Tài liệu đồ án công nghệ chuyển mạch IP, chương 12 pdf

CHƯƠNG 12
CHUY
ỂN MẠCH THẺ CỦA CISCO
4.1 Giới thiệu chuyển mạch thẻ
Vào năm 1996, Cisco đã đề xuất một giải pháp mới cho
chuyển mạch IP, giải pháp này phù hợp cho việc tích hợp giữa bộ
định tuyến v
à chuyển mạch. áp dụng sự phân loại từng luồng và sự
ánh xạ địa chỉ để thiết lập các đường tắt (Là đường chuyển mạch
lớp 2) động, chuyển mạch thẻ, sử dụng các thông tin giao thức
điều khiển để đặt luồng lưu lượng IP lên đường dẫn chuyển mạch.
Chuyển mạch thẻ mang thông tin về giao thức định tuyến (như địa
chỉ mạng đích) và phân phối các thẻ đã được liên kết với các luồng
thích hợp tại các thiết bị thực hiện dọc theo đường dẫn. Các gói tin
tới một đích cụ thể được thêm vào thẻ thích hợp và chuyển tiếp
qua mạng chuyển mạch thẻ dựa trên nội dung của thẻ. Chuyển
mạch thẻ thay thế việc tìm kiếm các đường định tuyến cho gói tin
trong các bảng định tuyến tiêu chuẩn (rất lớn) tại lớp 3 bằng việc
tìm kiếm đường chuyển mạch lớp 2 trong bảng thông tin về thẻ (có
kích thước rất nhỏ, cấu tạo đơn giản).
Chuyển mạch thẻ hoạt động dựa trên một thiết bị được gọi là
b
ộ định tuyến chuyển mạch thẻ (TSR). Một TSR cung cấp các giao
thức định tuyến tiêu chuẩn đơn hướng (unicast) và đa hướng
(multicast) ví dụ như: OSPF, PIM và có thể khả năng chuyển tiếp
lưu lượng IP theo một đường định t
uyến mặc định. Ngoài ra
chuy
ển mạch thẻ sử dụng thêm một giao thức điều khiển nữa là
giao th
ức phân phối thẻ(TDP), giao thức này được các thiết bị TSR

sử dụng để phân phối ánh xạ địa chỉ mạng - thẻ tương ứng (Prefix-
to-label) gọi là quá trình liên kết thẻ. Bằng cách gán các thẻ cho
các luồng tại mỗi thiết bị TSR, chuyển mạch thẻ thiết lập được các
đường chuyển mạch lớp 2. Khi một gói tin đến một TSR, thông tin
về thẻ trong tiêu đề của gói tin được dùng để tìm kiếm một thực
thể thích hợp trong bảng thông tin về thẻ tại TSR đó, sau đó TSR
dùng phương pháp “tráo thẻ” v
à truyền gói tin với thẻ mới đến
thiết bị TSR tiếp theo.
Chuyển mạch thẻ thuộc kiểu giải pháp hướng cấu hình, nghĩa
là đường chuyển mạch tồn tại trước khi có luồng lưu lượng thật sự
được truyền đến v
à nó sẽ chuyển mạch tất cả các luồng đến mạng
chuyển mạch thẻ.
4.2 Kiến trúc của chuyển mạch thẻ
Kiến trúc của chuyển mạch thẻ có thể được mô tả từ các
phương diện khác nhau. Trên phương diện lý thuyết, chuyển mạch
thẻ được thiết kế để tăng hiệu năng và khả năng phục vụ của một
hệ thống định tuyến qui mô lớn. Bởi vì trên thực tế, một bộ định
tuyến chính trong mạng ISP lớn, tại một thời điểm có thể có hàng
trăm thậm chí hàng ngàn luồng lưu lượng khác nhau truyền qua mà
các lu
ồng lưu lượng này có cùng một đích đến với một địa chỉ
mạng đích mà bộ định tuyến biết. Phân phối các thẻ cho tất cả các
bộ định tuyến để tăng tốc độ chuyển tiếp cho tất cả các gói tin
được định tuyến qua hệ thống l
à một kỹ thuật đơn giản nhưng có
hiệu năng rất lớn. Mặt khác, quá trình sinh thẻ và phân phối thẻ
không phụ thuộc vào các luồng dữ liệu cụ thể mà nó được căn cứ
vào lưu lượng điều khiển (thông tin về cấu h

ình mạng).
Đường chuyển mạch lớp 2 do chuyển mạch thẻ thiết lập độc
lập với đường định tuyến lớp 3 nhận được từ các giao thức định
tuyến động dựa trên địa chỉ đích. Một đường dẫn như vậy, xuyên
qua m
ột chuỗi các Node và liên kết được lựa chọn trước có thể
cung cấp các dịch vụ phụ thêm như giám sát, bảo mật, tính toán
lưu lượng, v
à một vài các dịch vụ đặc biệt khác.
Kiến trúc chuyển mạch thẻ xuất phát từ chức năng chuyển
tiếp trong chính các TSR. Các bộ định tuyến thông thường phải
thực hiện tìm kiếm thực thể thích hợp trong một bảng định tuyến
tiêu chuẩn dựa vào sự so sánh nội dung của địa chỉ đích trong tiêu
đề của gói tin và bảng định tuyến, thực hiện giảm thông số TTL,
tổng kiểm tra tiêu đề, và biên dịch. Hiệu quả chuyển tiếp lưu lượng
phụ thuộc vào dung lượng của bộ định tuyến cũng như giao thức
định tuyến để tính toán đường đi tối ưu nhất đến chặng tiếp theo
trên đường đến đích. Chuyển mạch thẻ đơn giản hoá chức năng
chuyển tiếp bởi việc thay thế quá trình tìm kiếm trong bảng định
tuyến tiêu chuẩn bằng việc tìm kiếm trong bảng thông tin thẻ rất
đơn giản v
à thực hiện trao đổi thẻ dựa trên nội dung của thẻ. Khái
niệm cơ bản này được minh hoạ ở hình vẽ 4.1
Hình 4.1: Cơ cấu tráo thẻ
Hình vẽ trên minh hoạ một gói tin IP vào với thẻ bằng 5,
được dùng để truy nhập v
ào bảng TIB, sau khi xác định được thực
thể thích hợp nó thực hiện cơ chế tráo thẻ và thẻ ra bây giờ có giá
trị bằng 1và ra ở cổng 5.
Một tính chất quan trọng của chuyển mạch thẻ là chức năng

điều khiển lớp mạng tách biệt khỏi hoạt động của lớp chuyển tiếp
chuyển mạch thẻ. Sự tách biệt này rất cần bởi nó cho phép các nhà
cung c
ấp mạng liên kết các dịch vụ mạng hiện tại và tương lai với
một cơ chế chuyển tiếp đơn giản và quy mô. Các dịch vụ như định
tuyến dựa vào đích, định tuyến đa hướng, và định tuyến nổi có thể
được li
ên kết với một tập các thẻ và khi được phân phối qua mạng,
được thể hiện dưới dạng đường chuyển mạch xuy
ên suốt (end-to-
end) cho t
ừng dịch vụ. Mặc dù các dịch vụ lớp mạng có thể có rất
nhiều nhưng cơ chế chuyển tiếp cơ bản vẫn không thay đổi. Bởi
vậy, khi sử dụng một dịch vụ lớp mạng mới không cần thiết phải
cập nhật hay tối ưu lại các thành phần và bộ máy của cơ chế
chuyển tiếp. Một ví dụ điển hình là ở phiên bản IPv6 sẽ mở rộng
không gian địa chỉ thành 128 bit nhưng vẫn không cần có bất kỳ sự
thay đổi nào trên đường dẫn chuyển tiếp đ
ã tồn tại.
Kiến trúc chuyển mạch thẻ gồm hai thành phần cơ bản là:
Điều khiển và Chuyển tiếp.
- Thành phần điều khiển chịu trách nhiệm sinh ra và sử
dụng hợp lý một tập các thẻ giữa các thiết bị tham gia
chuyển mạch. Quá trình phân phối thẻ được thực hiện
bằng các giao thức điều khiển riêng như TDP hoặc có thể
sử dụng trên các giao thức điều khiển đã tồn tại (VD:
RSVP, PIM )
- Thành ph
ần chuyển tiếp sử dụng thông tin về thẻ chứa
trong mỗi gói và thông tin lưu trữ trong các thiết bị

chuyển mạch để thực hiện quá trình chuyển tiếp gói. Mặc
dù mỗi thẻ đảm nhận các thể hiện khác nhau tuỳ thuộc
vào phương tiện vật lý (ví dụ VPI/VCI, DLCI,...) nhưng
cơ chế chuyển tiếp cơ bản l
à không thay đổi. Do dó
chuyển mạch thẻ có thể hoạt động trên bất kỳ một kỹ
thuật liên kết dữ liệu nào.
4.3 Các thành phần
Chuyển mạch thẻ bao gồm các chức năng, thành phần và
thi
ết bị sau:
a) Thành phần điều khiển: Thành phần điều khiển chịu
trách nhiệm tạo ra và quản lý một bộ các thẻ tại các thiết bị TSR.
Việc tạo ra một thẻ liên quan đến việc cấp phát và gán cho một
đích cụ thể. Đích n
ày có thể là một địa chỉ máy chủ mạng, địa chỉ
mạng, địa chỉ nhóm đa hướng hoặc chỉ là các thông tin lớp mạng.
Việc phân phối các thẻ được thực hiện bởi TDP hoặc sử dụng trên
các giao th
ức đã tồn tại trước.
b) Thành phần chuyển tiếp: Thành phần chuyển tiếp dùng thẻ
chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ bảng thông tin thẻ (TIB)
của từng thiết bị TSR để chuyền tiếp gói tin. Đặc biệt khi một gói
chứa thẻ thu được từ TSR, thẻ này được dùng làm khoá để xác định
một thực thể thích hợp trong bảng TIB. Một thực thể trong TIB bao
gồm một thẻ đầu vào, một cho đầu ra và các thông tin về liên kết
hoặc đóng gói dữ liệu. Khi có yêu cầu chuyển mạch ứng với một
thực thể trong bảng TIB thì thẻ đầu vào cùng với các thông tin liên
k
ết khác được trao đổi với thẻ đầu ra và gói tin với thẻ mới tiếp tục