Chương 10: Các kiểu chuyển mạch IP Các tiêu chuẩn cho việc thiết lập và phân loại lưu lượng để truyền vào các đường chuyển mạch lớp 2 phụ thuộc vào các kiểu và giao thức của các giải pháp chuyển mạch IP. Nói một cách tổng quát, có hai giải pháp cho chuyển mạch IP là giải pháp theo lưu lượng v à giải pháp theo cấu hình mạng 3.4.1 Giải pháp chuyển mạch theo luồng Luồng (flow) là một chuỗi các gói có cùng địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và số cổng vào, ra. Giải pháp chuyển mạch IP theo luồng dữ liệu là giải pháp chỉ áp dụng cho từng luồng cụ thể. Hoạt động cơ bản của chuyển mạch IP dựa theo luồng lưu lượng được minh hoạ như ở h ình vẽ 3.5 và bao gồm các bước sau đây: Giải pháp này tiến hành dựa vào các bước cơ bản sau:  Đầu tiên N gói tin của một luồng được định tuyến theo từng chặng qua một hay nhiều thực thể định tuyến IP (R1, R2, ., RN) đến đích. Các thực thể định tuyến Ri n ày thu ộc các bộ định tuyến IP, bộ định tuyến IP ảo, hoặc các bộ định tuyến được kết nối với nhau bằng các kết nối ATM.  Dựa vào đặc tính của luồng IP ví dụ kiểu lưu lượng, số cổng, địa chỉ IP nguồn/đích, tốc độ đến, . các thực thể định tuyến IP (tại bi ên cũng như ở giữa mạng) quyết định khởi đầu một chu trình tái điều khiển. Chu trình tái định hướng này liên quan đến việc y êu cầu hệ thống thiết lập một đường tắt chuyển mạch lớp 2 và điều khiển lưu lượng truyền qua đường tắt vừa thiết lập. Một khi luồng IP được tái điều khiển thì tất cả các gói tin còn l ại được truyền qua đường chuyển mạch lớp 2. Hình vẽ 3.5 minh hoạ kiểu chuyển mạch này. Kiểu chuyển mạch IP theo luồng dữ liệu có nhiều ưu điểm. Thứ nhất, nó không cần thiết chuyển mạch tất cả các luồng lưu lượng của tất cả các luồng. Bởi vì không phải luồng dữ liệu nào cũng cần thiết phải yêu c ầuchuyển mạch như luồng ICMP “ping”, hay thư điện tử tối ưu, . Thứ hai, sự tái điều khiển chỉ được thực hiện riêng cho từng luồng cụ thể do đó, đảm bảo chất lượng gói tin truyền qua luồng đó. Tóm lại, đặc điểm cơ bản của kiểu chuyển mạch IP theo dữ liệu là:  Tuỳ vào tình trạng của một luồng cụ thể mà thiết bị chuyển mạch IP quyết định thiết lập một đường chuyển mạch cho luồng đấy từ ứng dụng đến ứng dụng khác hay từ máy chủ đến máy chủ. Một luồng được định nghĩa là R B 1 B R B 2 B RN  N gói tín  N gói tín Ngu ồn Đích ATM Switch ATM Switch ATM Switch (N +1)+M gói tín (N +1)+M gói tín Tái điều khiển Hình 3.5: Chuyển mạch IP kiểu hướng dữ một chuỗi các gói tin có chung các thông tin tiêu đề như địa chỉ IP đích/ nguồn hay số cổng TCP/UDP.  Sự tái điều khiển được thực hiện độc lập cho mỗi luồng và ph ạm vi có thể chỉ ở các thiết bị chuyển mạch lân cận nhau hoặc xuyên suốt từ biên vào và ra mạng. Nghĩa là các thi ết bị chuyển mạch có thể xử lý khác nhau cho cùng một luồng lưu lượng.  Nếu một đường tắt không tồn tại hoặc tự nhiên biến mất thì các gói tin phải được định tuyến đến đích. Các đường tắt được thiết lập dựa vào lưu lượng mang trạng thái mềm nghĩa là chúng sẽ huỷ bỏ nếu không được làm tươi trước một thời gian định trước (time out). 3.4.2 Giải pháp chuyển mạch theo cấu hình Chuyển mạch IP theo cấu hình dựa trên cấu hình mạng IP và s ử dụng các giao thức định tuyến IP thông thường (như OSPF, BGP .) và được thực hiện tại các thực thể định tuyến IP của chuyển mạch IP. Các thẻ mới (VPI/VCI) được kết hợp với địa chỉ mạng IP đích để chỉ ra một mạng đích. Chúng được tạo ra và phân ph ối tới các chuyển mạch IP khác trong miền định tuyến. Tất cả lưu lượng đ ã được dự tính trước cho một mạng đích cụ thể sẽ đi theo một đường dẫn chuyển mạch dựa trên các thẻ VPI/VCI mới. Hoạt động cơ bản của chuyển mạch IP dựa theo cấu hình được minh hoạ như ở hình vẽ 3.6. Hình 3.6: Chuyển mạch IP theo cấu hình Quá trình chuyển mạch bao gồm các bước sau: Bước 1: Hội tụ các chuyển mạch IP tr ên một cấu hình mạng dựa vào sự thay đổi các bản tin giao thức định tuyến giữa các thực thể định tuyến IP (R1,R2, . Rn). Bước 2: Các thẻ VPI/VCI mới được kết hợp với địa chỉ mạng đích theo dạng: {địa chỉ mạng đích, thẻ} được tạo ra v à phân ph ối tới các thành phần của chuyển mạch IP trong miền định tuyến. Bước 3: Đầu v ào của chuyển mạch IP kiểm tra địa chỉ mạng đích của các gói vào mạng. Thay vì chuyển tiếp các gói đến địa chỉ IP trong chặng tiếp theo, đầu vào chuyển mạch IP đặt các gói lên một đường dẫn chuyển mạch để đến mạng đầu ra. Tất cả lưu lượng đến đích đó truyền qua một đường dẫn chuyển mạch từ mạng đầu vào đến mạng đầu ra. Bước 4 : Tại đầu ra chuyển mạch IP nhận được các gói qua đường dẫn chuyển mạch và chuyển tiếp chúng đến lớp 3 để tới mạng đích. Giải pháp điều khiển theo cấu hình cho chuyển mạch IP cải thiện hiệu năng và tính linh hoạt so với giải pháp điều khiển luồng. Thứ nhất, tất cả lưu lượng gồm một hoặc nhiêu luồng đến cùng m ột mạng đích được chuyển mạch. Mặt khác toàn bộ lưu lượng được chuyển mạch, không chỉ có phần đuôi như trong trường hợp chuyển mạch IP theo luồng. Thứ hai, chuyển mạch IP theo cấu hình có trễ thời gian xử lý gói tin thấp hơn nhiều so với phương pháp theo luồng bởi vì các đường dẫn chuyển mạch chỉ được thiết lập sau khi có thay đôi cấu hình hoặc sau khi điều khiển lưu lượng. Nếu cấu hình ổn định, các đường dẫn chuyển mạch sẽ được thiết lập và tất cả lưu lượng thích hợp sẽ được truyền qua nó. Xét về phương diện qui mô th ì giải pháp theo cấu hình là tốt hơn. Bởi vì s ố đường dẫn chuyển mạch trong một miền định tuyến là cân đối với số lượng các bộ định tuyến hay kích thước của mạng. Ngoài ra, có th ể cho phép các mức cao hơn sử dụng các kết nối đa điểm đến điểm (ví dụ sự hợp nhất VC) để d ùng chung một tập mạng đích. Bên cạnh những ưu điểm nêu trên thì kỹ thuật này cũng có nhiều hạn chế so với kỹ thuật thứ nhất. Thứ nhất, được lợi về qui mô và hiệu năng thực hiện thì phải trả giá về chi phí. Chuyển mạch theo cấu hình dựa vào cấu hình mạng để thiết lập tất cả các đường tắt có thể có ngay cả với những đường không có lưu lượng truyền qua do đó làm l ãng phí tài nguyên. Thứ hai, theo kỹ thuật này việc thực hiện cung cấp QoS cho dịch vụ là khó khăn bởi vì các đường tắt cho các luồng là cố định về thời gian và tính tối ưu. Thứ ba, có thể sinh ra các vòng lặp bởi vì nếu sự cập nhật bảng định tuyến là chưa chính xác (chưa kịp thời) thì các thiết bị chuyển mạch sẽ xác đị nh các thẻ không chính xác dẫn đến khả năng bị lặp. Tóm lại, các đặc điểm cơ bản của chuyển mạch IP theo cấu hình là:  Đường tắt được thiết lập dựa vào sự tồn tại của các mạng đích và chỉ được thiết lập sau khi có sự thay đổi trong cấu hình.  Tất cả lưu lượng có cùng một luồng đều được chuyển mạch qua đường tắt.  Đầu ra của các chuyển mạch IP nhận được một thẻ mới tương ứng với một địa chỉ đích. Thông thường chuyển tiếp IP được thực hiện nhưng thay v ì chuyển trực tiếp các gói đến địa chỉ IP của chặng tiếp theo, đầu v ào chuyển mạch IP được bổ sung th êm vào các thẻ mới và đặt các gói lên m ột đường dẫn chuyển mạch.  Tại mỗi thành phần chuyển mạch trung gian, các gói (hay các tế bào) được tráo thẻ.  Đầu ra chuyển mạch IP nhận được các gói từ đường dẫn chuyển mạch, loại bỏ thẻ và sau đó chuyển tiếp các gói sử dụng các thủ tục lớp 3 thông thường.  Các gói có thể được định tuyến lớp 3 thông thường đến đích nếu một đường tắt gặp sự cố.  Có thể gây ra các vòng lặp ngắn tại lớp 2. . đường chuyển mạch lớp 2. Hình vẽ 3.5 minh hoạ kiểu chuyển mạch này. Kiểu chuyển mạch IP theo luồng dữ liệu có nhiều ưu điểm. Thứ nhất, nó không cần thiết chuyển. được chuyển mạch. Mặt khác toàn bộ lưu lượng được chuyển mạch, không chỉ có phần đuôi như trong trường hợp chuyển mạch IP theo luồng. Thứ hai, chuyển mạch