền đến bộ định tuyến tiếp theo.

Hoang trong Minh

52


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Giả sử rằng hệ thống chuyển mạch IP vừa quyết định một v i gói tin có thể đ/ợc
truyền qua một đ/ờng chuyển mạch lớp 2 v một đ/ờng dẫn vừa đ/ợc thiết lập giữa
hai thiết bị v o ra của mạng. Các gói tin đến cổng v o của mạng đ/ợc phân loại đ/a

v o địa chỉ đích, địa chỉ nguồn, mạng đích để định tuyến theo lớp 3 ngầm định hoặc
chuyển mạch lớp 2. Nếu các gói đ/ợc phân loại để đ/ợc chuyển mạch lớp 2 thì đ/ợc
h/ớng tới đích trên một đ/ờng dẫn. Tất cả các gói khác đ/ợc chuyển đi ở lớp 3 sử
dụng các thủ tục định tuyến IP thông th/ờng.
3.1.3 Đ ờng tắt (Short - cut)
Trong một môi tr/ờng định tuyến IP thông th/ờng các gói tin từ nguồn tiến từng
b/ớc một qua các bộ định tuyến đến đích, gắn với mỗi b/ớc nhảy định tuyến l
những chức năng cần thiết nh/ tìm giao thức truyền, kiểm tra độ d i tiêu đề, độ suy
giảm TTL, sự chuyển dịch môi tr/ờng , điều n y dẫn đến hiện t/ợng trễ của các
gói khi đi ngang qua các nút trung gian trên con đ/ờng định tuyến. Có một cách để
giảm thời gian chờ đợi v trễ l bỏ qua một số b/ớc trong quá trình định tuyến v
chuyển tin. Đ/ờng chuyển mạch lớp 2 đT đ/ợc nêu ở trên đây có thể l m đ/ờng tắt.
Một đ/ờng tắt l một kết nối ảo từ nguồn đến đích m bỏ qua những b/ớc định
tuyến lớp 3 trung gian. Nó có thể đ/ợc thiết lập giữa hai máy chủ, do bộ định tuyến
hoặc cả hai. Các đặc tính cơ bản của đ/ờng tắt l :
o Bỏ qua các chức năng định tuyến tầng 3 trung gian.
o Xây dựng một đ/ờng tắt có thể dựa trên l/u l/ợng dữ liệu hoặc ph/ơng pháp
điều khiển.
o Nếu đ/ờng tắt giữa cổng v o v đ/ờng ra không tồn tại v bỗng nhiên bị mất thì
dữ liệu vẫn có thể truyền tải đến đích qua đ/ờng đ/ợc định tuyến trên lớp 3.
o Dữ liệu có thể kế tiếp nhau truyền trên cùng một đ/ờng vật lý nh/ l đ/ờng định
tuyến hoặc nó có thể qua cấu trúc topo chuyển mạch IP tầng 2 riêng biệt (chuyển
mạch IP ảo).
o Một đ/ờng tắt từ cổng v o đến một cổng ra có thể đ/ợc tạo ra trong một đ/ờng
từ đầu cuối- đến - đầu cuối hoặc có thể xây dựng bằng một loạt các đ/ờng tắt
qua các nút trung gian. Đ/ờng tắt v o/ra có thể đ/ợc thiết lập tại đ/ờng v o hoặc
đ/ờng ra khỏi mạng hoặc tại bất kỳ nơi n o đó trong mạng.
o Đ/ờng tắt có thể l điểm-đến-điểm, điểm-đến-đa điểm hoặc đa điểm-đến- điểm.

Hoang trong Minh

53


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

3.1.4 Hoạt động của chuyển mạch IP
Trên hình 3.2 sau đây chỉ ra các hoạt động điều h nh cơ bản của chuyển mạch IP
do Ipsilon đề xuất.
IP Switch
Controller

IP Switch
Controller
2
1
Upstream
Node

Downstream
Node

ATM
Switch

Upstream
Node

a) Chế độ hoạt động mặc định

ATM
Switch

4

b) Gán nhTn theo luồng Upstream

IP Switch
Controller

IP Switch
Controller
4

ATM
Switch

Upstream
Node

Downstream
Node
5

6

c) Gán nhTn theo luồng Downstream

ATM
Switch

Downstream
Node
7

d) Kết nối qua chuyển mạch

Hình 3.2: Mô hình kết nối của chuyển mạch IP
Bộ điều khiển xử lý định tuyến IP đ/ợc ghép với chuyển mạch ATM v cho
phép chuyển mạch IP nh/ một giao thức của bộ định tuyến IP thông th/ờng v thực
hiện truyền gói trên nguyên tắc từng chặng (1). Khi luồng dữ liệu lớn xuất hiện
giám sát bộ xử lý định tuyến IP sẽ báo hiệu cho luồng truyền trạm kế tiếp phía trên
để gán nhTn của một VPI/VCI cho các tế b o của luồng v sau đó sẽ cập nhật v o
bảng định tuyến ở chuyển mạch ATM có liên quan. Thiết bị chuyển mạch IP gửi
giao thức IFMP (Ipsilon Flow Management Protocol) tới trạm phát (2). Tiến trình
n y xảy ra độc lập giữa các cặp chuyển mạch IP phụ thuộc v o tuyến kết nối. Nó trở
th nh nhiệm vụ đơn giản trong kết nối ở các bảng định tuyến chuyển mạch IP. Nếu
luồng đến đ/ợc biên dịch, nó sẽ gửi tiếp các gói của luồng trên một Kênh ảo rỗi với
một nhận dạng kênh ảo (3). Luồng ra có thể giám sát trên cùng một luồng v yêu
cầu chuyển mạch IP hiện thời sử dụng một VCI cho nó (4). Sau đó bộ điều khiển
chuyển mạch IP chỉ dẫn chuyển mạch ATM tạo bản đồ cổng cho luồng đó. Các số
liệu tiếp theo sẽ đ/ợc chuyển mạch trực tiếp trên phần cứng của chuyển mạch ATM
(5).
Hoang trong Minh

54


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Trong khoảng thời gian 60 giây sau khi thiết lập luồng ảo, thì trạng thái của các
luồng ảo sẽ đ/ợc kiểm tra. Nếu không có số liệu truyền qua trong khoảng thời gian
đó thì kênh ảo đó đ/ợc giải phóng. Thời gian kiểm tra tuỳ thuộc v o cấu trúc mạng
v thuật toán điều khiển ấn định.
Một số giải pháp v kỹ thuật dựa trên chuyển mạch lớp 2 nhằm cải thiện cách thức
định tuyến IP. Cuối năm 1996 nhóm l m việc cho IETF tạo ra một forum mới có
tên l MPLS nhằm tiêu chuẩn hoá giải pháp chuyển mạch v định tuyến kết hợp
giữa chuyển mạch lớp 3 v lớp 4. Cho phép nhiều nh cung cấp thiết bị cùng nhau
xây dựng giải pháp chuyển mạch IP. Các giao thức n y sẽ đ/ợc chỉ ra trong các
phần sau của t i liệu.
Khi sử dụng ph/ơng pháp định tuyến IP trên nền mạng ATM dẫn tới một số vấn
đề sau:
o Các bộ định tuyến tạo th nh điểm nút tắc nghẽn v không thể hỗ trợ l/u l/ợng
ổn định tại tốc độ quá cao (OC3), trong khi khả năng của tr/ờng chuyển mạch
ATM l rất lớn.
o Các bảng định tuyến quá lớn v việc truy nhập địa chỉ mất quá nhiều thời gian,
vấn đề n y có thể cải thiện đ/ợc nếu sử dụng bảng định tuyến đơn chiều, với sự
sắp xếp nhTn theo hình cây, ph/ơng pháp tra cứu có sự can thiệp chỉ dẫn của các
bảng VPI/VCI trong phần cứng.
o Các mạng IP thế hệ tiếp theo cần có sự quản lý dải thông, khả năng thực hiện v
QOS m ATM có thể đ/a ra.
o Cần một cách thức đơn giản để hỗ trợ l/u l/ợng IP phi kết nối qua mạng h/ớng
kết nối.
o Báo hiệu v định tuyến trong ATM Forum UNI/NNI đ/ợc coi l quá phức tạp,
cần một giao thức đơn giản m dễ chấp nhận đối với IP.
3.2 Các mô hình chuyển mạch IP
Có hai mô hình cơ bản cho chuyển mạch IP v chúng khác nhau trong cách sử dụng
giao thức ATM Forum v các th nh phần chuyển mạch.
3.2.1 Mô hình chồng lấn (Overlay Model)
Mô hình overlay cho chuyển mạch ATM bao gồm tầng IP vận h nh trên đỉnh của

tầng chuyển mạch ATM riêng biệt. Nói cách khác nó bao gồm các thiết bị IP với

Hoang trong Minh

55


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

các địa chỉ IP đang vận h nh các giao thức định tuyến IP v các thiết bị ATM (IP
hosts, IP Routers, ATM Switch) với các địa chỉ ATM đang vận h nh các giao thức
định tuyến v báo hiệu ATM.
Mô hình n y có lẽ l cách thực hiện đơn giản nhất bởi vì cả hai th nh phần IP v
ATM đều khả dụng v vận h nh các giao thức dựa trên các chuẩn cơ sở nh/ng có
một v i chức năng sao lại của nhau, trong đó hai không gian địa chỉ phải đ/ợc duy
trì v hai giao thức định tuyến phải đ/ợc hỗ trợ. Đặc tính của mô hình n y:
o Sử dụng việc lập địa chỉ phân lập SA ( Separated Addressing)
o Vận h nh các giao thức định tuyến riêng tại IP (OSPF) v ATM (PNNI). Điều
n y có nghĩa l hai cấu trúc liên kết Topo riêng để duy trì v chúng độc lập lẫn
nhau. Ví dụ, các bộ định tuyến IP đang vận h nh OSPF thì biết Topo mạng IP
nh/ng không biết hoặc không nhìn thấy các chuyển mạch ATM.
o Yêu cầu phân giải địa chỉ IP v ATM, sử dụng báo hiệu v

định tuyến

UNI/PNNI giao diện mạng- ng/ời sử dụng nếu dùng các kênh ảo chuyển mạch
để th nh lập đ/ờng tắt hoặc thiết lập đ/ờng dẫn thông th/ờng.
o Việc lập địa chỉ phân lập SA đ/ợc biểu hiện bởi sự tồn tại của cả hai thiết bị
(ATM v IP). Đ/òng định tuyến ngầm định đi theo một đ/ờng xuyên qua hai
b/ớc định tuyến. Một đ/ờng tắt vòng qua các b/ớc định tuyến có thể đ/ợc thiết

lập giữa đ/ờng v o v đ/ờng ra. Khi lối v o quyết định địa chỉ ATM của lối ra,
nó có thể sử dụng l m đ/ờng tắt. Các định tuyến v báo hiệu ATM chuẩn dùng
để thiết lập một đ/ờng tắt thông qua các nút chuyển mạch. Chú ý rằng các gói
đ/ợc đặt trên đ/ờng tắt không đi qua vùng các thiết bị v các liên kết khi những
gói n y đi qua đ/ờng đ/ợc định tuyến. Có điều n y vì giao thức định tuyến ATM
lựa chọn đ/ờng cho yêu cầu thiết lập SVC chuyển mạch từ lối v o tới lối ra trên
cơ sở trạng thái của Topo chuyển mạch ATM chứ không phải theo cấu hình IP.
3.2.2 Mô hình ngang bằng (Peer Model)
Mô hình ngang bằng cho chuyển mạch IP xác định rõ r ng các th nh phần của bộ
chuyển mạch IP duy trì không gian địa chỉ IP đơn v hỗ trợ giao thức định tuyến IP.
Chế độ ngang bằng cũng biểu hiện sự tồn tại của các giao thức điều khiển riêng m
nó đ/ợc sử dụng để định h/ớng cho l/u l/ợng IP đến các đ/ờng tắt. Ví dụ, về mô
hình ngang h ng l mạng của những bộ chuyển mạch IP vận h nh các giao thức
IFMP v GSMP (Ipsilon).
Hoang trong Minh

56


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Các đặc tính của mô hình ngang bằng:
o Duy trì một không gian địa chỉ IP đơn.
o Tồn tại giao thức định tuyến IP đơn.
o Các bộ chuyển mạch IP sử dụng các giao thức định tuyến đặc biệt để chỉ
đ/ờng dẫn cho l/u l/ợng IP đến các đ/ờng tắt.
o Hỗ trợ các đ/ờng tắt v những đ/ờng định tuyến ngầm định
o Xác lập địa chỉ IP tới kênh ảo VC vì các giao thức vận h nh không phải của
ATM. Đ/ờng định tuyến v đ/ờng tắt đi chung trên một liên kết, sau khi
chạy xong giao thức tìm đ/ờng ngắn nhất tới đích.

Trong mô hình chồng lấn, các bộ định tuyến đ/ợc kết nối tới một mạng ATM
rộng thì cần phải ngang h ng với nhau để trao đổi các thông tin định tuyến cập
nhật, để các thông tin n y đ/ợc biểu thị t/ờng minh v chính xác. Thêm v o đó các
bộ định tuyến gắn với mạng ATM rộng sẽ mong muốn thiết lập những VC trực tiếp
với nhau để đem lại hiệu suất cao.
Tất cả các bộ định tuyến trong to n mạng kết nối với nhau sẽ sử dụng một l/ợng
lớn các nguồn ảo VC. Mô hình ngang bằng l m giảm mức tối thiểu sự tiêu thụ
những nguồn t i nguyên sẽ đ/ợc cần đến cho sự kết nối khác trong mạng. Một kỹ
thuật đ/ợc giới thiệu bởi IBM cho phép hợp nhất nhiều kênh ảo VCs, điều n y dễ
đ ng l m giảm số VCs m phải đ/ợc thiết lập ngang qua mạng v đ/ợc duy trì bởi
mỗi bộ định tuyến.
3.2.3 Tích hợp IP trên ATM
ATM forum v IETF đT đ/a ra một loạt các tiêu chuẩn để giải quyết vấn đề tích hợp
IP trên nền ATM, các nhóm l m việc trong lĩnh vực n y gồm:
o Nhóm l m việc IP trên nền ATM (IPATM), định nghĩa tiêu chuẩn đóng gói gói
tin IP trong các đơn vị bản tin giao thức PDU tại lớp t/ơng thích ATM v sử
dụng giao thức phân giải địa chỉ ATM (ATMARP) để ánh xạ địa chỉ IP tới địa
chỉ ATM. (Tiêu chuẩn n y cho phép xử lý mulicast).
o Nhóm l m việc định tuyến qua miên không gian lớn (RLOC) định nghĩa giao
thức phân giải b/ớc kế tiếp NHRP cho phép các trạm chủ v các bộ định tuyến
thiết lập các mạch ảo qua mạng ATM.
o Nhóm mô phỏng LAN (LANE) định nghĩa các thủ tục cho phép mạng ATM
đoáng vai trò giống nh/ các đa truy nhập LAN.
Hoang trong Minh

57


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

o Nhóm l m việc đa giao thức qua ATM (MPOA) tổ hợp v mở rộng các tiêu
chuẩn của các nhóm l m việc để hỗ trợ các giao thức lớp đa mạng.
o Nhóm l m việc các dịch vụ tích hợp qua các lớp liên kết đặc biệt (ISSLL) định
nghĩa các thủ tục ánh xạ mô hình d nh tr/ớc t i nguyên của IP trên ATM, theo
từng lớp liên kết.
Để hiểu rõ hơn về vấn đề n y chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số đặc điểm cơ
bản của mô hình MPOA. Mục tiêu cơ bản của MPOA l hỗ trợ truyền l/u l/ợng
unicast giữa các phân mạng, MPOA cho phép truyền l/u l/ợng dựa trên thông tin
lớp 3 để các đấu nối kênh ảo VCC m không yêu cầu các bộ định tuyến trên đ/ờng
truyền. MPOA tổ hợp cầu nối v định tuyến với ATM trong môi tr/ờng nhiều cấu
hình mạng v nhiều giao thức cùng tồn tại. MPOA cung cấp các điều h nh cho phép
các giao thức lớp 3 bao trùm nền ATM, MPOA đ/ợc thiết kế để sử dụng cả thông
tin cầu nối v định tuyến để chỉ ra con đ/ờng tối /u qua mạng lõi ATM.
MPOA hỗ trợ khái niệm định tuyến ảo, nó tách biệt chức năng tính toán tuyến liên
mạng v chuyển tiếp gói tin, ý t/ởng n y mở rộng khả năng quản lý quá trình l m
việc liên mạng bằng cách tăng số l/ợng các thiết bị m có thể cấu hình cho việc thực
hiện tính toán tuyến. MPOA gồm 5 hoạt động chính:
1. Cấu hình. Hoạt động n y nhận thông tin cấu hình từ máy chủ cấu hình
LANE, chúng chứa thông tin thời gian, yêu cầu kích th/ớc gói tin,v..v.
2. Phát hiện tuyến. Các phần tử trong MPOA thu thập v xử lý thông tin từ các
phần tử khác trong mạng thông qua trao đổi các bản tin để tìm tuyến, các bản
tin n y chứa kiểu thiết bị MPOA v địa chỉ ATM của nó.
3. Phân giải đích. Hoạt động n y sử dụng giao thức phân giải b/ớc kế tiếp để
tìm ra node ATM thích hợp có chứa địa chỉ IP đích. Node ATM n y đ/ợc
biết nh/ l đ/ờng tắt tới đích.
4. Quản lý đấu nối. Hoạt động n y điều khiển các mạch ảo ATM.
5. Truyền dữ liệu. Hoạt động n y đảm nhiệm chức năng chuyển tiếp l/u l/ợng
gói tin IP trên các đ/ờng tắt.
MPOA hoạt động t/ơng thích ho n to n với LANE v NHRP, ví dụ về hoạt động
của giao thức phân giải địa chỉ sẽ đ/ợc trình b y trong phần tiếp theo.

Hoang trong Minh

58


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Nh/ chúng ta đT thấy, việc ánh xạ địa chỉ IP v o ATM rất phức tạp, hầu hết các
nhóm l m việc trên đều đề xuất một v i phần tử phục vụ (ATMARP, NHRP) để xử
lý ánh xạ địa chỉ, cùng với nó l các giao thức cần thiết để t/ơng tác với các phần tử
n y. Một vấn đề thực tế l các phần tử phục vụ n y phải đ/ợc trang bị kép để dự
phòng, v các phần tử dự phòng phải hoạt động đồng bộ với các phần tử hoạt động.
Vậy cốt lõi của sự phức tạp n y ở đâu?. Trên thực tế chúng ta dễ d ng nhận thấy các
giao thức IP v giao thức ATM đ/ợc phát triển độc lập với nhau, khi tích hợp với
nhau thì tập giao thức sử dụng sẽ nằm ngo i phạm vi của ATM forum hoặc IETF.
Chính điều đó thúc đẩy các mô hình mới ra đời để giải quyết vấn đề n y, chúng ta sẽ
xem xét vấn đề n y chi tiết hơn trong phần sau của t i liệu n y.
3.3 Các kiểu điều khiển chuyển mạch IP
Những tiêu chuẩn để thiết lập đ/ờng tắt v sự phân loại l/u l/ợng đ/ợc đặt trên
đ/ờng tắt phụ thuộc v o kiểu giao thức v giải pháp chuyển mạch IP. Có hai loại
giải pháp chuyển mạch IP l điều khiển luồng v điều khiển topo.
3.3.1 Mô hình chuyển mạch IP điều khiển luồng
Mô hình điều khiển luồng hoạt động trên luồng IP thực tế, m nó đ/ợc định
nghĩa nh/ l các gói liên tiếp nhau có cùng địa chỉ nguồn, địa chỉ đích v số thứ tự
của cổng. Hình vẽ 3.3 minh hoạ mô hình chuyển mạch IP điều khiển luồng hoạt
động theo ph/ơng thức sau :
Một v i gói đầu tiên của luồng IP đ/ợc định tuyến từng chặng qua các thực thể
định tuyến IP ( R1, R2, Rn) qua mạng ATM. Các thực thể định tuyến ATM đ/ợc
đấu nối tới các thực thể khác bằng đấu nối ATM.

R1

R2

Rn

N gói của luồng IP

Bản đồ
/Chuyển tiếp
địa chỉ

ATM

(N+1)+ M gói của luồng IP

Hình 3.3 mô hình chuyển mạch IP điều khiển luồng
Dựa trên đặc tính của luồng IP (ví dụ kiểu l/u l/ợng, số cổng, các địa chỉ
nguồn/đích, tốc độ đến,v..v.), thực thể định tuyến IP sẽ hoạt động tức khắc xử lý địa

Hoang trong Minh

59


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

chỉ chuyển tiếp mới để bắt đầu. Xử lý địa chỉ chuyển tiếp gồm có các hoạt động yêu
cầu tạo lập một đấu nối ATM mới (h/ớng tắt) v để định h/ớng luồng IP qua h/ớng
tắt. Điều n y đ/ợc ho n tất bởi quá trình gán nhTn VPI/VCI mới tới các tế b o thuộc

về luồng IP v do có các bảng chuyển nhTn VPI/VCI cập nhật trong chuyển mạch
ATM.
Một khi luồng IP đ/ợc chuyển tiếp địa chỉ mới qua h/ớng tắt, tất cả các tế b o
thuộc về luồng IP đều l tế b o chuyển mạch. Quá trình xử lý định tuyến trên cơ sở
bộ định tuyến đi xuyên qua mạng ATM tách biệt với đ/ờng chuyển mạch vì vậy độ
trễ đ/ợc giảm xuống v hiệu suất đ/ợc tăng lên.
Các đặc tính của Model chuyển mạch IP điều khiển luồng :
Các h/ớng tắt đ/ợc thiết lập động tuỳ thuộc v o đặc tính của luồng IP đến.
Mạng hỗ trợ chuyển mạch điều khiển luồng IP có 2 tuyến đ/ờng: Tuyến đ/ờng mặc
định đi qua từng b/ớc định tuyến IP, v h/ớng tắ thiết lập động qua phần cứng
chuyển mạch ATM. Điều n y khác cách định tuyến truyền thống chỉ tồn tại h/ớng
mặc định trên các bộ định tuyến. Nếu đ/ờng tắt bị hỏng, luồng IP có thể định tuyến
lại qua tuyến mặc định. Chuyển mạch IP điều khiển luồng phù hợp nhất cho các khu
vực ATM nhỏ v hợp th nh mạng Intranet vì lý do sau .
o Thứ nhất, tất cả đầu cuối sử dụng sẽ chạy các ứng dụng khác nhau với đặc
tính luồng v yêu cầu mạng l/ới khác nhau.
o Thứ hai, điều khiển luồng có đ/ợc sự hỗ trợ tốt của t i nguyên chuyển mạch
ATM (không gian nhTn VPI/VCI) sử dụng để cung cấp nhTn cho các luồng
riêng biệt. Hơn nữa, không phải tất cả các luồng IP đều yêu cầu h/ớng tắt. Ví
dụ, các giao thức ứng dụng nh/ ICMP (Internet Control Message Protocol),
SNMP (Simple Network Management Protocol), ..v.v.
Một giải pháp khác cho chuyển mạch IP điều khiển luồng l giao thức giải b/ớc
kế tiếp NHRP (Next Hop Resolution Protocol). Giao thức n y đ/a ra bởi Nhóm tạo
tuyến qua không gian lớn ROLC (Routing Over Large Clouds), để giải quyết vấn đề
giữa các bộ định tuyến của các mạng con logic. Mục tiêu ở đây l chỉ ra điểm tồn tại
trong vùng gần nhất tới đích v để đạt đ/ợc địa chỉ ATM. Máy chủ NHRP t/ơng tác
lẫn nhau với các máy chủ khác để đ/a ra đ/ợc điểm gần đích nhất. NHRP không
phải l giao thức định tuyến v trên thực tế nó sử dụng định tuyến IP tiêu chuẩn để

Hoang trong Minh

60


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

định tr/ớc các bản tin NHRP qua mạng l/ới. NHRP gồm 2 th nh phần (xem trên
hình 3.4 d/ới đây).

Gói 1

Gói 1

Hỏi NHRP

Trả lời

LIS A
LIS B
H/ớng tắt
NHC #1
Địa chỉ IP = A.1
Địa chỉ ATM = AAAA

NHC #2
Địa chỉ IP = B.1
Địa chỉ ATM = BBBB

Hình 3.4 giao thức giải b5ớc kế tiếp
Trạm con b/ớc kế tiếp NHC ( Next Hop Client) v trạm chủ b/ớc kế tiếp NHS

(Next Hop Server). NHS cùng tồn tại với chức năng định tuyến v duy trì các địa chỉ
IP ẩn v kết hợp với ATM. Bộ định tuyến/ NHS cũng đ/ợc gọi l trạm chủ định
tuyến. NHC truy tìm trạm chủ định tuyến để tìm địa chỉ ATM của địa chỉ đích IP v
Trạm chủ định tuyến trả lời các địa chỉ ATM liên quan hoặc định tr/ớc nó tới trạm
chủ định tuyến khác qua tuyến đ/ờng mặc định sẵn.
Chuyển mạch IP dựa trên NHRP l m việc theo cách sau:
NHC nguồn (#1) sẽ định tr/ớc v i gói IP đầu tiên qua đấu nối ATM tới Trạm chủ
định tuyến. Trạm chủ định tuyến định tr/ớc các gói IP tới trạm chủ đích (NHC #2)
qua tuyến đ/ờng định sẵn.
Dựa trên kỹ thuật tác động nhanh điều khiển luồng, NHC nguồn (#1) sẽ tra vấn
trạm chủ định tuyến các địa chỉ ATM liên quan tới địa chỉ IP đích (B.2). Các tra vấn
yêu cầu giải NHRP gồm các địa chỉ IP nguồn/ đích v địa chỉ nguồn của ATM.
NHC nguồn tìm kiếm thấy địa chỉ đích có địa chỉ ATM của trạm chủ B.2. Nếu
trong bộ nhớ Cache của trạm chủ định tuyến chứa bảng truy nhập cho địa chỉ IP
(B2_BBBB) có trong yêu cầu chuyển mạch nó sẽ quay trở lại trả lời cho NHC(#1).
Nếu không có trong yêu cầu chuyển mạch, NHRP sẽ định h/ớng theo tuyến mặc
định tới Trạm chủ định tuyến tiếp theo hoặc tới trạm chủ có chứa địa chỉ IP đích
trong cache của nó. Trạm chủ định tuyến cuối cùng sẽ trả lại địa chỉ ATM đích
(BBBB) qua các tuyến mặc định về NHC nguồn (#1). Chú ý rằng địa chỉ đích có thể

Hoang trong Minh

61


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

l địa chỉ ATM của trạm chủ IP đích thực sự hoặc l các thiết bị gờ (Edge) hoặc bộ
định tuyến gần nhất trạm đích. NHC nguồn (#1) bây giờ có thể khởi tạo ATM SVC
trực tiếp tới địa chỉ đích (BBBB) của trạm chủ đích(NHC #2). ATM SVC l tuyến tắt

bỏ qua tất cả các b/ớc trung gian trong mạng ATM. Tuyến tắt đ/ợc thiết lập bởi các
định tuyến v báo hiệu ATM UNI/PNNI tiêu chuẩn.
Chuyển mạch IP theo ph/ơng thức NHRP đ/ợc dựa trên mô hình điều khiển
luồng. Các gói IP khởi tạo h/ớng qua tuyến đ/ờng mặc định đi qua Trạm chủ định
tuyến, các gói tuần tự có thể chuyển h/ớng qua mạng chuyển mạch ATM bằng các
kết nối độc lập khác nhau. Mạng cung cấp hai ph/ơng thức cho NHRP : Tuyến mặc
định v tuyến tắt qua phần cứng chuyển mạch ATM. Nếu tuyến tắt không thể thực
hiện đ/ợc thì tất cả các gói IP sẽ chuyển theo tuyến mặc định cho đến khi tuyến tắt
đ/ợc thiết lập trở lại.
3.3.2 Mô hình chuyển mạch IP điều khiển topo.
Chuyển mạch IP điều khiển topo dựa trên topo mạng IP chạy các giao thức định
tuyến IP trong thiết bị định tuyến chuyển mạch tích hợp ISR (Intergrated Switch
Router). Các nhTn VPI/VCI mới liên kết với các tiền tố IP đích đ/ợc tạo ra v phân
bổ tới các ISR khác trong vùng định tuyến. Tất cả l/u l/ợng đT trù định chi tiết cho
mạng sẽ chuyển mạch các luồng theo các giá trị của VPI/VCI.
Hoạt động của mạng chuyển mạch IP điều khiển kiểu topo chỉ ra trên hình 3.5 sau:
Mạng x
Rn
Chuyển tiếp
địa chỉ

ATM
N gói tới mạng x

Hình 3.5 Chuyển mạch IP điều khiển topo
Giải pháp chuyển mạch IP điều khiển topo đ/ợc thiết kế cho các mạng liên kết
lớn. Xây dựng tuyến đ/ờng chuyển mạch dựa trên tiền tố IP mở ra khả năng ghép
các luồng IP có cùng địa chỉ v o một tuyến. Nh/ vậy nó sẽ giảm phần chi phí t i
nguyên chuyển mạch (Không gian nhTn VPI/VCI) hơn l giải pháp điều khiển

Hoang trong Minh

62


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

luồng. Một số sự khác biệt giữa hai giải pháp chuyển mạch theo topo v điều khiển
luồng nh/ sau:
o Dòng l/u l/ợng trong giải pháp chuyển mạch theo topo đ/ợc chuyển mạch to n
bộ chứ không chỉ l phần sau của dòng dữ liệu nh/ trong giải pháp chuyển mạch
điều khiển luồng.
o Đối với giải pháp điều khiển topo thì tổng chi phí thời gian thực hiện thấp hơn
nhiều. Bởi vì những đ/ờng chuyển mạch đ/ợc xây dựng lại chỉ sau khi một sự
thay đổi trong cấu hình mạng hoặc có yêu cầu điều khiển mới. Sự phối hợp để
mở rộng điều khiển theo topo đ/ợc đặt ra h ng đầu vì số l/ợng các đ/ờng đ/ợc
chuyển mạch trong cùng một tuyến cần t/ơng ứng với số l/ợng bộ định tuyến v
kích cỡ của mạng. Thêm v o đó một mức kết hợp cao có thể thực hiện bằng cách
tạo ra những đ/ờng tắt đa điểm đến đơn điểm qua sử dụng ghép kênh.
o Chuyển mạch IP kiểu topo xây dựng những đ/ờng tắt cho dù l/u l/ợng có chảy
qua chúng hay không, điều n y có nghĩa l những nguồn chuyển mạch đ/ợc
dùng hết do l/u l/ợng điều khiển v không phải chỉ l l/u l/ợng dữ liệu.
o Trên thực tế tồn tại vấn đề l rất khó cung cấp chất l/ợng dịch vụ cho một dòng
l/u l/ợng m nó đ/ợc truyền trên đ/ờng tắt kiểu điều khiển topo, bởi vì có thể
hợp nhất các dòng IP, thời gian thực v dòng tin có nỗ lực tối đa trên một mạng
đích chung, khi chúng truyền trên một đ/ờng tắt.
o Cuối cùng khi một mạng hội tụ, việc cập nhật bảng định tuyến không chính xác
có thể gây nên sự hình th nh các vòng lặp ngắn m có thể dẫn tới việc tạo ra một
tập nhTn tồn tại trên một vòng lặp chuyển mạch, các bộ định tuyến chỉ có thể
hạn chế những vòng lặp n y bằng cách sử dụng tr/ờng TTL của các gói tin.

3.4 khái niệm và cấu trúc cơ bản của chuyển mạch nh&n
3.4.1 Chuyển mạch nh=n l gì?
Khái niệm chuyển mạch nhTn t/ơng đối đơn giản. Để hình dung về vấn đề n y
chúng ta xem xét một quá trình chuyển th/ điện tử từ hệ thống máy tính gửi tới máy
tính nhận.Trong mạng internet truyền thống (không sử dụng chuyển mạch nhTn) quá
trình chuyển th/ điện tử giống hệt một quá trình chuyển th/ thông th/ờng. Các địa
chỉ đích đ/ợc chuyển qua các thực thể trễ (các bộ định tuyến) .Địa chỉ đích sẽ l yếu
tố để xác định con đ/ờng m gói tin chuyển qua các bộ định tuyến .Trong chuyển
mạch nhTn ,thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến ,một nhTn đ/ợc

Hoang trong Minh

63


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

gắn với gói tin v đ/ợc đặt v o trong tiêu đề gói tin với mục đích thay thế cho địa
chỉ, v nhTn đ/ợc sử dụng để chuyển l/u l/ợng các gói tin tới đích.
3.4.2 Tại sao chúng ta sử dụng chuyển mạch nh=n
Mục tiêu đầu tiên của chuyển mạch nhTn đ/a ra l nhằm cải thiện hiệu năng
chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán v
phân phối nhTn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau. Thêm v o đó l
các l/ợc đồ phân phối nhTn ho n to n độc lập với quá trình chuyển mạch.
Tr/ớc hết, chúng ta hTy xem xét một số lý do cơ bản hiện nay đang đ/ợc quan tâm
đối với công nghệ mạng nói chung v chuyển mạch nhTn: Tốc độ v độ trễ, khả
năng hệ thống, tính đơn giản, t i nguyên mạng, điều khiển định tuyến.
Tốc độ v; độ trễ
Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm trong quá trình
xử lý tải l/u l/ợng lớn trong internet v intranet, trễ chủ yếu trong quá trình n y l

quá trình xử lý định tuyến để tìm ra thích hợp cho các gói tin đầu v o. Mặc dù đT có
nhiều cải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến nh/ các kỹ thuật tìm
kiếm nhanh bảng định tuyến, nh/ng tải l/u l/ợng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn
khả năng xử lý, v kết quả l có thể mất l/u l/ợng, mất đấu nối v giảm hiệu năng
của to n mạng(mạng IP). Chuyển mạch nhTn đ/a ra một cách nhìn nhận khác với
chuyển tiếp gói tin IP thông th/ờng, sẽ cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải
quyết vấn đề trên. Chuyển mạch nhTn thực hiện quá trình gán nhTn cho gói tin đầu
v o v sử dụng nhTn để truy nhập vaò bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến nh/ một
chỉ số của bảng. Quá trình truy nhập n y chỉ yêu cầu duy nhất cho một truy nhập tới
bảng thay vì h ng ng n quá trình tìm kiếm đ/ợc thực hiện trong bảng định tuyến
truyền thống. Kết quả l các hoạt động n y hiệu quả hơn v vì vậy l/u l/ợng ng/ời
sử dụng trong gói tin đ/ợc gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ v thời gian đáp
ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các ng/ời sử dụng.
Mạng máy tính luôn tồn tại các hiệu ứng trễ, khi các gói tin chuyển qua rất nhiều
nút v nhiều chặng khác nhau để tới đích nó tạo ra các hiệu ứng trễ v biến động trễ.
Sự tích trữ trên các cung đoạn sẽ tạo ra trễ tổng thể giữa các đầu cuối.
Tại mỗi nút mạng, địa chỉ đích trong gói tin đ/ợc xác minh v so sánh với các địa
chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìm
đ/ờng ra. Các gói tin chuyển qua các nút mạng tạo ra độ trễ v các biến động trễ
khác nhau, tuỳ thuộc v o khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng nh/ l/u l/ợng của
luồng tin sẽ ảnh h/ởng trực tiếp tới trễ của ng/ời dùng đầu cuối. Một lần nữa, cơ
chế hoạt động của chuyển mạch nhTn với khả năng chuyển tiếp gói tin nhanh l giải
pháp để giải quyết vấn đề n y.

Hoang trong Minh

64


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Khả năng hệ thống
Tốc độ l một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhTn v tăng quá trình xử lý
l/u l/ợng ng/ời dùng trên mạng internet l vấn đề rất quan trọng. Nh/ng các dịch
vụ tốc độ cao không phải l tất cả những gì m chuyển mạch nhTn cung cấp. Chuyển
mạch nhTn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các
nhu cầucủa ng/ời dùng internet, thay vì h ng loạt các địa chỉ IP (tăng lên rất nhanh
từng ng y) m bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhTn cho phép các địa
chỉ n y gắn với một hoặc v i nhTn, tiếp cận n y l m giảm kích th/ớc bảng địa chỉ v
cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều ng/ời sử dụng hơn.
Tính đơn giản
Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhTn chính l sự đơn giản trong các giao thức
chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), v nguyên tắc rất đơn giản:chuyển
tiếp gói tin dựa trên nhDn của nó. Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho
qua trình liên kết nhTn v đảm bảo tính t/ơng quan giữa các nhTn với luồng l/u
l/ợng ng/ời sử dụng, các kỹ thuật n y đôi khi khá phức tạp nh/ng chúng không gây
ảnh h/ởng tới hiệu suất của dòng l/u l/ợng ng/ời dùng. Sau khi đT gán nhTn v o
dòng l/u l/ợng ng/ời dùng thì hoạt động chuyển mạch nhTn có thể nhúng trong
phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt(ASIC) hoặc trong bộ xử lý đặc biệt.
T;i nguyên sử dụng
Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhTn không chiếm dùng nhiều t i nguyên của
mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đ/ờng chuyển mạch nhTn cho l/u l/ợng ng/ời sử
dụng một cách đơn giản l tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhTn. Trong các
phần sau của cuốn sách n y chúng ta sẽ xem xét cụ thể hơn.
Điều khiển định tuyến
Định tuyến trong mạng internet đ/ợc thực hiện với các địa chỉ IP (trong mạng LAN
l các địa chỉ MAC). Tất nhiên, có rất nhiều các thông tin đ/ợc lấy ra từ tiêu đề gói
tin IP để thực hiện quá trình định tuyến n y, ví dụ nh/: Tr/ờng kiểu dịch vụ IP
(TOS),chỉ số cổng,v..v l một phần của quyết định chuyển tiếp gói tin. Nh/ng định
tuyến theo đích l ph/ơng pháp chuyển tiếp gói tin thông th/ờng nhất hiện đang sử

dụng. Các ph/ơng pháp định tuyến cho mạng IP đT đ/ợc trình b y trong phần 2.1.5
của t i liệu n y.
Định tuyến theo địa chỉ đích không phải l ph/ơng pháp luôn đem lại hiệu quả. Các
vấn đề lặp vòng trên mạng cũng nh/ sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ l các trở
ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với ph/ơng pháp n y. Một vấn
đề nữa đ/ợc đặt ra l các nh cung cấp thiết bị (bộ định tuyến, cầu), triển khai
ph/ơng pháp định tuyến dựa theo địa chỉ đích theo cách riêng của họ: một số thiết bị

Hoang trong Minh

65


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

cho phép ng/ời quản trị mạng chia sẻ l/u l/ợng, trong khi một số khác sử dụng các
tr/ờng chức năng TOS, chỉ số cổng,v..v.
Chuyển mạch nhTn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra t/ờng minh theo
nhTn, nh/ vậy cơ chế n y cho cung cấp một cách thức truyền tải l/u l/ợng qua các
nút v liên kết phù hợp với l/u l/ợng truyền tải, cũng nh/ l đặt ra các lớp l/u l/ợng
gồm các lớp dịch vụ khác nhau(dựa trên yêu cầu QoS) trên đó. Chuyển mạch nhTn
l giải pháp tốt để h/ớng l/u l/ợng qua một đ/ờng dẫn, m không nhất thiết phải
nhận to n bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích.
Định tuyến dựa trên IP (PBR) th/ờng gắn với các giao thức chuyển mạch nhTn, nh/
FR, ATM hoặc MPLS. Ph/ơng pháp n y sử dụng các tr/ờng chức năng trong tiêu đề
gói tin IP nh/:tr/ờng TOS, chỉ số cổng,nhận dạng giao thức IP hoặc kích th/ớc của
gói tin. Các tr/ờng chức năng n y cho phép mạng phân lớp dịch vụ th nh các kiểu
l/u l/ợng v th/ờng thực hiện tại các nút đầu v o mạng (thiết bị gờ mạng).
Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bit đT xử lý tại thiết bị gờ để quyết
định xử lý luồng l/u l/ợng đến, quá trình xử lý n y có thể sử dụng các kiểu h ng đợi

khác nhau v các kiểu ph/ơng pháp xếp h ng khác nhau. Định tuyến dựa trên IP
cũng cho phép ng/ời quản lý mạng thực hiện ph/ơng pháp định tuyến r ng buộc.
Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:
-Đặt các giá trị /u tiên vTo trong tiêu đề gói tin IP
-Thiết lập b/ớc kế tiếp cho gói tin
-Thiết lập giao diện ra cho gói tin
-Thiết lập b/ớc kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại h/ớng trong bảng
định tuyến
Chuyển mạch nhTn khác với các ph/ơng pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó l một kỹ
thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác, sự tồn tại của
một địa chỉ mạng đích sẽ đ/ợc xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định
tuyến để ra một đ/ờng dẫn chuyển mạch h/ơngs tới đích.Nó cũng khái quát hoá c/
cấu chuyển tiếp v trao đổi nhTn,ph/ơng pháp n y không chỉ thích hợp với các mạng
lớn nh/ ATM, chuyển mạch khung, PPP, m nó có thể thích hợp với bất kỳ một
ph/ơng pháp đóng gói n o.
Chúng ta l/u ý rằng có nhiều t i liệu chỉ ra rằng IP không có khả năng định tuyến
dựa theo chính sách v điều kiện r ng buộc, điều đó dựa trên lý do thực tế l trên
mạng internet có rất nhiều mạng v nh cung cấp dịch vụ khác nhau, v không có
một thoả thuận cụ thể n o về việc sử dụng các bit /u tiên. Đối với chuyển mạch
nhTn cũng vậy, chuyển mạch nhTn thực sự phát huy hiệu quả chỉ khi có đ/ợc thoả
thuận giữa các nh điều h nh mạng về cách thức sử dụng nhTn nh/ thế n o?.
Hoang trong Minh

66


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

3.4.2 Các th nh phần của mạng chuyển mạch nh=n
Một đặc điểm kiến trúc quan trọng của chuyển mạch nhTn l các chức năng điều

khiển lớp mạng đ/ợc tách biệt vơí hoạt động chuyển tiếp chuyển mạch nhTn. Sự
tách biệt của chức năng n y đT đ/ợc tính toán khi quyết định thiết kế.
Nó cho phép các nh cung cấp mạng kết hợp một số dịch vụ mạng hiện tại v t/ơng
lai với một cơ chế chuyển tiếp đơn giản. Nó hỗ trợ tốt các dịch vụ đặc biệt nh/ định
tuyến dựa v o đích hay định tuyến đa h/ớng, hoặc t/ờng minh định tuyến bằng cách
kết hợp chức năng định tuyến với việc thiết lập các nhTn khi phân phối chúng qua
mạng, tạo ra các đ/ờng dẫn chuyển mạch với các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối. Mặc
dù các dịch vụ có thể thay đổi nh/ng các cơ chế chuyển tiếp cơ bản l không thay
đổi. Vì vậy nếu các chức năng điều khiển lớp mạng mới đ/ợc đ/a v o thì cũng
khhong cần thiết phải đánh giá lại hoặc nâng cấp các th nh phần v thiết bị trên
đ/ờng dẫn chuyển tiếp. Một ví dụ điển hình l phiên bản IPv6 đT mở rộng không
gian địa chỉ th nh 128 bít nh/ng vẫn không có bất kì sự thay đổi n o trên đ/ờng dẫn
chuyển tiếp đT tồn tại. D/ới đây, chúng ta sẽ xem xét các th nh phần n y cùng với
một số khái niệm cơ bản trong mạng chuyển mạch nhTn.
Th;nh phần điều khiển
Th nh phần điều khiển chịu trách nhiện tạo ra v quản lý một bộ phận các nhTn tại
các thiết bị LSR. Việc tạo ra một nhTn liên quan đến việc cấp phát v gán cho một
đích cụ thể. Đích n y có thể l một địa chỉ máy chủ mạng, địa chỉ mạng, địa chỉ
nhóm đa h/ớng hoặc chỉ l các thông tin lớp mạng. Việc phân phối các nhTn đ/ợc
thực hiện bởi TDP hoặc sử dụng trên các giao thức đT tồn tại tr/ớc.
Th;nh phần chuyển tiếp
Th nh phần chuyển tiếp dùng nhTn chứa trong một gói tin v thông tin lấy từ bảng
thông tin nhTn (LIB) của từng thiết bị LSR để chuyển tiếp gói tin. Đặc biệt khi một
gói chứa nhTn th/ đ/ợc từ LSR, nhTn n y đ/ợc dùng l m khoá để xác định một thực
thể thích hợp trong bảng LIB. Một thực thể trong LIB bao gồm một nhTn đầu v o,
một nhTn đầu ra v các thông tin về liên kết hoặc đóng gói dữ liệu. Khi có yêu cầu
chuyển mạch ứng với một thực thể trong bảng LIB thì nhTn đầu v o cùng với các
thông tin liên kết khác trao đổi với nhTn đầu ra.
Để tiếp tục tìm hiểu về chuyển mạch nhTn chúng ta xem xét kỹ hơn về khái niệm
nhTn. NhTn đ/ợc định nghĩa l một thực thể có độ d i cố định không có cấu trúc

nội. Một nhTn không mT hoá trực tiếp bất kỳ một thông tin n o từ tiêu đề lớp mạng.
Ví dụ, nhTn không mT hoá trực tiếp địa chỉ mạng (kể cả địa chỉ nguồn v địa chỉ
đích). Vì vậy, nhTn không phải l địa chỉ. NhTn có thể mang giá trị l VPI hoặc VCI
trong tế b o ATM hoặc tiêu đề DLCI trong PDU của chuyển tiếp khung hoặc shim

Hoang trong Minh

67


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

tag trong một gói cua chuyển mạch nhTn(ở chuyển mạch nhTn thì shim tag đ/ợc
chèn v o phần thông tin về địa chỉ hoá giữa lớp 2 hoặc lớp 3). Chúng ta sẽ xem xét
cấu trúc của nhTn trong phần sau.
Chuyển mạch nhDn
Bao gồm kiến trúc, các giao thức v các thủ tục để gán các thông tin lớp mạng v o
các nhTn v chuyển tiếp gói sử dụng cơ cấu trao đổi nhTn.
Bộ định tuyến chuyển mạch nhDn (LSR).
Thiết bị chuyển tiếp chạy theo các giao thức định tuyến Unicast v Multicast tiêu
chuẩn có thể chuyển tiếp gói tại lớp 3, có cơ cấu chuyển tiếp, trao đổi nhTn đ/ợc
điều khiển bằng phần cứng cũng nh/ phần mềm. Mọt LSR có thể phân phối nhTn
liên kết giữa các thiết bị LSR lân cận hoặc bên trong các thiết bị LSR. LSR có nhTn
l các bộ Router truyền thống, các chuyển mạch ATM, hoặc thiết bị có thể thực
hiện hai chức năng trên.
Bộ định tuyến biên chuyển mạch nhDn (LER)
Một LER đ/ợc đặt ở cổng v o hoặc cổng ra của mạng LSR. Nó có khả năng cấp
phát nhTn cho cổng đầu v o hoặc cổng đầu ra v có thể thực hiện chuyển tiếp tại lớp
3 & chạy theo giao thức định tuyến tiêu chuẩn Multicast v Unicast. Chức năng của
LER l gán nhTn cho gói đầu v o (tr/ớc đó ch/a đ/ợc gán nhTn) v loại bỏ nhTn

cho gói tại cổng ra (gói đT đ/ợc gán nhTn).
Giao thức phân bổ nhDn
LSR sử dụng LDP l giao thức điều khiển cơ sở để phân phối v gán nhTn. Bản tin
LDP chỉ thay đổi khi xảy ra sự thay đổi giữa các node ngang h ng hoặc node liền kề
nó trong mạng chuyển mạch nhTn.
Ngăn xếp nhDn
Một trong những điều thú vị khi đ/a ra chuyển mạch nhTn đó l ngăn xếp nhTn. Đó
l kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP. Nó cho phép một gói có thể mang nhiều
hơn một nhTn. Nó đ/ợc cung cấp bởi việc đ/a v o một nhTn mới (mức 2) bên trên
nhTn đT tồn tại (mức 1), gói đ/ợc chuyển tiếp qua mạng dựa trên cơ sở các nhTn ở
mức 2, sau khi qua mạng n y thì nhTn mức 2 bị loại ra v việc chuyển tiếp n y hoạt
động dựa trên các nhTn mức 1.
Lớp chuyển tiếp t5ơng đ5ơng(FEC)
Một FEC l một luồng các gói với các đặc điểm chung m nó có thể chuyển tiếp
một cách t/ơng tự qua mạng. Cho mục đích chuyển mạch nhTn, một FEC có thể
đ/ợc sắp xếp để thiết lập nhTn dọc theo đ/ờng dẫn của bộ định tuyến. Chẳng hạn tất
cả các gói có cùng địa chỉ prefix(đích) có thể đ/ợc xem nh/ l một FEC đơn h/ớng
v vì vậy có thể vạch ra biên giới đến nhTn đơn h/ơngs trong quá trình gán nhTn.

Hoang trong Minh

68


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Đ5ờng dẫn chuyển mạch nhDn (LSP)
Đ/ờng dẫn chuyển mạch từ đầu v o tới đầu ra đ/ợc tạo th nh bằng cách cấp phát
một FEC cùng với việc thiết lập các nhTn xuyên qua một v i thiết bị LSR.
Tái sử dụng(Piggybacking)

Chuyển mạch nhTn có thể cho phép các nhTn đ/ợc phân phối sử dụng các giao thức
điều khiển đang tồn tại nh/ RSVP v PIM gọi l Piggyback.
3.4.3 Th nh phần chuyển tiếp gói tin
Thuật toán sử dụng trong th nh phần chuyển tiếp chuyển mạch nhTn để tạo ra quyết
định chuyển tiếp dựa trên hai nguồn thông tin chính: bảng chuyển tiếp trong bộ định
tuyến chuyển mạch nhTn (LSR) v nhTn trong gói tin chuyển tiếp.
Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhTn nằm trong bộ định tuyến chuyển mạch nhTn
gồm một dTy các khoản mục(entry). Mỗi một entry gồm một nhTn đầu v o v nhiều
mục từ phụ, trong mục từ phụ chứa một nhTn đầu ra, giao diện ra v địa chỉ b/ớc kế
tiếp. Các mục từ phụ trong cùng một mục từ có thể có cùng hoặc khác nhTn đầu ra,
nhất l đối với các đầu nối multicast- với cùng một đầu v o v cần phải chuyển ra
nhiều giao diện khác nhau.
NhTn v o
NhTn v o

Subentry1
NhTn ra
Giao diện ra
Địa chỉ kế tiếp

Subentry2
NhTn ra
Giao diện ra
Địa chỉ kế tiếp

Hình 3.6 entry trong bảng chuyển tiếp
Bảng chuyển tiếp đ/ợc đánh chỉ số bởi giá trị trong nhTn đầu v o, vì vậy nhTn v o
có thứ tự N sẽ nằm trong mục từ N của bảng chuyển tiếp. Để có các thông tin điều
khiển các gói tin chuyển tiếp tới nút kế tiếp, trong mục từ phụ chứa một số thông tin
liên quan tới nguồn t i nguyên m gói sử dụng, ví dụ nh/ giao diện ra m gói tin sẽ

đ/ợc chuyển tới.
LSR có thể duy trì hai kiểu bảng chuyển tiếp: bảng chuyển tiếp đơn cho to;n bộ bộ
định tuyến v; các bảng chuyển tiếp gắn liền với các giao diện; trong kiểu thứ hai
quá trình xử lý không chỉ thực hiện trên các gói m còn trên các giao diện gói tin
tới. Một bộ định tuyến chuyển mạch nhTn có thể sử dụng một trong hai kiểu bảng
định tuyến hoặc tổ hợp cả hai.
NhTn đ/ợc đặt trong gói tin cần chuyển qua chuyển mạch nhTn có thể thực hiện
theo nhiều cách tuỳ thuộc v o công nghệ lớp liên kết. ATM v chuyển mạch khung
FR có thể mang các nhTn nh/ một phần m o đầu của lớp liên kết. Đặc biệt, với

Hoang trong Minh

69


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

ATM, nhTn có thể mang cả trong tr/ờng VPI v VCI của tiêu đề ATM, còn đối với
FR, nhTn có thể mang trong tr/ờng DLCI của m o đầu khung FR.

Tiêu đề
lớp liên kết

Tiêu đề nhãn
Shim

Tiêu đề
lớp mạng

Dữ liệu

lớp mạng

Hình 3.6:Mang nhDn trong tiêu đề Shim
Ph/ơng pháp mang nhTn nh/ một phần của tiêu đề lớp liên kết, cho phép chuyển
mạch nhTn chỉ thực hiện trên một số công nghệ lớp hai chứ không phải to n bộ công
nghệ lớp mạng. Vì vậy, một ph/ơng pháp hỗ trợ chuyển mạch nhTn trên các công
nghệ lớp liên kết khi tiêu đề lớp liên kết không mang trực tiếp nhTn, đ/ợc thông qua
một nhTn nhỏ shim. Shim đ/ợc chèn v o giữa tiêu đề lớp mạng v lớp liên kết dữ
liệu, vì vậy nó có thể sử dụng với bất kỳ công nghệ mạng lớp liên kết n o (xem hình
3.6). Sử dụng shim cho phép chyển mạch nhTn hoạt động trên các công nghệ
mạng khác nhau nh/: Ethernet, FDDI, token ring, các liên kết PPP, v. .v.
Thuật toán chuyển tiếp chuyển mạch nhDn
Thuật toán chuyển tiếp nhTn đ/ợc thực hiện trong th nh phần chuyển tiếp của
chuyển mạch nhTn dựa trên quá trình tráo đổi nhTn swapping. Thuật toán nh/ sau:
Khi một LSR nhận đ/ợc một gói, bộ định tuyến tách nhTn từ gói tin v sử dụng nó
nh/ một chỉ số để truy nhập tới bảng chuyển tiếp. Một khi mục từ đánh số bởi nhTn
đ/ợc tìm thấy (mục từ n y có nhTn v o t/ơng tự nh/ nhTn tách ra khỏi gói). Mỗi
một mục từ phụ của một mục từ tìm đ/ợc sẽ thay thế nhTn v o bằng nhTn ra v gửi
gói tin tới giao diện ra theo h/ớng của b/ớc kế tiếp đ/ợc đặt trong mục từ phụ n y.
Nếu mục từ chỉ tới h ng đợi đầu ra thì bộ định tuyến sẽ chuyển gói tin v o trong
h ng đợi đó. Tr/ờng hợp chúng ta vừa xét trên đây đ/ợc thực hiện trên đơn bảng
chuyển tiếp. Trong tr/ờng hợp đa bảng chuyển tiếp gắn kết với các giao diện của bộ
định tuyến, thì các thủ tục vẫn t/ơng tự, chỉ thay đổi nhỏ tại b/ớc đầu tiên, ngay khi
bộ định tuyến nhận đ/ợc gói tin, LSR sử dụng chính giao diện đó để lựa chọn bảng
chuyển tiếp sẽ đ/ợc sử dụng để xử lí gói. Nếu chúng ta đT từng quen thuộc với công
nghệ ATM thì rất dễ d ng nhận ra rằng thuật toán chuyển tiếp các tế b o trong
tr/ờng chuyển mạch ATM cũng t/ơng tự nh/ vậy. Đây cũng chính l một h/ớng
tiếp cận của chuyển mạch nhTn, tuy rằng đó không phải l tất cả.
Một nhTn luôn luôn mang ý nghĩa chuyển tiếp v cũng có thể mang ý nghĩa d nh
tr/ớc t i nguyên. NhTn mang ý nghĩa chuyển tiếp l vì trong một gói tin xác định

đơn nhất một entry trong bảng chuyển tiếp đ/ợc duy trì bởi bộ định tuyến, v vì
entry chứa thông tin về nơi m gói tin sẽ đ/ợc chuyển tới. Một nhTn có thể tuỳ chọn
Hoang trong Minh

70


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

cho xử lý d nh trứơc t i nguyên, bởi vì entry đ/ợc xác định bởi nhTn có thể tuỳ chọn
thông tin liên quan tới t i nguyên m gói tin cần sử dụng, nh/ l h ng đợi m gói tin
sẽ đ/ợc đặt v o đó. Khi nhTn mang trong tiêu đề của ATM hoặc FR, nhTn mang cả
hai ý nghĩa chuyển tiếp v d nh tr/ớc t i nguyên. Khi nhTn mang trong tiêu đề
shim, các thông tin liên quan tới t i nguyên sử dụng có thể mT hoá nh/ một phần
của tiêu đề, vì thực chất của tiêu đề shim chỉ mang ý nghĩa chuyển tiếp. Một lựa
chọn khác đ/ợc đ/a ra nhằm sử dụng cả th nh phần nhTn v không phải l nhTn của
shim cho việc mT hoá thông tin, nh/ vậy, nhTn sẽ mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp
v d nh tr/ớc t i nguyên.
Tính đơn giản của thuật toán chuyển tiếp trong chuyển mạch nhTn sử dụng th nh
phần chuyển tiếp nhTn nhằm mục đích thực hiện các thuật toán n y trên phần cứng,
vì vậy nó cho phép hiệu năng chuyển tiếp tăng lên m không yêu cầu các phần cứng
phức tạp v đắt.
Một đặc tính quan trọng của thuật toán chuyển tiếp sử dụng chuyển mạch nhTn l
LSR có thể thu đ/ợc tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin cũng nh/ l
quyết định t i nguyên n o m gói tin có thể sử dụng trong một lần truy nhập bộ nhớ.
Điều n y đ/ợc thực hiện bởi (a) một entry trong bảng chuyển tiếp chứa tất cả các
thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin v t i nguyên gói tin cần sử dụng. (b) nhTn
trong gói tin cung cấp chỉ số tới entry trong bảng chuyển tiếp sẽ đ/ợc sử dụng để
chuyển tiếp gói tin. Khả năng thu nhận cả hai thông tin trong một lần truy nhập bộ
nhớ sẽ l m cho chuyển mạch nhTn thực sự l một công nghệ có hiệu năng chuyển

tiếp cao.
Một vấn đề nữa m chúng ta cần hiểu rõ, l khi sử dụng chuyển tiếp trao đổi nhTn tổ
hợp với khả năng mang nhTn trên một miền rộng của các công nghệ lớp liên kết có ý
nghĩa quan trọng- rất nhiều thiết bị khác nhau có thể sử dụng nh/ bộ định tuyến
chuyển mạch nhTn LSR. Ví dụ,việc mang nhTn trong tiêu đề của ATM cho phép
tr/ờng chuyển mạch ATM hoạt động nh/ l một LSR m không phải thay đổi các
chức năng chuyển mạch phần cứng cơ bản, các vấn đề còn lại sẽ đ/ợc xử lí tại phần
mềm điều khiển. T/ơng tự nh/ vậy, trong tiêu đề shim đ/ợc mô tả trên đây, shim
đặt tại vị trí m hầu hết các bộ định tuyến đều xử lí đ/ợc bằng phần mềm, v nh/
vậy bộ định tuyến cũng trở th nh bộ định tuyến chuyển mạch nhTn LSR.
Thuật toán chuyển tiếp đơn
Trong kiến trúc của các bộ định tuyến thông th/ờng, các chức năng khác nhau đ/ợc
cung cấp bởi th nh phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến multicast,
unicast với kiểu dịch vụ) yêu cầu nhiều thuật toán trong th nh phần chuyển
tiếp.(Xem trên hình 3.7 ).

Hoang trong Minh

71


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Chức năng
định tuyến

Định tuyến
unicast

Định tuyến

unicast với
kiểu dich vụ

Định tuyến
multicast

Thuât toán
chuyển tiếp

Tìm kiếm
địa chỉ đích

Tìm kiếm
địa chỉ đích
theo kiểu
dịch vụ

Tìm kiếm
trên cơ sở
địa chỉ
nguồn, đích,
giao diện
đến

Hình 3.7: Các chức năng định tuyến trong bộ định tuyến
Đối với các bộ định tuyến thông th/ờng, khi bộ định tuyến thực hiện chuyển tiếp
các gói tin unicast, nó yêu cầu một quá trình tìm kiếm địa chỉ đích có tiền tố d i dựa
trên địa chỉ đích lớp mạng, nếu đó l chuyển tiếp multicast thì các địa chỉ nguồn v
giao diện ra sẽ đ/ợc thêm v o l m cơ sở cho quá trình xử lý chuyển tiếp gói tin. Nh/
vậy, thời gian sử dụng cho quá trình tìm kiếm địa chỉ IP sẽ tăng lên rất nhanh khi số

l/ợng địa chỉ tăng lên kéo theo kích th/ớc của bảng định tuyến . Một h/ớng tiếp cận
để giải quyết vấn đề n y l sử dụng các thuật toán hợp lý trong việc tìm kiếm địa chỉ
có tiền tố d i nhất để l m giảm số lần tính toán, tối /u hoá tìm kiếm trên cây nhị
phân thông qua các h m trọng số [3].
Chức năng
định tuyến

Định tuyến
unicast

Định tuyến
unicast với
kiểu dich vụ

Thuât toán
chuyển tiếp

Định tuyến
multicast

Trao đổi nhTn

Hình 3.8:Kiến trúc chuyển mạch nhDn
Ng/ợc lại, th nh phần chuyển tiếp trong chuyển mạch nhTn có một số l/ợng nhỏ các
thuật toán chuyển tiếp phức tạp, th nh phần chuyển mạch nhTn th/ờng gồm chỉ một
thuật toán dựa trên hoạt động trao đổi nhTn.(Xem trên hình 3.8).
Đây l một điều rất quan trọng để chúng ta phân biệt chuyển mạch nhTn v các kiến
trúc định tuyến thông th/ờng. Khả năng hỗ trợ một miền rộng lớn các chức năng
định tuyến trên cùng một thuật toán chuyển tiếp gói đơn nhất l một yếu tố quan
trọng của chuyển mạch nhTn v hiệu quả hơn hẳn đối với kiến trúc định tuyến thông

th/ờng (thuật toán sử dụng nhiều bảng chuyển tiếp). Chúng ta sẽ xem xét cụ thể v o
ch/ơng sau.

Hoang trong Minh

72


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Th;nh phần chuyển tiếp hỗ trợ đa giao thức
Nh/ phần trên đT đề cập, chúng ta dễ d ng nhận thấy trong th nh phần chuyển tiếp
nhTn có hai vấn đề quan trọng. Một l , th nh phần chuyển tiếp nhTn không gắn chặt
với lớp mạng cụ thể n o, trên cùng một th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể gắn với
IP, IPX, Apple talk. Hai l , th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể kết hợp với bất kỳ
giao thức lớp liên kết n o. Vì vậy, chuyển mạch nhTn l giải pháp đa giao thức.
Các đặc tính của th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể tổng kết nh/ sau:
Th nh phần chuyển tiếp nhTn sử dụng thuật toán chuyển tiếp đơn dựa trên
hoạt động trao đổi nhTn.
NhTn mang trong gói tin l một thực thể có độ d i cố định, không có cấu
trúc v mang ý nghĩa chuyển tiếp v d nh tr/ớc t i nguyên.
Th nh phần chuyển tiếp nhTn không đặt r ng buộc trực tiếp tới các lớp
chuyển tiếp t/ơng đ/ơng m thông qua nhTn.
Th nh phần chuyển tiếp nhTn có thể hỗ trợ các giao thức lớp mạng cũng
nh/ các giao thức lớp liên kết dữ liệu.
3.4.4 Th nh phần điều khiển
Nh/ chúng ta đT đề cập trên đây, các th nh phần chuyển tiếp gói v điều khiển
không chỉ áp dụng đối với kiến trúc định tuyến thông th/ờng m còn áp dụng đối
với chuyển mạch nhTn. Trong phần n y chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số khái
niệm cơ bản liên quan tới th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn.

Th nh phần điều khiển của chuyển mạch nhTn có nhiệm vụ:
(a) Phân bổ thông tin định tuyến giữa các LSR
(b)Thực hiện các thủ tục chuyển đổi các thông tin định tuyến v o bảng
chuyển tiếp nằm tại th nh phần chuyển tiếp.
Giống nh/ th nh phần điều khiển của bất kỳ một hệ thống định tuyến n o, th nh
phần điều khiển chuyển mạch nhTn phải cung cáp thông tin định tuyến t/ờng minh
giữa các LSR, trên cơ sở thông tin định tuyến , bộ định tuyến thiết lập các thủ tục để
tạo ra các bảng chuyển tiếp dựa trên các thông tin n y.Trong thực tế, th nh phần
điều khiển chuyển mạch nhTn sử dụng tất cả các giao thức định tuyến trong các bộ
định tuyến thông th/ờng (OSPF, BGP, PIM, v..v.). Có thể coi nh/ cấu trúc định
tuyến chuyển mạch nhTn có một tập nhỏ thuộc về bộ định tuyến thông th/ờng.
Tuy nhiên, th nh phần điều khiển của bộ định tuyến thông th/ờng không hỗ trợ một
cách ho n to n hiệu quả đối với chuyển mạch nhTn, bởi vì kiến trúc định tuyến
thông th/ờng không thích hợp để tạo ra các bảng chuyển tiếp trên cơ sở của th nh
phần chuyển tiếp chuyển mạch nhTn, lý do l trong th nh phần bảng chuyển tiếp

Hoang trong Minh

73


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

chứa hoạt động tráo đổi nhTn v các b/ớc kế tiếp. Để hỗ trợ đầy đủ, chúng ta xem
xét các thủ tục m LSR phải thực hiện:
a. Tạo ra liên kết r ng buộc giữa nhTn v lớp chuyển tiếp t/ơng đ/ơng (FEC)
b. Thông tin tới các LSR khác về liên kết r ng buộc n y
c. Sử dụng cả (a) v (b) để xây dựng v duy trì bảng chuyển tiếp
Cấu trúc chung của th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn chỉ ra trên hình 3.9
d/ới đây.

Các giao thức định
tuyến lớp mạng

Thủ tục tạo liên
kết giữa nhTn v
FEC

Thủ tục phân bổ
thông tin về nhTn
liên kết nhTn đT tạo

Duy trì bảng chuyển tiếp

Hình 3.9: Th;nh phần điều khiển chuyển mạch nhDn
Các giao thức lớp mạng cung cấp cho các LSR thông tin về sự sắp xếp các FEC v
các địa chỉ b/ớc kế tiếp. Các thủ tục tạo liên kết nhTn v phân bổ thông tin tới các
LSR về thông tin liên kết nhTn v FEC. Hình 3.10 d/ới đây mô tả hai kiểu liên kết
nhTn để tạo ra bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhTn.
Các giao thức định
tuyến lớp mạng

Thủ tục tạo liên kết
giữa nhTn v FEC

Sắp xếp FEC
v o b/ớc kế tiếp

Thủ tục phân bổ thông
tin về nhTn liên kết
nhTn đT tạo

Sắp xếp FEC v o nhTn

Duy trì bảng chuyển tiếp

Hình 3.10:Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhDn.
Chúng ta nhớ rằng mỗi mục từ trong bảng chuyển tiếp chứa một nhTn đầu v o v
một hoặc nhiều nhTn đầu ra. T/ơng ứng với hai loại nhTn trong bảng chuyển tiếp,
th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn cung cấp hai kiểu kiên kết ghép nhTn.
Kiểu thứ nhất đ/ợc thực hiện trực tiếp trên LSR, v kiểu thứ hai (từ xa) đ/ợc thực
hiện trên các LSR khác. Th nh phần điều khiển chuyển mạch nhTn sử dụng liên kết
nhTn trực tiếp đối với các nhTn đầu v o, v gián tiếp (từ xa) đối với các nhTn đầu ra,
hoặc ng/ợc lại, gọi l liên kết nhTn downstream v upstream.

Hoang trong Minh

74


Ch ơng 3: Chuyển mạch IP và chuyển mạch nhãn

Liên kết nhTn downstream thực hiện liên kết nhTn với luồng FEC thực tế m gói tin
nằm trên đó, đ/ợc tạo ra bởi LSR đặt nhTn v o gói tin. Các thông tin liên kết nhTn
ng/ợc h/ớng với chiều của các gói tin.
Liên kết nhTn upstream thực hiện liên kết nhTn với luồng FEC thực tế m gói tin
nằm trên đó, đ/ợc tạo ra cùng LSR đặt nhTn v o gói tin. Các thông tin liên kết nhTn
cùng chiều với chiều của các gói tin.

Gói tin có nhTn X

Thông tin liên
kết nhTn X

Gói tin có nhTn
Y

Thông tin liên
kết nhTn Y

DOWNSTREAM

UPSTREAM

Hình 3.11:Liên kết nhDn downstream v; upstream
Trên hình 3.11 minh hoạ liên kết nhTn downstream v upstream, chúng ta dễ d ng
nhận thấy rằng; trong tr/ờng hợp downstream, liên kết đ/ợc tạo ra tại phía cuối của
kết nối downstream;trong tr/ờng hợp upstream liên kết đ/ợc tạo ra tại cuối của kết
nối upstream .
Bộ định tuyến chuyển mạch nhTn LSR th/ờng duy trì một số nhTn tự do(nhTn
không liên kết) trong ngăn xếp nhTn. Khi LSR khởi tạo lần đầu tiên các nhTn n y
đ/ợc sử dụng cho liên kết nhTn trực tiếp, số l/ợng nhTn n y chỉ ra khả năng liên kết
nhTn đồng thời của LSR. Khi bộ định tuyến tạo ra liên kết nhTn mới, các nhTn sẽ
đ/ợc lấy ra từ ngăn xếp nhTn v khi huỷ bỏ liên kết các nhTn sẽ đ/ợc trả lại cho lần
sử dụng tiếp theo.
Chú ý rằng, bộ định tuyến chuyển mạch nhTn có hai dạng bảng chuyển tiếp, chuyển
tiếp đơn v đa bảng chuyển tiếp. T/ơng ứng với hai kiểu n y, bộ định tuyến chuyển
mạch nhTn sẽ có một hoặc nhiều ngăn xếp chứa nhTn.
Tạo v; huỷ bỏ liên kết nhDn
Bộ định tuyến chuyển mạch nhTn LSR tạo v huỷ bỏ liên kết nhTn với lớp chuyển
tiếp t/ơng đ/ơng FEC dựa trên tác động từ gói tin chuyển tiếp v thông tin điều

khiển (ví dụ, cập nhật thông tin định tuyến OSPF, bản tin RSPV,v..v.).Quá trình tạo
v huỷ bỏ liên kết nhTn v khi có tác động từ phía gói tin chuyển tiếp đ/ợc gọi l
quá trình liên kết nhTn h/ớng dữ liệu data-driven. Quá trình tạo v huỷ bỏ liên kết
nhTn d/ới tác động của thông tin điều khiển đ/ợc gọi l h/ớng điều khiển controldriven. Bộ định tuyến chuyển mạch nhTn (LSR) hỗ trợ một miền rộng các tiếp cận

Hoang trong Minh

75