Tài liệu đồ án công nghệ chuyển mạch IP, chương 8 pptx

CHƯƠNG 8
CHUY
ỂN MẠCH IP
Chuyển mạch IP là một cơ chế và tập các giao thức sử dụng
chuyển mạch lớp 2 để tăng tốc độ chuyển tiếp gói IP qua mạng.
Hầu hết các giải pháp chuyển mạch IP đều sử dụng chuyển mạch
lớp 2 là chuyển mạch ATM tuy nhiên cũng có thể có một số kỹ
thuật chuyển mạch lớp 2 khác như Frame Relay hay Tag
Switching.
3.1 Định nghĩa và các thuật ngữ
Như đã đề cập ở trên, chuyển mạch IP sử dụng chuyển mạch
lớp 2 như là một cơ chế chuyển tiếp các gói IP xuyên qua một
mạng. Ưu điểm của nó là có thời gian chuyển mạch nhanh và băng
thông lớn. Tuy nhiên, chuyển mạch IP cũng cần có giai đoạn thực
hiện xử lý lớp 3 (Lớp mạng). Do vậy, có thể nói chuyển mạch IP là
s
ự kết hợp giữa chuyển mạch lớp 2 và quá trình định tuyến, chuyển
tiếp lớp 3 để chuyển tiếp gói tin qua mạng.
3.1.1 Chuyển mạch IP
Chuyển mạch IP là một thiết bị hoặc hệ thống có thể chuyển
tiếp gói tin IP lớp 3 (lớp mạng) cũng như có cơ chế cho phép
chuyển mạch tại lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu). Do vậy, chuyển mạch
IP phải có khả năng phân loại gói tin thành gói tin được chuyển
tiếp tại lớp 3 hay được chuyển mạch tại lớp 2 và tái điều khiển một
bộ phận hoặc tất cả gói tin truyền qua đường chuyển mạch lớp 2
đó. Hầu hết các bộ chuyển mạch IP sử dụng cơ cấu chuyển mạch
ATM nhưng cũng có một số sử dụng cá
c kỹ thuật lớp 2 khác như
chuyển mạch thẻ của Cisco, chuyển mạch thẻ đa giao thức (MPLS)
của IEEF.
Hình 3.1 Thiết bị chuyển mạch IP

(a) Thiết bị chuyển mạch IP, (b): thiết bị chuyển mạch IP ảo
Hiện nay người ta sử dụng 2 cơ cấu chuyển mạch IP như
hình vẽ 3.1. Trong đó điểm điều khiển giao thức định tuyến (IPCP)
trong cả hai cơ chế đều chạy các giao thức định tuyến điển hình
như RIP, OSPF, BGP,... để cung cấp đường định tuyến lớp 3 mặc
định. IPCP có thể giao tiếp một cách trực
tiếp (kiểu a) hoặc gián
tiếp (kiểu b) với các thành phần chuyển mạch để tái định hướng
các gói tin IP qua các thành phần chuyển mạch. Tương tự như
chuyển mạch ATM thông thường, các bộ chuyển mạch sử dụng
một bảng kết nối gồm các cổng đầu vào, thẻ đầu vào, cổng đầu ra,
thẻ đầu ra tương ứng. Trong hình vẽ, sơ đồ a gọi là chuyển mạch
IP và sơ đồ b gọi l
à chuyển mạch IP ảo. Hai kiểu này phân biệt bởi
các điểm khác nhau sau:
Thứ nhất là khác nhau ở phạm vi của đường chuyển mạch
lớp 2. Với chuyển mạch IP thì đường chuyển mạch lớp 2 bao gồm
các thiết bị chuyển mạch IP riêng lẻ và các thiết bị chuyển mạch đó
hoạt động dưới sự điều khiển trực tiếp của một IPCP tương ứng.
Để thiết lập đường chuyển mạch xuyên suốt (End-to-End) thì các
b
ộ chuyển mạch IP này phải “bắt tay” nhau cùng cộng tác. Nhưng
đối với kiểu chuyển mạch IP ảo, một đường chuyển mạch xuy
ên
su
ốt được xây dựng bởi một chuỗi các thành phần chuyển mạch IP
nhưng dưới sự điều khiển của một IPCP duy nhất.
Thứ hai, khác nhau ở vị trí của các “cổng” vào bộ chuyển
mạch. Đối với cấu hình a, các cổng vào và ra của hệ thống chuyển
mạch ở cùng trong một hệ thống còn ở cấu hình kiểu b, thì có thể ở

trên cùng hoặc không cùng một thiết bị chuyển mạch.
Thứ ba, khác nhau ở kiểu sử dụng các giao thức định tuyến
và báo hiệu ATM UNI/PNNI. Trong kiểu chuyển mạch IP, dựa
vào cấu hình mạng IP và các giao thức định tuyến để lựa chọn một
đường dẫn chuyển tiếp xuy
ên qua mạng và sau đó sử dụng giao
thức điều khiển đặc biệt để trao đổi với nhau và các chuyển mạch
IP lân cận nhau sẽ thực hiện cơ chế ánh xạ đường chuyển mạch
xuyên suốt đó thành đường chuyển mạch lớp 2. Còn trong kiểu
chuyển mạch IP ảo, sử dụng các giao thức điều khiển đặc biệt để
khởi đầu chu trình nhưng dựa trên cấu hình mạng ATM, các giao
thức định tuyến và báo hiệu để lựa chọn và xây dựng các đường
chuyển mạch lớp 2. Trong trường hợp này phải sử dụng các giao
thức định tuyến và báo hiệu ATM UNI/PNNI.
Cần phải lưu ý rằng, một bộ chuyển mạch IP có khả năng
chạy các giao thức ATM trong một hệ thống xuyên suốt hoặc trong
các đoạn chuyển mạch. Báo hiệu UNI của bộ chuyển mạch IP và
tính năng quản trị VC được sử dụng nếu nếu hai thiết bị chuyển
mạch IP muốn liên lạc xuyên qua một mạng các thiết bị chuyển
mạch ATM trung gian.
3.1.2 Đầu vào và đầu ra của chuyển mạch IP
Một hệ thống chuyển mạch IP cung cấp chuyển phát và định
tuyến lớp 3 mặc định và các dịch vụ lớp 2 được tăng tốc. Lợi ích
của các dịch vụ này có thể là các dịch vụ độc lập hoặc một nhóm
người sử dụng trong một đoạn LAN, trong một mạng hay một đích
được chia sẻ. Cần
có một cách để vào và ra hệ thống chuyển mạch
IP, để có thể quyết định ai có thể thu các dịch vụ chuyển mạch IP.
Các thành phần vào (ingress) và ra (egress) phục vụ cho yêu cầu
này, chúng được đặt tại sườn của hệ thống chuyển mạch IP.

Một thành phần vào/ra có thể bao gồm một đoạn mã chạy
trong một máy tính hay một chức năng được bổ sung trong một
thiết bị sườn đang tồn tại hoặc một router hay một “hộp đen” đặc
biệt nào đó.
Các chức năng quan trọng của các thành phần vào/ra của
chuyển mạch IP:
- Cung c
ấp việc phát chuyển tiếp IP mặc định thông thường
cho lưu lượng v
ào và ra khỏi mạng
- Cung cấp các phương tiện bien dịch (Ví dụ: Ethernet to
ATM,...) phục vụ cho các gói vào và ra khỏi hệ thống chuyển
mạch IP
- Tham gia vào các thủ tục điều khiển để thiết lập, duy trì và
xóa b
ỏ một đường chuyển mạch lớp 2 giữa đầu vào và đầu ra
tương ứng.
- Tại đầu vào, phân loại các gói thích hợp và sau đó chuyển
chúng vào đường chuyển mạch lớp 2. Cách giải quyết chung l
à
ki
ểm tra một số trường trong tiêu đề gói để quyết định liệu các gói
có nên đặt v
ào trong một đường chuyển mạch hay không, nếu được
thì kiểm tra một bảng định tuyến chuẩn, gắn thẻ cho gói. Còn trong
trường hợp là một hệ thống chuyển mạch ATM thì phân mảnh và
truy
ền qua một kết nối ảo.
- Tại đầu ra, nhận các gói qua đường chuyển mạch lớp 2 và
th

ực hiện các thủ tục chuyển tiếp IP chuẩn khi các gói ra khỏi hệ
thống chuyển mạch IP
Khái niệm đầu vào và đầu ra một chuyển mạch IP được chỉ
ra trong hình 3.2:
Gi
ả thiết ở trên rằng hệ thống chuyển mạch IP đã quyết định
một số gói được chuyển tiếp qua một đường chuyển mạch lớp 2 và
L3
L2
Chuyển tiếp L3
Chuyển mạch L2
a)
L2
L3
Chuyển tiếp L3
b)
Hình 3.2: Chuyển mạch IP với chức năng đầu vào (a) và đầu ra (b)