Đồ án Chuyển mạch IP

MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARIS ARP ARS API AS ATM B-ISDN PRM BGP CBR CDV CLIP CoS CPCS CPE CRC CS CSLIP CSR EGP EIGRP ER FANP FDDI FEC FIB GFC GFMP ICMP ID IDRP IETF IFMP InATMARP IP IPCP ISDN ISP ISR LAN LANE LFN LLC/SNAP LSA LSP MARS MBS MCR MPOA NHRP NNI ODR OSPF PAWS PCR PDU PMD PNNI PPP PVC RARP RFC RIP RSVP RTO RTT SAP SAPI SAR SDH SDU SLIP SPT SSCS SVC TC TCP TDP TDM TER TIB T/TCP TOS TSR TTL UBR UDP UNI UPC VBR VCC VCI VLSM VPC VPI VPN WAN Aggregate route-based IP switching Address resolution protocol Address resolution server Application programming interface Autonomous system Asynchronous tranfer mode Broadband-ISDN protocol reference model Border gateway protocol Contant bit rate Cell delay variation Classical IP over ATM Class of service Common path convergence sublayer Customer prime equipment Cycle redundantce code Convergence sublayer Compressed SLIP Cell switch router External gateway protocol Enhanced interior gateway routing protocol Explicit route Flow attribute notification protocol Fibler distributed data interconnect Forwarding equivalen class Forwarding information base General flow control General flow management protocol Internet control management protocol Identifier Interdomain routing protocol Internet enginering task force Ipsilon flow management protocol Inverse ATMARP Internet protocol IP control point Intergrated service digital network Internet service provider Intergrated switch router Local area network LAN emulation Long-fast network Logical link control/subnetwork access protocol Link state advertiseent Link state packet Multicast address resolution server Maximum burst sequence Minimum cell rate Multiprotocol over ATM Next hop resolution protocol Network-network interface On demand routing Open shortdest path first Protection against wapped sequence Peak cell rate Protocol data unit Physical medium dependent Private NNI Point-to-point protocol Permanent virtual circuit Reverse ARP Request for recommend Routing information protocol Resource reservation protocol Retransmission timeout Round trip time Service access point SAP Identifier Segmentation/reasembly Synchronous digital heirachy Service data unit Serial line IP Server processing time Specific service CS Switched virtual circuit Transmission convergence Transmission control protocol Tag distribution protocol Time domain multiplexing Tag edge router Tag information base TCP extention for transactions Type of service Tag switch router Time to live Unspecified bit rate User data protocol User network protocol Usage parameter control Variable bit rate Virtual circuit connection Virtual circuit identifier Variable length subnet mask Virtual path connection Virtual path identifier Virtual private network Wide area netword LỜI NÓI ĐẦU Trước sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập niên 70 và tiếp tuc phát triển vào những năm sau đó. Ngày nay, mạng IP đã thực sự bùng nổ cả về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như: tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,… Nhưng mạng IP hiện nay vẫn chưa thực sự đáp ứng được các yêu cầu về truyền dẫn lưu lượng, do đó, cần phải có một giải pháp công nghệ mới đưa vào để khắc phục những nhược điểm của mạng đang tồn tại. Công nghệ chuyển mạch IP ra đời và được xem là một giải pháp tốt để giải quyết những yêu cầu trên. Chuyển mạch IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM. Chuyển mạch IP đã khắc phục được nhược điểm về tốc độ xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM. Chuyển mạch IP đang là điểm tập trung nghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco,.. Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ mới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới. Em đã dành thời gian làm đồ án tốt nghiệp của mình để nghiên cứu về “Chuyển mạch IP”. Đồ án của em gồm hai phần với nội dung chính như sau: Phần I: Tổng quan - Giới thiệu chung về ATM và IP - Đánh địa chỉ trong IP - Một số phương pháp định tuyến lớp mạng Phần II: Chuyển mạch IP và ứng dụng - Chuyển mạch IP - Ứng dụng của chuyển mạch IP Thông qua đồ án em đã có dịp trình bày những hiểu biết của mình về một công nghệ chuyển mạch mới. Tuy nhiên do năng lực còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong có được những đóng góp quý báu của thầy cô và toàn thể các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Thanh Kỳ người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong học viện và các bạn đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu ở Học viện. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên Nguyễn Quang Hiếu CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Định tuyến trong chuyển mạch gói truyền thống Để chuyển các gói tin từ mạng này đến mạng khác một cách nhanh chóng và chính xác, các gói tin cần phải được định tuyến, những thiết bị để định tuyến các gói tin ban đầu được gọi là Gateway (đóng vai trò là một cổng giao tiếp từ mạng này tới mạng khác) và và sau đó router ra đời để kết nối giữa các mạng vật lý khác nhau tạo thành một liên mạng hợp nhất rộng lớn hơn. Các gói thông tin riêng biệt bao gồm một nhãn mạng đích mà router thực hiện tương hợp nhãn với một trong nhiều thực thể của bảng mạng đích mà nó biết trước. Khi tìm thấy một sự tương hợp, router có thể định hướng gói tin tới giao diện tương ứng và chờ đến khi gói tín khác đến. Quá trình tương quan đơn giản này được thực hiện đối với mỗi gói riêng biệt đến router. Thậm chí nếu có một số lượng lớn gói tin có cùng một đích đến chung, thì router sẽ vẫn xử lý mỗi gói tin theo cách riêng. Chú ý thế hệ router đầu tiên được giới thiệu trong hình 1.1: Hình 1.1: Router thế hệ đầu tiên Nó bao gồm một bộ xử lý trung tâm và nhiều card giao tiếp, tất cả được nối với nhau bằng một đường bus chung. Bộ xử lý rất tin cậy cho chạy giao thức định tuyến và duy trì một bảng hướng đi của router bước nhảy tiếp theo mà gói được gửi đến. Các gói đi vào router qua bus và đi vào bộ xử lý nơi sẽ tra cứu bảng định tuyến chuẩn và thực hiện xác định bước nhẩy tiếp theo. Gói sau đó được đi vào bus chung đến giao diện đầu ra tương ứng. Hiệu năng của hệ thống này phụ thuộc vào tốc độ bus và khả năng xử lý của bộ xử lý trung tâm. Và mỗi gói được yêu cầu đi trên bus hai lần. Trước sự phát triển không ngừng của Internet. Ngày càng có nhiều người hơn sẽ đăng nhập vào mạng và khi đó bảng định tuyến sẽ lớn hơn, thời gian tra cứu cũng sẽ lâu hơn. Kết hợp với sự tăng trưởng trong lưu lượng người dùng, dẫn tới đòi hỏi phải tạo ra những router sử dụng công nghệ cao hơn. Nhờ vào sự tăng cường tính toán hướng tới của các gói tin đến các giao diện chuyển tiếp. Một phần hoặc toàn bộ bảng định tuyến có thể được lưu trong bộ nhớ của bộ chuyển tiếp đầu vào. Điều này cho phép bộ chuyển tiếp đầu vào thực hiện tính toán hướng đi và định hướng các gói trên đường bus tương ứng với bộ chuyển tiếp đầu ra mà không cần sự can thiệp của bộ xử lý trung tâm. Hiệu năng của mô hình này vẫn sẽ bị giới hạn bởi tốc độ bus và thời gian yêu cầu để sắp xếp trên một bảng định tuyến lớn trong suốt thời gian tra cứu. Một công nghệ cải thiện router khác là thay thế bus bằng một switch. Vì toàn bộ cổng đầu vào và ra được kết nối với nhau bằng một kết cấu chuyển mạch không nghẽn. Mô hình này được giới thiệu trong hình 1.2. Hình 1.2: Kiến trúc của Router có các đường bus dùng switch Bằng cách cải thiện thiết kế bên trong và hiệu quả hơn sẽ thay thế yêu cầu xử lý mỗi gói đối với bản thân router điều này sẽ đặc biệt hữu dụng trước tính chất bùng nổ tự nhiên không đoán trước của lưu lượng IP do các gói tin được phục vụ theo cơ chế hàng đợi first-in first-out (FIFO) có chi phí cao, độ lợi về thông lượng nhỏ và hiệu năng thì lại không đạt được độ tin cây cao. 1.2 ATM & IP a/ IP – Internet Protocol IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quản tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích. Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào. Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. b/ ATM – Asynchronous Tranfer Mode Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng : - Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. - Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP. Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống. Bảng so sánh công nghệ IP và ATM Công nghệ IP ATM Bản chất công nghệ - Là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. - Do phương thức định tuyến theo từng chặng nên điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện. - Sử dụng gói tin có chiều dài cố định 53 byte gọi là tế bào (cell). - Nguyên tắc định tuyến : chuyển đổi VPI/VCI -Nền tảng phần cứng tốc độ cao Ưu điểm - Đơn giản, hiệu quả - Tốc độ chuyển mạch cao, mềm dẻo, hỗ trợ QoS theo yêu cầu Nhược điểm - Không hỗ trợ QoS - Giá thành cao, không mềm dẻo trong hỗ trợ những ứng dụng IP, VoA 1.3 IP over ATM Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/ SONET, IP over WDM và IP over Fiber. Còn kỹ thuật ATM, do có các tính năng như tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng, … mà các mạng lưới dùng bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạng đường trục IP. Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối với mạng lưới, IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay. Cho nên việc nghiên cứu đối với IP over ATM vẫn còn rất quan trọng. Mà MPLS chính là sự cải tiến của IP over ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về hiện trạng của kỹ thuật IP over ATM. IP over ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông. Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi. Nhưng trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xét lại. Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết. Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm (như số VC, lượng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút. Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới quá tải. Thứ hai là phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật lý. Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau. Mặt khác, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng. Hai điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,… nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu của mạng đường trục Internet trong tương lai. Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm. Thứ ba là trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nào đảm bảo QoS thực sự. Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này. Cách làm như thế có thể gây ảnh hường không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục. Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – đa giao thức trên ATM) LANE (LAN Emulation – Mô phỏng LAN)… cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó, nhưng các giải thuật này đều chỉ giải quyết được một phần các tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn. Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn là phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ. Hiện nay đã xuất hiện một loại kỹ thuật IP over ATM không dùng phương thức xếp chồng, mà dùng phương thức chuyển mạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp. Kỹ thuật này chính là cơ sở của MPLS. CHƯƠNG 2 ĐÁNH ĐỊA CHỈ VÀ ĐỊNH TUYẾN IP 2.1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP TCP/IP là một bộ giao thức mở được xây dựng cho mạng Internet mà tiền thân của nó là mạng ARPnet của bộ quốc phòng Mỹ. Do đây là một giao thức mở, nên nó cho phép bất kỳ một đầu cuối nào sử dụng bộ giao thức này đều có thể được kết nối vào mạng Internet. Chính điều này đã tạo nên sự bùng nổ của Internet toàn cầu trong thời gian gần đây. Trong bộ giao thức này, hai giao thức được sử dụng chủ yếu đó là giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transmission Control Protocol) và IP (Internet Procol). Chúng cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng. Điểm khác nhau cơ bản của TCP/IP so với OSI đó là tầng liên mạng sử dụng giao thức không kết nối (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của mạng Internet. Cùng với các giao thức định tuyến như RIP, OSPF, BGP,… tầng liên mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X25… TCP/IP có kiến trúc phân lớp, gồm 4 lớp chức năng sau: 1) Lớp liên kết dữ liệu (DataLink Layer): Định nghĩa các hàm, thủ tục, phương tiện truyền dẫn đảm bảo sự truyền dẫn an toàn các khung thông tin trên bất kỳ một phương tiện truyền dẫn nào như Ethernet, ATM, token-ring, frame-relay,… 2) Lớp giao thức Internet(Internet Protocol): Chuyển tiếp các gói tin từ nguồn tới đích. Mỗi gói tin chứa địa chỉ đích và IP sử dụng thông tin này để truyền gói tin tới đích của nó. Giao thức IP được chạy trên tất cả các máy chủ (Host) cũng như trong tất cả các thiết bị định tuyến (Router). Lớp IP là lớp kết nối phi hướng nghĩa là mạng không cần thiết lập bất kỳ một đường dẫn nào đến đích trước khi gói tin được truyền qua mạng đến đích do vậy, mỗi gói đến đích với mỗi đường tối ưu khác nhau và IP không đảm bảo thứ tự đến đích của các gói tin. Mạng Internet hoạt động trên bất kỳ phương tiện truyền tải nào (nhờ có lớp DataLink) và có thể có rất nhiều ứng dụng trên lớp IP nhưng chỉ có một lớp IP với giao thức IP duy nhất là điểm hội tụ của TCP/IP cho phép nó hoạt động một cách linh hoạt và mềm dẻo trên mạng máy tính cực lớn. Hiện nay có hai phiên bản của IP là IPv4 và IPv6 (IPng). IPv4 là phiên bản đang sử dụng thống nhất hiện nay nhưng do nhu cầu phát triển của mạng và công nghệ truyền thông trong tương lai gần sẽ phải sử dụng phiên bản IPv6. 3) Lớp TCP/UDP: Lớp này chạy trên đỉnh của lớp IP và bao gồm hai giao thức là TCP và UDP. TCP là một kiểu phương thức hướng kết nối cho phép cung cấp các dịch vụ tin cậy còn UDP sử dụng phương thức hướng không kết nối cung cấp các dịch vụ kém tin cậy hơn. TCP/UDP chỉ được chạy trên hệ thống máy chủ và được sử dụng bởi mọi dịch vụ lớp ứng dụng. 4) Lớp ứng dụng (Application Layer): Là giao diện giữa người dùng và mạng Internet, lớp ứng dụng sử dụng các dịch vụ lớp TCP/IP. Các ứng dụng rất đa dạng, phong phú và ngày càng nhiều như Telnet, FTP, HTTP, SMTP,… 2.2 Đánh địa chỉ IP Địa chỉ IP là địa chỉ lớp mạng, được sử dụng để định danh các máy trạm (HOST) trong liên mạng. Địa chỉ IP có độ dài 32 bít đối với IPv4 và 128 bít với IPv6. Nó có thể được biểu thị dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân và nhị phân. Có hai cách cấp phát địa chỉ IP phụ thuộc vào cách thức ta kết nối mạng. Nếu mạng của ta kết nối vào mạng Internet, địa chỉ mạng được xác nhận bởi NIC (Network Information Center). Nếu mạng của ta không kết nối với Internet, người quản trị mạng sẽ cấp phát địa chỉ IP cho mạng này. Về cơ bản, khuôn dạng địa chỉ IP gồm hai phần: Network Number và Host Number như hình vẽ: Network number Host number 0 16 31 Trong đó, phần Network Number là địa chỉ mạng còn Host Number là địa chỉ các máy trạm làm việc trong mạng đó. Do việc tăng các WW theo hàm mũ trong những năm gần đây vì số lượng WW mở ra rất nhiều, nên với địa chỉ IP là 32 bít là rất ít do vậy để mở rộng khả năng đánh điạ chỉ cho mạng IP và vì nhu cầu sử dụng có rất nhiều quy mô mạng khác nhau, nên người ta chia các điạ chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu là A, B, C, D và E có cấu trúc như sau: NetID SubnetID HostID Líp A 0 7 8 15 16 31 NetID 0 15 SubnetID HostID 23 24 16 Líp B NetID 0 23 SubnetID HostID 3 26 27 31 31 Líp C NetID HostID 0 26 31 NetID Líp D Líp E Hình 2.2: Các kiểu địa chỉ IP Lớp A (/8): Được xác định bằng bít đầu tiên trong byte thứ nhất là 0 và dùng các bít còn lại của byte này để định danh mạng. Do đó, nó cho phép định danh tới 126 mạng, với 16 triệu máy trạm trong mỗi mạng. Lớp B (/16): Được xác định bằng hai bít đầu tiên nhận giá trị 10, và sử dụng byte thứ nhất và thứ hai cho định danh mạng. Nó cho phép định danh 16.384 mạng với tối đa 65.535 máy trạm trên mỗi mạng. Lớp C (/24): Được xác định bằng ba bít đầu tiên là 110 và dùng ba byte đầu để định danh mạng. Nó cho phép định danh tới 2.097.150 mạng với tối đa 254 máy trạm trong mỗi máy trạm trong mỗi mạng. Do đó, nó được sử dụng trong các mạng có quy mô nhỏ. Lớp D: Được xác định bằng bốn bít đầu tiên là 1110, nó được dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các host trên một mạng. Tất cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc nhóm D. Lớp E: Được xác định bằng năm bít đầu tiên là 11110, được dự phòng cho tương lai. Với phương thức đánh địa chỉ IP như trên, số lượng mạng và số máy tối đa trong mỗi lớp mạng là cố định. Do đó, sẽ nảy sinh vấn đề đó là có các địa chỉ không được sử dụng trong mạng của một doanh nghiệp, trong khi một doanh nghiệp khác lại không có địa chỉ mạng để dùng. Do đó để tiết kiệm địa chỉ mạng, trong nhiều trường hợp một mạng có thể được chia thành nhiều mạng con (subnet). Khi đó, có thể đưa thêm các vùng subnetid để định danh cho các mạng con. Vùng subnetid này được lấy từ vùng hostid của các lớp A, B và C. 2.3 Định tuyến IP Định tuyến trên Internet được thực hiện dựa trên các bảng định tuyến (Routing table) được lưu tại các trạm (Host) hay trên các thiết bị định tuyến (Router). Thông tin trong các bảng định tuyến được cập nhật tự động hoặc do người dùng cập nhật. Các phạm trù dùng trong định tuyến là: - Tính có thể được (Reachability) dùng cho các giao thức EGP như BGP. - Véc tơ kkoảng cách (Vector-Distance) giữa nguồn và đích dùng cho RIP - Trạng thái kết nối (Link state) như thông tin về kết nối dùng cho OSPF Không có giao thức định tuyến nào là toàn diện, tuỳ vào đặc tính, kích thước của mạng để chọn phù hợp. Mạng nhỏ đồng nhất nên dùng RIP, đối với các mạng lớn có cấu tạo thích hợp thì OSPF tối ưu hơn. U* Nguyên tắc định tuyến : Trong hoạt động định tuyến, người ta chia làm hai loại là định tuyến trực tiếp và định tuyến gián tiếp. Định tuyến trực tiếp là định tuyến giữa hai máy tính nối với nhau vào một mạng vật lý. Định tuyến gián tiếp là định tuyến giữa hai máy tính ở các mạng vật lý khác nhau nên chúng phải thực hiện thông qua các Gateway. Để kiểm tra xem máy đích có nằm trên cùng một mạng vật lý với máy nguồn không thì người gửi phải tách lấy địa chỉ mạng của máy đích trong phần tiêu đề của gói dữ liệu và so sánh với phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP của nó. Nếu trùng thì gói tin sẽ được truyền trực tiếp nếu không cần phải xác định một Gateway để truyền các gói tin này thông qua nó để ra mạng ngoài thích hợp. Hoạt động định tuyến bao gồm hai hoạt động cơ bản sau: - Quản trị cơ sở dữ liệu định tuyến: Bảng định tuyến (bảng thông tin chọn đường) là nơi lưu thông tin về các đích có thể tới được và cách thức để tới được đích đó. Khi phần mềm định tuyến IP tại một trạm hay một cổng truyền nhận được yêu cầu truyền một gói dữ liệu, trước hết nó phải tìm trong bảng định tuyến, để quyết định xem sẽ phải gửi Datagram đến đâu. Tuy nhiên, không phải bảng định tuyến của mỗi trạm hay cổng đều chứa tất cả các thông tin về các tuyến đường có thể tới được. Một bảng định tuyến bao gồm các cặp (N,G). Trong đó: + N là địa chỉ của IP mạng đích + G là địa chỉ cổng tiếp theo dọc theo trên đường truyền đến mạng N Bảng 2.1 minh hoạ bảng định tuyến của một cổng truyền. Đến Host trên mạng Bộ định tuyến Cổng vật lý 10.0.0.0 Direct 2 11.0.0.0 Direct 1 12.0.0.0 11.0.0.2 1 13.0.0.0 Direct 3 13.0.0.0 13.0.0.2 3 15.0.0.0 10.0.02 5 Như vậy, mỗi cổng truyền không biết được đường truyền đầy đủ để đi đến đích. Trong bảng định tuyến còn có những thông tin về các cổng có thể tới đích nhưng không nằm trên cùng một mạng vật lý. Phần thông tin này được che khuất đi và được gọi là mặc định (default). Khi không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đích cần tìm, các gói dữ liệu được gửi tới cổng truyền mặc định. - Thuật toán định tuyến: Được mô tả như sau: + Giảm trường TTL của gói tin + Nếu TTL=0 thì Huỷ gói dữ liệu Gửi thông điệp ICMP báo lỗi cho thiết bị gửi. + Nếu địa chỉ đích là một trong các địa chỉ IP của các kết nối trên mạng thì xử lý gói dữ liệu IP tại chỗ. + Xác định địa chỉ mạng đích bằng cách nhân (AND) mặt nạ mạng (Network Mask) với địa chỉ IP đích. + Nếu địa chỉ đích không tìm thấy trong bảng định tuyến thì tìm tiếp trong tuyến đường mặc định, sau khi tìm trong tuyến đường mặc định mà không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đích thì huỷ bỏ gói dữ liệu này và gửi thông điệp ICMP báo lỗi “mạng đích không đến được” cho thiết bị gửi. + Nếu địa chỉ mạng đích bằng địa chỉ mạng của hệ thống, nghĩa là thiết bị đích đến được kết nối trong cùng mạng với hệ thống, thì tìm địa chỉ mức liên kết tương ứng với bảng tương ứng địa chỉ IP-MAC, nhúng gói IP trong gói dữ liệu mức liên kết và chuyển tiếp gói tin trong mạng. + Trong trường hợp địa chỉ mạng đích không bằng địa chỉ mạng của hệ thống thì chuyển tiếp gói tin đến thiết bị định tuyến cùng mạng. 2.4 Các giao thức định tuyến trong IP Các giao thức định tuyến cho phép các router trao đổi thông tin khả năng đạt tới một mạng và thông tin cấu hình với các router khác. Tất cả các giao thức định tuyến phải đảm bảo tất cả các router trong một mạng có một cơ sở dữ liệu chính xác và toàn vẹn về cấu hình mạng. Điều này là rất quan trọng vì bảng chuyển phát ở mỗi router được tính toán dựa trên cơ sở dữ liệu của thông tin cấu hình mạng này. Các bảng chuyển phát chính xác góp phần giúp cho các gói đến được đích của chúng với khả năng cao hơn. Bảng chuyển phát không đủ, không chính xác sẽ khiến cho các gói không đến được đích của nó và tồi hơn có thể gây ra loop vòng quanh mạng trong một khoảng thời gian gây ra lãng phí tài nguyên băng tần và router . Các giao thức định tuyến được phân thành định tuyến giữa các miền (interdomain) và trong một miền (intradomain). Một miền được gọi là một hệ thống tự trị AS (autonomous system), AS là một tập hợp các router được điều khiển và quản lý bởi một thực thể đơn, nó được xác định bởi một số AS đơn. Các giao thức trong một miền IGP (interior gateway protocol) được sử dụng giữa các router trong cùng một AS. Nhiệm vụ của chúng là phải tính toán con đường rẻ nhất giữa hai máy bất kỳ trong một AS, do đó mang lại hiệu năng tốt nhất. Các giao thức giữa các miền EGP (exterior gateway protocol) được sử dụng giữa các router trong các AS khác nhau. Nhiệm vụ của nó phải tính toán một đường qua các AS khác nhau. Vì các AS được điều khiển bởi các tổ chức khác nhau nên các tiêu chuẩn để lựa chọn một đường qua một AS phụ thuộc vào các chính sách như chi phí, bảo an, khả năng khả dụng, hiệu năng, quan hệ thương mại giữa các AS…chứ không chỉ đơn thuần là hiệu năng như các giao thức IGP. Một ví dụ của EGP là BGP và các ví dụ của IGP là OSPF và RIP. Hình 2.3 dưới đây đưa ra một mạng với 3 AS chạy các giao thức IGP trong một AS và EGP giữa các AS. AS#2 RIP R R R AS#1 OSPF R R R AS#3 OSPF R R R BGP BGP BGP Hình 2.3: Các hệ thống tự trị Các tiêu chuẩn đối với các giao thức EGP khác với các giao thức định tuyến khác: - Scalability được chỉ rõ bởi khả năng của giao thức định tuyến để hỗ trợ một số lượng lớn các router và các mạng trong khi tối thiểu hoá tổng số lưu lượng điều khiển giữa các router (cập nhật cơ sở dữ liệu định tuyến ) và các tài nguyên router cần thiết để tính toán các bảng định tuyến mới. - Tránh loop. Khi một giao thức định tuyến tính toán một bảng định tuyến, nó sẽ cố gắng để tránh các con đường khiến các gói chuyển qua một router hoặc một mạng nhiều hơn một lần. Nó rất khó để đạt được điều này trong khoảng thời gian nó truyền bá sự biến đổi về cấu hình đến tất cả các router trong mạng. Mặc dù vậy, đây là một đặc tính quan trọng được hỗ trợ bởi một số giao thức như BGP, EIGRP (enhanced interior gateway routing protocol). - Hội tụ. Khi cấu hình mạng biến đổi (ví dụ như một link bị down hay một mạng mới được bổ sung…) các giao thức định tuyến phải phân bố thông tin này khắp mạng các router để phản ánh thông tin này, xử lý này được gọi là hội tụ. Các router hội tụ trên cấu hình chính xác càng nhanh thì các gói sẽ được phân phát thành công đến đích. - Các chuẩn. Các giao thức định tuyến được phát triển bởi IETF được lưu trữ trong các RFC. Nó cho phép các nhà đầu tư khác nhau thực hiện giao thức định tuyến trên nền tảng riêng của họ và thúc đẩy khả năng hợp tác. - Khả năng mở rộng. Nó định nghĩa khả năng giao thức định tuyến kết hợp các chức năng mới mà không thay đổi các hoạt động cơ bản của nó và có khả năng tương thích ngược trở lại các chức năng cũ. Ví dụ như OSPF với các chức năng mới được bổ sung là multicast, định tuyến QoS , hỗ trợ đánh địa chỉ lớp liên kết. - Metric. Đây là các tham số hoặc các giao thức được thông báo cùng với mạng đích và tham gia vào tính toán bảng định tuyến. Các tham số này có thể là số các hop, chi phí tuyến, băng tần, trễ… - Thuật toán định tuyến. Các giao thức định tuyến sử dụng một trong hại thuật toán định tuyến cơ bản là véc tơ khoảng cách và trạng thái đường. 2.4.1 Định tuyến theo vectơ khoảng cách Định tuyến véc tơ khoảng cách dựa trên quan niệm rằng một router sẽ thông báo cho các router lân cận nó về tất cả các mạng nó biết và khoảng cách đến mỗi mạng này. Một router chạy giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách sẽ thông báo đến các router kế cận được kết nối trực tiếp với nó một hoặc nhiều hơn các véc tơ khoảng cách. Một véc tơ khoảng cách bao gồm một bộ (network, cost) với network là mạng đích và cost là một giá trị có liên quan nó biểu diễn số các router hoặc link trong đường dẫn giữa router thông báo và mạng đích. Do đó cơ sở dữ liệu định tuyến bao gồm một số các véc tơ khoảng cách hoặc cost đến tất cả các mạng từ router đó. Khi một router thu được bản tin cập nhật véc tơ khoảng cách từ router kế cận nó thì nó bổ sung giá trị cost của chính nó (thường bằng 1) vào giá trị cost thu được trong bản tin cập nhật. Sau đó router so sánh giá trị cost tính được này với thông tin thu được trong bản tin cập nhật trước đó. Nếu cost nhỏ hơn thì router cập nhật cơ sở dữ liệu định tuyến với các cost mới, tính toán một bảng định tuyến mới,nó bao gồm các router kế cận vừa thông báo thông tin véc tơ khoảng cách mới như next-hop. Hình 2.4 dưới đây minh hoạ hoạt động của định tuyến véc tơ khoảng cách: Net1 Router C Router A Router B (net1,1hop) (net1,2hop) Hình 2.4: Định tuyến véc tơ khoảng cách Router C thông báo một véc tơ khoảng cách (net1,1hop) cho mạng đích net1 được nối trực tiếp với nó. Router B thu được véc tơ khoảng cách này thực hiện bổ sung cost của nó (1hop) và thông báo nó cho router A (net1,2hop). Nhờ đó router A biết rằng nó có thể đạt tới net1 với 2 hop và qua router B. Mặc dù định tuyến véc tơ khoảng cách đơn giản nhưng một số vấn đề phổ biến có thể xảy ra. Ví dụ liên kết giữa 2 router B và C bị hỏng thì router B sẽ cố gắng tái định tuyến các gói qua router A vì router A theo một đường nào đó thông báo cho router B một véc tơ khoảng cách là (net1,4hop). Router B sẽ thu véc tơ khoảng cách này và gửi ngược lại cho router A véc tơ khoảng cách (net1,5hop). Đây là sự cố đếm vô hạn có thể làm cho thời gian cần thiết để hội tụ kéo dài hơn. Giải pháp cho sự cố này được gọi là “trượt ngang” với nguyên tắc: không bao giờ thông báo khả năng đạt tới một đích cho next-hop của nó. Như vậy router A sẽ không bao giờ thông báo véc tơ khoảng cách (net1,4) cho router B vì router B là next-hop của net1. Định tuyến véc tơ khoảng cách dựa trên thuật toán Bellman Ford được thực hiện trong một số các giao thức định tuyến như RIP, IGRP (Interior Gateway Routing Protocol). 2.4.2 Định tuyến trạng thái đường Định tuyến trạng thái đường làm việc trên quan điểm rằng một router có thể thông báo với mọi router khác trong mạng trạng thái của các tuyên được kết nối đến nó, cost của các tuyến đó và xác định bất kỳ router kế cận nào được kết nối với các tuyến này. Các router chạy một giao thức định tuyến trạng thái đường sẽ truyền bá các gói trạng thái đường LSP (link state paket) khắp mạng. Một LSP nói chung chứa một xác định nguồn,xác định kế cận và cost của tuyến giữa chúng. Các LSP được thu bởi tất cả các router được sử dụng để tạo nên một cơ sở dữ liệu cấu hình của toàn bộ mạng. Bảng định tuyến sau đó được tính toán dựa trên nội dung của cơ sỏ dữ liệu cấu hình. Tất cả các router trong mạng chứa một sơ đồ của cấu hình mạng và từ đó chúng tính toán đường ngắn nhất (least-cost path) từ nguồn bất kỳ đến đích bất kỳ. Hình 2.5 chỉ ra hoạt động của định tuyến trạng thái đường Hình 2.5: Định tuyến trạng thái đường Giá trị gắn với các link giữa các router là cost của link đó. Các router truyền bá các LSP đến tất cả các router khác trong mạng, nó được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu trạng thái đường.Tiếp theo,mỗi router trong mạng tính toán một cây bắt nguồn từ chính nó và phân nhánh đến tất cả các router khác dựa trên tiêu chí đường ngắn nhất hay đường có chi phí ít nhất. Với sơ đồ hình 3.10 thì cây được thiết lập ở router A như trong hình vẽ bên phải. Cây này được sử dụng để tính toán bảng định tuyến, thuật toán để tính cây đường ngắn nhất là thuật toán Dijkstra. Các giao thức định tuyến trạng thái đường có một số tiến bộ hơn so với các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách: - Hội tụ nhanh hơn. Một số nguyên nhân khiến nó hội tụ nhanh hơn là: Thứ nhất, các LSP có thể được tràn lụt nhanh chóng khắp mạng và được sử dụng để xây dựng một cách nhìn chính xác về cấu hình mạng. Thứ hai, chỉ có thay đổi cấu hình được phản ánh trong LSP mà không phải là toàn bộ cơ sở dữ liệu định tuyến. Thứ ba, sự cố đếm vô hạn không xảy ra . - Lưu lượng bổ sung ít hơn. Các giao thức này chỉ phát các LSP phản ánh sự biến đổi cấu hình chứ không phải phát đi toàn bộ cơ sở định tuyến. - Khả năng mở rộng. Các giao thức trạng thái đường có thể được mở rộng để hỗ trợ và truyền bá các tham số mạng khác như địa chỉ, thông tin cấu hình. Vì một router duy trì cơ sở dữ liệu cấu hình, thông tin mới là khả dụng khi tính toán một đường đến đích xác định. - Scalability. Các giao thức trạng thái đường có khả năng scalability tốt hơn vì các router trong một mạng lại có thể phân thành nhiều nhóm. Trong vòng một nhóm các router thực hiện trao đổi các bản tin LSP với nhau và xây dựng một cơ sở dữ liệu cấu hình của nhóm đó. Để trao đổi thông tin cấu hình giữa các nhóm, một bộ con các router đầu tiên tóm tắt cơ sở dữ liệu cấu hình nhóm trong một LSP và sau đó phát nó đến các router xác định trong nhóm kế cận. Điều này làm giảm bộ nhớ và xử lý trong các router vì cơ sở dữ liệu cấu hình chỉ lớn bằng số router trong một nhóm và chỉ các router trong nhóm mà ở đó có sự biến đổi về cấu hình phải tính toán các cây ‘shortcut path’ mới và các bảng định tuyến. Khái niệm phân cấp này được minh họa trong hình 2.6 dưới đây, nó là một khái niệm quan trọng được thực hiện trong các giao thức định tuyến trạng thái đường như OSPF, PNNI. Hình 2.6: Phân cấp định tuyến trạng thái đường 2.4.3 RIP (Routing Information Protocol) RIP là một giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách phổ biến được thực hiện bởi các host và router TCP/IP. Nó được phân tán trong vòng một vài phát hành khởi đầu của UNIX vào giữa thập niên 80. Các đặc tính chức năng cơ bản của RIP. - Sử dụng thuật toán định tuyến véc tơ khoảng cách. - Sử dụng tham số host-count - Các router broadcast toàn bộ cơ sở dữ liệu định tuyến 30s một lầ. - Đường kính mạng cực đại mà RIP hỗ trợ là 15hop. - Nó không hỗ trợ VLSM (variable length subnet mask). RIP nói chung là đơn giản trong cấu hình, chạy trên rất nhiều mạng cỡ trung bình và nhỏ, vì vậy nó được xác định là một giao thức định tuyến trong miền (interior). RIP 2 khắc phục một số nhược điểm của RIP 1 và nó hoạt động tương tự như RIP 1 và hỗ trợ VLSM. Để cung cấp cho các nhà quản lý mạng, những người cần quản lý không gian địa chỉ IPv4 một cách mềm dẻo hơn, thì OSPF được sử dụng thay thế. RIP được thiết kế như một giao thức broadcast, nhưng nó có thể gửi các bản tin đến các node non-broadcast . Khả năng này có thể rất hữu ích khi kết nối đến một router khác trên tuyến điểm-điểm (ví dụ từ router của ISP đến router của khách hàng). Có thể không cho phép sử dụng RIP trên các giao diện xác định. Để làm được như vậy thì các nhà quản lý mạng phải ngăn chặn các bản tin RIP được tạo ra trên các giao này. U* Các bản tin RIP RIP chạy trên UDP do đó các bản tin của nó được đóng gói trong UDP datagram và nó chạy trên cổng số 520 (well-known port). Hình 2.7 dưới đây đưa ra định dạng các bản tin RIP Hình 2.7: Định dạng bản tin RIP Trong đó: - Command có thể chứa giá trị từ 1 đến 6 nhưng có 2 giá trị phổ biến là 1 xác định bản tin yêu cầu và 2 xác định bản tin trả lời. - Version có giá trị 1 hoặc 2 tương ứng RIP 1 và RIP 2 - Address family với cả 2 phiên bản được mã hoá là 2 cho các địa chỉ IP. - Metric ở đây chính là hop-count Các trường thông báo có thể được lặp 25 lần do đó hạn chế độ dài cực đại của bản tin RIP là nhỏ hơn 512 byte. Đối với RIP 2 các trường dự trữ trong bản tin RIP 1 được mã hoá như sau: - Routing domain xác định ‘routing deamon’được kết hợp với bản tin này. Trong UNIX đây là trường ‘process ID’. Bằng cách sử dụng miền định tuyến, một máy có thể chạy nhiều RIP đồng thời. - Route tag: Nếu RIP được sử dụng để hỗ trợ EGP thì trường này chứa một số AS. - Subnet mask được kết hợp với địa chỉ IP trong bản tin. - Next-hop address chứa địa chỉ IP của nơi mà datagram nên được gửi đến, nếu nố bằng 0 thì datagram nên được gửi đến nơi gửi bản tin RIP này. RIP 2 hỗ trợ nhận thực trong khi RIP 1 thì không. Mỗi gói RIP được nhận thực tại phía thu nên giao diện được cấu hình để hỗ trợ nhận thực. Thông thường, nhận thực MD5 được thực hiện mặc dù các router có thể có lựa chọn khác. Gói RIP 2 để nhận thực cũng có định dạng tương tự như trong hình 2.8: Hình 2.8: Gói RIP 2 cho nhận thực Trường ‘address family’được lập là 0xffff đối với gói nhận thực. Trường ‘authentication type’ được lập là 2 đối với thủ tục nhận thực plain-text và 3 đối với thủ tục MD5. Các byte ’authentication infor’ chứa ID như một số khoá, nó có thể là nhiều số. Người sử dụng nhiều số cho phép phía thu sắp xếp thành chuỗi các khoá và do đó sử dụng các khoá khác nhau cho các lần khác nhau. Các byte này cũng chứa các trường xác định thời gian sống của khoá hay các khóa. Mỗi xác định khoá trong gói được kết hợp với một khoá được lưu trữ, xác định khoá và các giá trị được kết hợp với bản tin xác định thuật toán nhận thực và khoá nhận thực MD5 đặc biệt được sử dụng cho hoạt động nhận thực. RIP 1 và RIP 2 có thể hoạt động một mình hoặc kết hợp với nhau. U* Các vấn đề về hội tụ và một số giải pháp khắc phục Cập nhật RIP hầu như đơn giản nhưng nó gây ra một số vấn đề. Nó có khả năng gửi lưu lượng qua một đường không hiệu quả hay có thể cập nhật định tuyến mất quá nhiều thời gian để đạt được hội tụ khi miền định tuyến không ổn định và chuyển lưu lượng không hiệu quả, có thể không chính xác. Do đó có thể gây ra loop hay sự cố đếm vô hạn. phần lớn các thực hiện RIP đều thực hiện các giải pháp để khắc phục sự cố đếm vô hạn. Một thay đổi quyết định là loại bỏ định thời 30s và khi một router có một cập nhật định tuyến nó sẽ gửi đi ngay lập tức. Với giải pháp này các cập nhật trung gian không giải quyết được vấn đề, nhưng nó tăng tốc độ đạt được hội tụ. Một số giải pháp khác được đưa ra dưới đây. 1. Trượt ngang (split horizon): Với giải pháp này ý tưởng của nó là không cho phép router gửi thông báo qua giao diện mà nó vừa đến. Nó là trong hầu hết các tình huống nhưng không hoàn toàn vì nếu mạng vật lý có cấu hình bị loop thì sự cố đếm vô hạn vẫn tồn tại. 2. Trượt ngang với đảo ngược poison: Đây là một biến thể của trượt ngang, nó gửi thông báo tới giao diện nó vừa đến với metric bằng 16. 3. Holddown được tăng cường cho giao thức véc tơ khoảng cách khi một tuyến được thông báo là ‘unreachable’ thì router thông báo sẽ từ chối cập nhật trong một khoảng thời gian sau khi tuyến được thông báo. Nó làm tăng thời gian hội tụ nhưng tránh được loop. RIP không sử dụng holddown nhưng các giao thức vectơ khoảng cách khác như IGRP (Intergateway Routing Protocol) của Cisco thì có sử dụng. Với IGRP, khi router biết một mạng bị down hoặc một mạng có khoảng cách lớn hơn so với thông báo thì tuyến đến mạng đó được đặt trong holddown. Trong thời gian này, tuyến có thể được thông báo những thông báo đầu vào về tuyến này từ bất kỳ router nào khác router đã thông báo trước đó đều bị huỷ bỏ. Người ta có thể không muốn sử dụng trượt ngang trên các link nối tiếp (non-broadcast ) như X25, frame relay, ATM. Các router có thể được cấu hình để không cho phép trượt ngang. * Điều chỉnh định thời: Phần lớn các router high-end có được thể cấu hình để biến đổi tần số cập nhật định tuyến RIP và các tham số khác. Cisco chạy một loạt các đồng hồ định thời (timer) cho các hoạt động định tuyến theo yêu cầu ODR (on deman routing) đối với RIP. Các tham số cấu hình RIP sau là khả dụng đối với nhà quản lý mạng. 1. Update: là khoảng thời gian giữa các lần cập nhật và nó có giá trị mặc định là 30s. 2. Invalid: khoảng thời gian để sau đó một tuyến không hợp lệ, nó là khoảng thời gian nên bằng 3 lần giá trị update. Nó có nghĩa là một tuyến sẽ là không hợp lệ nếu nó không được cập nhật. Tuyến không thể truy nhập mạng sau đó sẽ vào holddown. Nó có thể vẫn được sử dụng cho chuyển phát gói, giá trị mặc định của nó là 180s. 3. Holddown là khoảng thời gian mà thông tin trên các tuyến tồi hơn bị loại bỏ,giá trị này nên bằng 3 lần giá trị update. Khi hết thời gian holddown, các tuyến được thông báo bởi các nguồn khác được chấp nhận và tuyến đó có thể truy cập. Giá trị mặc định của nó là 180s. 4. Flush là tổng thời gian một thực thể định tuyến phải duy trì trong bảng định tuyến trước khi bị loại bỏ. Nó ít nhất phải bằng tổng của invalid và holddown. Giá trị mặc định của nó là 240s. 5. Sleep time là tổng thời gian cập nhật định tuyến. Nếu một router chấp nhận cập nhật tức thì, thì tham số này sẽ được cấu hình. Nó nên nhỏ hơn thời gian update và được sử dụng cho hoạt động ODR của Cisco nhưng không khả dụng đối với RIP. Để thiết lập việc điều khiển thông tin định tuyến được truyền bá như thế nào qua router đến/từ các giao diện. Các router có thể được thiết lập để cung cấp các bộ lọc RIP sau. - Tránh cập nhật định tuyến qua một giao diện nhằm tránh các router khác nhau trên một LAN biết về các tuyến động. - Điều khiển việc thông báo về các tuyến trong cập nhật định tuyến cho phép nhà quản lý mạng cấm các tuyến đang được thông báo trong cập nhật RIP . - Điều khiển xử lý cập nhật định tuyến, nó không cho phép tuyến ‘discovered’ được xử lý. - Lọc các nguồn thông tin định tuyến, nó có thể xảy ra trường hợp một tuyến tốt hơn được tìm thấy qua giao thức định tuyến khác. Một số giao thức định tuyến xử lý thông tin chính xác hơn các giao thức khác, nó có thể thiết lập mức ưu tiên cho các nguồn khác nhau đối với một router. Đặc điểm này cho phép nhà quản lý mạng lựa chọn một giao thức cho một giao diện. * Cấu hình một miền định tuyến RIP: Để cấu hình một miền định tuyến RIP thì các router phải được cấu hình để thực hiện các nhiệm vụ dưới đây. Một số nhiệm vụ là rõ ràng nhưng một số khác cần giải thích thêm. - Cho phép RIP là nhiệm vụ duy nhất được yêu cầu cấu hình để router thực hiện hoạt động RIP . - Cho phép cập nhật unicast cho RIP. RIP sẽ vận hành như một giao thức broadcast trừ khi nhiệm vụ này được cấu hình. Với nhiệm vụ này, các nhà quản lý mạng có thể điều khiển các quyết định trao đổi thông tin định tuyến. - Áp dụng offset đối với các tham số (metric) định tuyến. Trong khi RIP là giao thức hop-count, nhiệm vụ này có thể được sử dụng để tăng metric đến các tuyến được biết bởi RIP. Nó cho phép nhà quản lý mạng coi trọng hơn các khám phá RIP. - Điều chỉnh timer và xác định phiên bản của RIP - Cho phép nhận thực RIP. RIP 2 hỗ trợ nhận thực có thể thiết lập (plain-text, MD5). Để sử dụng MD5 thì các khoá phải được thiết lập và xác định,một trương thời gian sống phải được xác định cho một bộ khoá trên một ‘chain’. Mỗi khoá phải được xác định với một ‘key ID’và key được lưu trữ cục bộ. Key ID và giao diện kết hợp với key xác định đơn nhất thuật toán nhận thực và MD5 được sử dụng. - Không cho phép tóm tắt tuyến. Tóm tắt tuyến được thực hiện tự động bởi RIP2. các prefix mạng con được tóm tắt khi chuyển qua đường biên mạng. Nếu miền định tuyến có các mạng con không liên tục thì tóm tắt định tuyến có thể bị huỷ bỏ. - Sử dụng IGRP và RIP đồng thời. Nếu nhiệm vụ này được phép thì thông tin định tuyến IGRP gạt bỏ thông tin RIP vì sử dụng quản lý IGRP. Các giao thức này sử dụng các đồng hồ định thời khác nhau khiến một phần của miền định tuyến tin RIP một phần khác tin IGRP. Hội tụ sẽ xảy ra nhưng tình huống này ảnh hưởng đến các ứng dụng nhậy cảm với thời gian. - Không cho phép sự hợp lệ của địa chỉ IP nguồn. Đối với mục đích bảo an, một địa chỉ IP nguồn cho một bản tin cập nhật RIP là không hợp lệ. Nhiệm vụ này thoả mãn yêu cầu lọc trên một giao diện, nó cũng là một ‘trap door’ cho một miền định tuyến. - Cấu hình trễ giữa các gói. - Cho phép/không cho phép trượt ngang. - Lọc thông tin RIP và quản lý khóa - VLSM là một công cụ tốt để sử dụng địa chỉ IP. 2.4.4 OSPF (Open Shortest Path First) OSPF là một giao thức định tuyến trạng thái đường được sử dụng phổ biến, nó là giao thức định tuyến trong miền (interor) được hỗ trợ bởi hầu hết các router trên thị trường. Nó có các đặc tính chức năng sau: - Sử dụng thuật toán định tuyến trạng thái đường Dijkstra. - Hỗ trợ nhiều đường cùng giá trị cost đến cùng đích. - Hỗ trợ VLSM. - Phân cấp hai mức. - Thông tin trạng thái tuyến chỉ thông báo khi có sự biến đổi về cấu hình. - Có khả năng mở rộng. Một ví dụ về mạng OSPF gồm một số vùng như hình 2.9: Hình 2.9: Mạng OSPF Một mạng OSPF phải có một vùng 0 được định nghĩa như vùng backbone. Nếu có nhiều vùng được cấu hình, tất cả các vùng khác 0 phải kết nối đến vùng 0 qua ABR (Area Border Router). Các router trong một vùng thông báo trạng thái đường LSA (Link State Advertisement) và xây dựng một sơ đồ các vùng được gọi là cơ sở dữ liệu trạng thái đường. Thông tin được tóm tắt về các cấu hình và các mạng đặc biệt được chuyển giữa các vùng thông qua ABR. Do đó các router duy trì thông tin hoàn chỉnh về tất cả các mạng và các router trong vùng của nó và thông tin đặc biệt về các mạng và các router ngoài vùng của nó. Để đạt tới mạng trong vùng này, các router cần phải có đủ thông tin để hướng các gói đến ABR phù hợp. OSPF thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà phát triển mạng và quản lý mạng vì một số lý do sau. - Các mạng lớn hơn bao gồm nhiều hơn các router đang được triển khai và xây dựng, khả năng scalability lớn hơn RIP và các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách khác. - Các chức năng và dịch vụ bổ sung đang và sẽ cần được triển khai trên các mạng này. Là một giao thức định tuyến trạng thái đường, OSPF có khả năng mở rộng, tăng cường các chức năng nó cung cấp bằng cách định nghĩa và bổ sung các trường mới để mang thông tin mới trong các LSA OSPF. - Những khó khăn đối với OSPF bắt đầu được khắc phục khi rất nhiều các kỹ sư mạng triển khai và quản lý các sản phẩm mạng chạy OSPF. OSPF là một giao thức thích ứng, nó điều chỉnh các vấn đề trong mạng và cung cấp thời gian hội tụ ngắn để ổn định các bảng định tuyến. Nó được thiết kế để chống hiện tượng loop. OSPF được bao bọc trong IP datagram và trường protocol ID của IP đối với OSPF là 89, nó có khả năng định tuyến TOS và đánh địa chỉ mạng con. U* Hoạt động của OSPF: OSPF hoạt động trên các mạng broadcast và non-broadcast, nó cũng hoạt động trên các link điểm-điểm. Các đường quay số, các kết nối ISDN theo yêu cầu và các kết nối ảo chuyển mạch của X25, frame relay, ATM tạo ra môi trường on-demand cho OSPF. ý tưởng chính của OSPF là nó sẽ cấm một số lưu lượng gói thông báo giữa các router được kết nối đến link theo yêu cầu. Tiếp cận này cho phép kink yêu cầu thụ động (lớp 2 không hoạt động) nhưng vẫn giữ mối quan hệ với OSPF. Khi link này hoạt động trở lại OSPF sẽ gửi đi các thông báo trạng thái đường trên link này. Hoạt động của OSPF biến đổi phụ thuộc vào loại mạng mà nó hoạt động,dưới đây đưa ra một số hoạt động của OSPF thực hiện với tất cả các loại mạng. OSPF thực hiện một giao thức ‘hello’, nó là một giao thức bắt tay,và sau đó thực hiện ‘ping’ với các router kế cận để biết chắc rằng link hoặc router nào đó đang hoạt động. Sau khi thực hiện ‘hello’ hoàn thành, các router đồng tầng được xem như ‘merely adjacent’ có nghĩa là các router này đã hoàn thành một phần đồng bộ chứ chưa phải tất cả. Tiếp theo,các router trao đổi thông tin mô tả hiểu biết của chúng về miền định tuyến. Thông tin này được đặt trong các bản tin LSA, nó không phải là thông tin mô tả toàn bộ cơ sở dữ liệu trạng thái đường nhưng nó chứa đủ thông tin để router thu biết liệu cơ sở dữ liệu trạng thái đường của nó có đúng với cơ sở dữ liệu của các router đồng tầng với nó không. Nếu có thì các kế cận được xác định là ‘fully adjacent’. Các router này sau đó thực hiện trao đổi các LSA chứa cập nhật trạng thái đường và thực sự trở thành các kế cân đầy đủ. Các hello được phát theo định kỳ để giữ cho các router đồng tầng hiểu biết lẫn nhau. Các LSA được tạo ra phải được gửi đến các router đồng tầng với nó 30s một lần nhằm đồng bộ các cơ sở dữ liệu trạng thái đường. Hình 2.10: Hoạt động cơ bản của OSPF U* Các vùng OSPF: Các công ty với các hệ thống lớn có thể hoạt động với nhiều mạng,nhiều router và host. Để quản lý một mảng rộng các phần tử thông tin này thì phải sử dụng rất nhiều LSA. OSPF thực hiện phân chia các AS thành các phần nhỏ hơn gọi là vùng, nhờ đó làm giảm tổng số lưu lượng định tuyến được gửi qua AS vì các vùng được cách ly với nhau. Nó làm giảm số thông tin router phải duy trì đầy đủ về AS. Do đó thông tin được phát giữa các router để duy trì các bảng định tuyến OSPF giảm . OSPF sử dụng multicast để hạn chế xử lý gói LSA tại các node không cần thiết kiểm tra các gói định tuyến tương ứng đối với mạng broadcast. Còn đối với các mạng non-broadcast thì OSPF sử dụng lọc gói để giảm số các gói định tuyến được trao đổi giữa các router trong vùng. Vùng ‘stub’ là vùng mà thông tin định tuyến trên các tuyến ngoài không được gửi đi. Thay vào đó, ABR tạo ra một tuyến mặc định đến các đích ngoài vùng và các tuyến trong vùng ‘stub’ sử dụng tuyến này. Các nhà quản lý mạng có thể thiết lập ABR để tránh không cho nó gửi thông báo tuyến tóm tắt vào trong vùng ‘stub’. Các thông báo tuyến tóm tắt này được thiết kế như LSA loại. OSPF yêu cầu tất cả các mạng được kết nối bằng một vùng backbone, nó được xem như một bộ các node liên tục và kết nối các link để thông tin qua backbone với nhau. Các vùng nối đến backbone phải là các vùng ‘stub’, do đó OSPF hỗ trợ sử dụng các tuyến ảo để các gói định tuyến có thể được gửi từ vùng này sang vùng khác không phải qua backbone. Các tuyến ảo chạy giữa các router và cho phép các gói LSA tóm tắt được xuyên hầm qua các vùng. Trong khi thông tin định tuyến được gửi xuyên hầm thì lưu lượng người dùng vẫn chọn được đường vật lý tốt nhất. Các tuyến ảo có thể được sử dụng để duy trì kết nối giữa các vùng nếu backbone có thể được chia ra, nó được kết nối logic với các tuyến ảo. Các mạng ngoài kết nôi với các AS OSPF không phải là thành viên của AS này. Các router AS OSPF phát hiện ra các mạng này qua giao thức EGP và sau đó thông báo các mạng trong AS với các LSA ngoài. U* Thiết lập link-cost và tỉa cây: Mỗi tuyến đầu ra tại mỗi router có một giá trị được gán biểu diễn một metric (kết hợp của một vài tham số TOS). Giá trị này có thể được thiết lập bởi các nhà quản lý mạng. Về mặt kỹ thuật, có thể thiết lập các link-cost một cách động dựa trên độ dài hàng đợi,trễ gây ra bởi các router và các tiêu chuẩn hiệu năng khác. Mặc dù vậy, các metric động rất khó quản lý, chúng không được sử dụng trong các mạng phi kết nối. Các mạng hướng kết nối có thể sử dụng các metric động hiệu quả vì băng tần được thiết lập do mỗi kết nối và OSPF có thể sử dụng cho các thông báo. Một khi một kết nối được thiết lập, nó dựa trên một tuyến tĩnh. Người sử dụng khác có thể yêu cầu kết nối, trong thời gian đó OSPF có thể tìm thấy một tuyến tốt hơn vì vậy người sử dụng thứ 2 có thể có một đường khác. Các cost có thể được kết hợp với các mạng thuộc các AS khác nhau, chúng khả dụng nhờ giao thức EGP. Cost càng thấp càng tốt,có nghĩa là các giao diện thông báo một cost thấp có nhiều khả năng được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng. Nhưng tổng số tất cả các link-cost giữa 2 host bất kỳ quyết định lưu lượng được định tuyến thế nào qua mạng. AS không nhất thiết phải chia vùng, nếu không chia vùng thì cơ sở dữ liệu trạng thái đường sẽ trùng nhau đối với tất cả các router trong AS. Mỗi router tạo ra một bảng định tuyến sử dụng cơ sở dữ liệu cấu hình. Bảng định tuyến được tạo ra dựa trên các hoạt động của cây spanning, nó phản ánh cây bị tỉa của mạng * Các gói OSPF: Hình 2.11 dưới đây minh hoạ 20byte tiêu đề gói OSPF, mỗi gói LSA OSPF được gắn vào tiêu đề này. Hình 2.11: Tiêu đề LSA Hình 2.12: Định dạng gói LSA Trường LS age chỉ ra thời gian từ khi bắt nguồn của LSA tính theo giây (từ 0 đến 30). Nếu nó vượt quá 30s thì router nguồn sẽ gửi lại LSA và thiết lập trường này bằng 0. Trường option được sử dụng để chỉ ra LSA nên được xử lý theo một cách xác định. Trường link state ID được sử dụng để phân biệt các LSA cùng có LS type như nhau và được bắt nguồn từ một router xác định, thực tế nó thường chứa thông tin địa chỉ. Trường advertising router chứa giá trị router ID của router nguồn. Trường LS sequence number được tăng lên bởi router nguồn của LSA bất cứ khi nào nó muốn cập nhật LSA. Do đó một số thứ tự lớn hơn trong một LSA chỉ ra rằng nó mới hơn LSA có giá trị tương ứng nhỏ hơn. Trường LS checksum được sử dụng tại phía thu để kiểm tra tiêu đề và dữ liệu LSA bị sai.Nó cũng được lưu trong cơ sở dữ liệu trạng thái đường của tất cả các router để (a) quyết định 2 LSA với cùng số thứ tự là xác định,nó cũng sử dụng LS age cho mục đích này (b) quyết định một cách định kỳ xem phần cứng và phần mềm của router có làm hỏng thực thể LSA trong cơ sở dữ liệu. Trường length xác định độ dài của tiêu đề và nội dung của LSA. Nội dung của các trường gói OSPF theo sau tiêu đề rất khác nhau phụ thuộc vào loại gói LSA, vai trò này được gán cho router nếu router trên link điểm-điểm hoặc trên một mạng con chia sẻ. Sau 20byte tiêu đề LSA là các trường sau. Trường number of link xác định router nguồn đang báo cáo bao nhiêu link. Trường link ID có giá trị biến đổi, nó chứa router ID của router kế cận. Trường link data cũng biến đổi phụ thuộc loại thông báo. Trường link type xác định loại link. TOS metric không được sử dụng trong Internet và bị loại bỏ khỏi hoạt động của OSPF cũng như IPv6. U* Tương tác với các giao thức định tuyến khác: OSPF và RIP thường được sử dụng trong cùng AS. RFC1745 xác định tương tác giữa OSPF và BGP và IDRP (inter domain routing protocol ) với IDRP là một biến thể được ưa dùng của BGP. Phần lớn các router high-end hỗ trợ hoạt động phân tán tuyến, có nghĩa là bất kỳ thông tin giao thức định tuyến IP-based nào có thể được tái phân tán vào bất kỳ giao thức định tuyến IP-based khác. OSPF có thể nhập/xuất các tuyến qua RIP, IGRP, EIGRP cho các hoạt động trong miền. Đối với các hoạt động giữa các miền, OSPF có thể xuất/nhập các tuyến qua BGP. OSPF thực hiện các hoạt động bảo mật để tránh các router và các node không được xác nhận gây nguy hiểm cho một miền định tuyến. Router OSPF có thể được cấu hình để hỗ trợ nhận thực password ở dạng cleartext, khoá bí mật, MD5… U* Cấu hình một miền định tuyến OSPF: Để cấu hình một miền định tuyến OSPF các router được cấu hình để thực hiện các nhiệm vụ sau - Cho phép OSPF.Để cho phép OSPF hoạt động trên một router thì nhiệm vụ này phải được cấu hình, nó xác định miền địa chỉ được kết hợp với tiến trình định tuyến và area ID được kết hợp với miền địa chỉ IP. Các tham số này được thiết lập cho mỗi giao diện mà OSPF hoạt động. - Cấu hình các tham số giao diện OSPF . - Cấu hình OSPF qua các mạng vật lý khác nhau. - Cấu hình các tham số vùng OSPF - Cấu hình không đến vùng stubby - Cấu hình tóm tắt tuyến giữa các vùng OSPF. Nếu địa chỉ IP trong một vùng là liên tục thì tóm tắt tuyến cho phép thông báo của một tuyến được tóm tắt đều được thông báo cho một vùng khác nhờ ABR. Để thực hiện nhiệm vụ này, nhà quản lý mạng cấu hình miền địa chỉ cho tuyến tóm tắt sẽ được thông báo. - Cấu hình tóm tắt tuyến khi tái phân bố các tuyến cho OSPF. Các tuyến được thông báo vào một miền OSPF được thông báo độc lập trong các gói LSA ngoài riêng biệt. Nhiệm vụ này cấu trúc lên OSPF để thông báo một tuyến đơn cho tất cả các tuyến được tái phân bố cùng với prefix mạng đơn. - Tạo link ảo. Nhiệm vụ này tạo ra một link ảo giữa các ABR và các link ảo phải được cấu hình trong cả hai router, thông tin cấu hình bao gồm ID của ABR khác và vùng non-backbone. Các tuyến ảo không thể được thiết lập qua vùng stub. - Tạo một tuyến mặc định. Nhiệm vụ này được sử dụng để tạo ra một tuyến mặc định trên miền OSPF. Thậm chí một router có thể là router biên AS, nó không tạo ra mặc định một tuyến mặc định trong miền. - Cấu hình tìm kiếm tên DNS. Các router có một số các lệnh cho phép nhà quản lý mạng xem hiển thị của các router. Tên miền của các router DNS có thể được hiển thị với nhiệm vụ này. - Điều khiển các metric mặc định. Các router high-end cho phép nhiệm vụ này được cấu hình dựa trên băng tần của link trên mỗi giao diện trên router. - Cấu hình OSPF trên giao diện Ethernet đơn. Nhiệm vụ này tạo ra một giao diện OSPF trên một mạng con Ethernet và cho phép các thiết bị trên đoạn Ethernet nhìn thấy nhau với các gói hello OSPF . - Cấu hình đồng hồ định thời tính toán tuyến. Nhiệm vụ này được sử dụng để xác định thời gian OSPF bắt đầu tính toán đường ngắn nhất đầu tiên từ khi thu 1 LSA biểu diễn một biến đổi cấu hình. Nó có thể được sử dụng để thiết lập thời gian giữa 2 tính toán SPF. - Cấu hình OSPF qua các kênh theo yêu cầu. Cấu hình hoạt động nhiệm vụ này chỉ là vào một lệnh . - Nạp các thay đổi kế cận. Các router có các phương tiện gỡ rối mở rộng, nhiệm vụ này có thể được cấu hình nếu các phương tiện mở rộng không được yêu cầu và các nhà quản lý mạng chỉ muốn biết khi nào trạng thái của kế cận OSPF biến đổi. - Giám sát và bảo dưỡng OSPF. Nhiệm vụ này cung cấp thông tin trên một mạng rộng,bao gồm nội dung của các bảng định tuyến của các router và cơ sở dữ liệu trạng thái đường. Nó cũng chỉ ra thông tin trên các giao diện router đến các kế cận bao gồm các link ảo. 2.4.5 BGP (Border Gateway Protocol) BGP là giao thức định tuyến giữa các miền,nhiệm vụ của nó là thông tin giữa các router trong các AS khác nhau. BGP được đề cập đến như một giao thức định tuyến véc tơ đường vì BGP thông báo khả năng đạt tới một mạng đích bắng cách chứa một danh sách các AS mà các gói phải chuyển qua để đến đích. Thông tin véc tơ đường rất hữu ích vì loop có thể được tránh bằng cách nhìn vào số AS trong cập nhật định tuyến BGP. Các đặc tính chức năng của BGP. - Giao thức định tuyến véc tơ đường. - Hỗ trợ định tuyến dựa theo chính sách, nó ảnh hưởng đến việc lựa chọn các tuyến bằng cách điều khiển phân bố các tuyến đến các router BGP khác nhau. - Sử dụng của TCP để trao đổi thông tin định tuyến tin cậy giữa các router BGP - Hỗ trợ tập hợp CIDR và VLSM. - Không hạn chế về cấu hình mạng. Một mạng gồm một số AS chạy BGP được chỉ ra trong hình 2.13: Hình 2.13: Mạng BGP AS#1 BGP BGP BGP IBGP IBGP IBGP AS#1 BGP BGP BGP IBGP IBGP IBGP EBGP Các router BGP trong các AS khác nhau thiết lập mối quan hệ EBGP và các router trong một AS thiết lập mối quan hệ I BGP. Để đảm bảo các router trong cùng AS duy trì cùng thông tin định tuyến, mỗi router BGP trong AS phải thiết lập mối quan hệ IBGP với các router khác trong AS. Mặc dù vậy để định tuyến các gói trong một AS thì các giao thức định tuyến trong miền được sử dụng chứ không phải BGP. Khi mạng được khởi đầu,các router kế cận mở một kết nối TCP với nhau và thiết lập toàn bộ cơ sở dữ liệu định tuyến. Sau đó, chỉ những biến đổi về cấu hình hoặc chính sách là được gửi đi trong bản tin cập nhật BGP. Bản tin này có thể thông báo hoặc rút bỏ khả năng đạt đến một mạng đặc biệt, nó có thể chứa các đặc tính đường được sử dụng bởi các router BGP để xây dựng và phân phối bảng định tuyến dựa trên các chính sách đặc biệt. Phiên bản hiện thời của BGP là BGP 4. BGP là giao thức giữa các AS, nó có một số ưu điểm so với các giao thức trước nó. Thứ nhất, nó có thể hoạt động với các mạng có cấu hình loop. Thứ hai, một node thu được nhiều hơn một đường có thể từ các thông báo đến một đích thì có thể chọn một đường tốt nhất. Thứ ba, BGP hỗ trợ CIDR và tập hợp địa chỉ. Hơn nữa, BGP không quan tâm loại giao thức trong AS được sử dụng là loại gì hay có một hay nhiều giao thức IGP được sử dụng. BGP được thiết kế để chạy các giao thức lớp vận tải tin cậy như TCP. Do đó, nhà quản lý mạng BGP không cần thiết quan tâm đến phân mảnh hay thu lưu lượng có chính xác không… Các vấn đề loại này được xử lý bởi lớp vận tải. BGP hoạt động bằng cách xây dựng một sơ đồ các AS. Sơ đồ này xuất phát từ thông tin định tuyến được trao đổi giữa các router BGP trong các AS, BGP xem toàn bộ Internet như một sơ đồ của các AS với mỗi AS được xác định bởi số AS. Sơ đồ giữa các AS cũng được gọi là cây, trong khi các AS thường được kết nối với nhau trong một quan hệ kế cận thì router BGP có thể được cấu hình để bỏ qua các router trung gian trong cây AS. BGP có một số ưu điểm so với các giao thức véctơ khoảng cách: - BGP gửi các bản tin chỉ khi có biến đổi. - BGP có khả năng lựa chọn đường loop-free thậm chí khi hệ thống có thể có các loop vật lý. - BGP cung cấp các đường dự phòng để sử dụng khi đường hoạt động bị lỗi mà không cần đợi cho các bảng định tuyến mạng ổn định sau khi sự cố chấm dứt. - Các quyết định định tuyến có thể dựa trên các cân nhắc về chính sách và không nhất thiết chỉ dựa vào số hop ít nhất. Điều này rất quan trọng đối với các mạng công cộng, nơi mà các ISP đưa vảo các thoả thuận đồng tầng với nhau. Các thoả thuận này có thể được hỗ trợ với các chính sách định tuyến BGP. - Một router BGP đưa vào một mối quan hệ với router khác qua cấu hình bằng tay mà không phải tự động. Nó cũng rất quan trọng trong Internet để hỗ trợ hoặc từ chối các thoả thuận đông tầng. Các giao thức định tuyến còn phải biết về các kế cận của nó và trao đổi thông tin với chúng như thế nào. BGP không là một ngoại lệ, nó hỗ trợ 2 loại kế cận là kế cận bên trong (cùng AS) và kế cận ngoài (khác AS). Các kế cận trong có thể không kế cận về mặt vât lý, chúng có thể được đặt bất cử đâu trong AS. Các kế cận ngoài kế cận nhau và cùng chia sẻ một mạng con. BGP sử dụng khái niệm speaker để thông báo thông báo thông tin định tuyến, speaker nằm trong router và nó phục vụ như các điểm ra cho các mạng đặc biệt phía ngoài AS. Kết nối giữa các speaker BGP của các AS khác nhau gọi là các link ngoài và giữa các speader trong một AS gọi là link trong. CHƯƠNG 3 CHUYỂN 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 sự 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 các 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 là 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 bộ chuyển mạch IP này phải “bắt tay” nhau cùng cộng tác. Nhưng đối với kiểu chuyển mạch IP ảo, một đường chuyển mạch xuyên suốt 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 xuyên 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 cấp việc phát chuyển tiếp IP mặc định thông thường cho lưu lượng vào 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 bỏ 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 là kiểm tra một số trường trong tiêu đề gói để quyết định liệu các gói có nên đặt vào 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 truyền qua một kết nối ảo. - Tại đầu ra, nhận các gói qua đường chuyển mạch lớp 2 và thực 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: 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) Giả 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 đường này sẽ được thiết lập giữa các thiết bị đầu vào và đầu ra của mạng. Các gói đến đầu vào của mạng được phân loại ra hai đường là chuyển tiếp IP lớp 3 mặc định hoặc chuyển mạch lớp 2, việc phân loại này dựa trên các địa chỉ IP nguồn/đích hoặc các tiền tố mạng đích. Các gói được phân loại là đường chuyển mạch lớp 2 được chuyển qua đường chuyển mạch. Các gói khác chuyển qua lớp 3 sử dụng các thủ tục chuyển tiếp IP thông thường. Khi các gói đến đầu ra mạng, chúng được gửi đến lớp 3 để xử lý IP thông thường và được chuyển phát đến đích. Một chuyển mạch IP không hoạt động ở chế độ tự trị, do đó cần có các chức năng bổ sung tại đầu vào và đầu ra mạng nhằm cho phép các gói vào hệ thống chuyển mạch IP, chuyển tiếp giữa các chuyển mạch lớp 2 hoặc định tuyến lớp 3 và sau đó thoát ra. 3.1.3 Đường tắt Trong môi trường định tuyến IP thông thường, gói tin từ mạng nguồn được chuyển tiếp theo từng chặng (hop-by-hop) qua một chuỗi các bộ định tuyến (router) đến mạng đích. Một khi gói tin đến mỗi bộ định tuyến, bộ định tuyến phải tiến hành kiểm tra bảng định tuyến, kiểm tra tiêu đề, giảm TTL (Tham số chỉ thời gian sống của gói tin để chống lặp), biên dịch theo các phương tiện truyền dẫn cụ thể, ... Những công việc này làm nảy sinh thời gian trễ hội tụ và thời gian truy cập gói tin khi qua một đường định tuyến. Thời gian trễ lớn dẫn đến hiệu năng truyền thấp, băng thông nhỏ chính là hạn chế của phương pháp IP thông thường. Để giảm thời gian trễ của gói tin khi truyền qua bộ định tuyến phải bỏ qua các chặng định tuyến trung gian của gói tin càng nhiều càng tốt. Đường dẫn này chỉ có thể ở mức 2 và gọi là đường tắt (Shortcut path). Vậy, đường tắt là một đường dẫn kết nối ảo từ mạng nguồn đến đích bỏ qua các chặng định tuyến mức 3 trung gian. Một đường tắt như vậy có thể được thiết lập giữa hai Host, hai bộ định tuyến biên, hoặc kết hợp cả hai. Đường tắt phải có các thuộc tính sau: Bỏ qua chức năng định tuyến lớp 3 (lớp mạng) Đường tắt có thể được xây dựng dựa vào lưu lượng dữ liệu hoặc lưu lượng điều khiển. ở phương pháp thứ nhất, một phần dữ liệu được định tuyến qua đường dẫn lớp 3 trước khi hệ thống chuyển mạch IP thiết lập một đường tắt. ở phương pháp thứ hai, đường tắt được thiết lập dựa vào lưu lượng điều khiển (như cập nhật bảng định tuyến) do đó, tất cả dữ liệu đều được truyền qua nó. Nếu một đường dẫn tắt giữa bộ định tuyến biên vào và ra mạng không tồn tại hoặc đột ngột bị mất thì lưu lượng vẫn được định tuyến đến đích theo đường định tuyến lớp 3 bình thường. Đường tắt có thể cùng đường vật lý (cùng Node và liên kết) với đường dẫn định tuyến (Chuyển mạch IP) hoặc có thể tách biệt nhau (Chuyển mạch IP ảo) Một đường tắt từ biên vào và ra mạng có thể là một đường dẫn xuyên suốt hoặc được tạo nên bởi sự kết nối một chuỗi các đường tắt nhỏ hơn. Đường tắt có thể theo cấu hình điểm đến điểm, điển đến đa điểm hoặc đa điểm đến điểm. Hỗ trợ tính năng QoS, CoS cho dịch vụ sử dụng. 3.2 Các mô hình địa chỉ của chuyển mạch IP Để hợp tác với nhau thì yêu cầu các thiết bị ATM và IP phải biết được địa chỉ của nhau khi cần thiết nghĩa là có cơ cấu địa chỉ sao cho chúng có thể chuyển đổi lẫn nhau một khi có yêu cầu. Một mạng có sử dụng dịch vụ chuyển mạch IP với kỹ thuật ATM phải hỗ trợ với một không gian địa chỉ IP nhỏ nhất. Địa chỉ IP có thể gắn với một địa chỉ ATM của gói tin với một đích hoặc hoặc nguồn cụ thể, hoặc sự ánh xạ từ địa chỉ IP của đến nối đến một kết nối ảo (được đánh dấu bởi các thẻ VCI/VPI). Bởi vậy cho nên có hai kiểu đánh địa chỉ cơ bản là : kiểu địa chỉ tách biệt (Separated) và kiểu chuyển đổi IP thành VC (IP-VC). 3.2.1 Địa chỉ riêng Trong chế độ này, cả hai loại địa chỉ IP và ATM đồng thời được sử dụng trong mạng. Do vậy, một bộ định tuyến hoặc một máy chủ khi gắn vào một mạng ATM phải được xác định bởi cả hai loại địa chỉ là IP và ATM. Nếu kênh PVC không được thiết lập từ trước thì một máy chủ IP nguồn phải biết địa chỉ ATM của máy chủ IP đích mà nó muốn liên lạc. Do vậy, cần một ánh xạ địa chỉ từ IP đến ATM để máy chủ IP nguồn có thể yêu cầu một kết nối SVC đến máy chủ IP đích cần liên kết. Máy chủ IP có thể làm được công việc này nhờ vào cấu hình mạng mà nó đã biết hoặc nhờ vào việc truy cập đến bảng ánh xạ địa chỉ IP-ATM của Server phân giải địa chỉ (ARS: Address Resolution Server). Trong thực tế, cần hai giao thức tách biệt để định tuyến cho các mạng đích IP và ATM mặc dù có thể có giao thức định tuyến đơn có thể hỗ trợ cả hai loại trên (Ví dụ I-PNNI: Intergrated PNNI). Chế độ địa chỉ tách biệt có các đặc điểm sau: Mỗi thiết bị được sử dụng ở mạng phải được xác định bởi địa chỉ IP và ATM. Sử dụng các giao thức định tuyến tách biệt cho hai loại địa chỉ khác nhau. Cụ thể OSPF, BGP, ... cho IP và UNI, PNNI cho địa chỉ ATM. Trong thực tế, việc sử dụng cơ cấu “yêu cầu máy chủ Server thực hiện” làm xuất hiện độ trễ cho gói tin khi thiết lập đường định tuyến bình thường giữa 2 máy chủ trên cùng một mạng con hay đường tắt giữa thiết bị nguồn và đích. Chế độ địa chỉ tách biệt được sử dụng kiểu chuyển mạch IP kiểu chồng phủ ví dụ như giải pháp MPOA (Multi Protocol Over ATM). 3.2.2 Ánh xạ địa chỉ IP sang VC Trong chế độ này, các thành phần mạng và gói tin chỉ được xác đình bởi địa chỉ IP. Các gói tin được truyền ở một đường dẫn tắt tách biệt, một VC, được thiết lập dựa vào nội dung của lớp IP trong tiêu đề của gói tin. Các giao thức điều khiển được sử dụng để đưa các gói tin IP đến các đường dẫn tắt mà không cần sử dụng địa chỉ ATM hoặc giao thức của diễn đàn ATM tuy nhiên, có sử dụng các giá trị VPI/VCI để liên kết thông tin lớp IP với một kết nối VC. Đặc điểm của chế độ địa chỉ IP-to-VC là: Chỉ sử dụng một địa chỉ duy nhất là địa chỉ IP Chỉ sử dụng một giao thức định tuyến để thông báo địa chỉ mạng IP Sử dụng giao thức ánh xạ IP-to-VC để liên kết gói tin IP với một đường tắt. Chế độ địa chỉ chuyển đổi này được sử dụng trong tất cả bộ chuyển mạch IP ngang hàng với nhau và những khi không sử dụng giao thức của diễn đàn ATM hoặc sử dụng để thiết lập một đường dẫn tắt. Các giải pháp chuyển mạch IP sử dụng chế độ địa chỉ này rất nhiều như IFMP, GSMP,... 3.3 Các mô hình chuyển mạch IP Có hai chế độ cơ bản của chuyển mạch IP, chúng khác nhau ở cách sử dụng hoặc không sử dụng các giao thức của diễn đàn ATM và thuộc kiểu cấu trúc thiết bị chuyển mạch IP hay chuyển mạch IP ảo. Đó là chế độ ngang hàng (Peer) và chồng phủ (Overlay). 3.3.1 Mô hình xếp chồng Chế độ chồng phủ của chuyển mạch IP là chế độ mà lớp IP chạy trên đầu lớp ATM. Hay nói cách khác, nó bao gồm các thiết bị IP với địa chỉ IP chạy giao thức định tuyến IP và thiết bị ATM (như máy chủ IP, bộ định tuyến IP, chuyển mạch ATM) với địa chỉ ATM chạy các giao thức báo hiệu và định tuyến ATM. Do vậy, có thể nói chế độ chồng phủ là chế độ đơn giản nhất bởi vì các thành phần IP và ATM đều sẵn có và chạy hầu hết các giao thức cơ bản. Tuy nhiên có nhược điểm là hiệu năng hoạt động không cao bởi sẽ có nhiều chức năng được lặp lại bởi luôn tồn tại 2 kiểu địa chỉ và chạy trên 2 bộ giao thức cùng chức năng. Đặc điểm của chế độ chồng phủ: Sử dụng chế độ địa chỉ tách biệt Chạy các giao thức định tuyến tách biệt: IP (OSPF, BGP,...), ATM (PNNI), nghĩa là sử dụng hai cấu hình tách biệt và mỗi cấu hình không quan tâm đến nhau. Ví dụ, một bộ định tuyến IP chạy giao thức OSPF chỉ biết cấu hình của mạng IP mà không biết và không thấy chuyển mạch ATM. Nếu sử dụng SVC thì yêu cầu có sự phân giải địa chỉ giữa IP - ATM và thực hiện giao thức định tuyến/ báo hiệu UNI/PNNI để thiết lập đường định tuyến bình thường cũng như đường dẫn tắt. Thông thường sử dụng cho cấu trúc chuyển mạch IP ảo Hỗ trợ các đường định tuyến mặc định (Lớp 3) và đường tắt (Lớp 2) Có cùng một phiên bản cho kỹ thuật IP trên các mạng đa truy nhập không quảng bá khác (NBMA). Một ví dụ của chế độ chồng phủ được minh hoạ như hình vẽ 3.3 sau: Hình 3.3: Ví dụ về chế độ xếp chồng của chuyển mạch IP Trong ví dụ này, sử dụng chế độ địa chỉ tách biệt và dựa trên thiết bị mạng IP và ATM có sẵn.Đường định tuyến mặc định giữa biên vào và ra mạng xuyên qua một chuỗi các IPCP #1 và IPCP#2 (IPCP: Điểm điều khiển giao thức IP). Đường dẫn tắt được thiết lập giữa biên vào và ra, bỏ qua các chặng định tuyến trung gian là IPCP #1 và IPCP#2. Tại đầu vào mạng, biên vào phải xác định được địa chỉ ATM của biên ra, sau đó nó thực hiện các giao thức định tuyến và báo hiệu ATM để thiết lập đường chuyển mạch lớp 2 qua các bộ chuyển mạch ATM 1,3 và 4. Trong trường hợp này, gói tin được truyền qua đường tắt không cùng liên kết vật lý và Node như khi nó được truyền qua đường định tuyến mặc định lớp 3. Điều này cũng rất hợp lý bởi vì giao thức định tuyến và báo hiệu ATM quyết định đường SVC từ biên vào đến biên ra chỉ phụ thuộc vào cấu hình mạng ATM mà không phụ thuộc vào cấu hình mạng IP. 3.3.2 Mô hình đồng cấp Trong chế độ này, các bộ chuyển mạch IP thành phần chỉ sử dụng địa chỉ IP và giao thức định tuyến IP. Chế độ ngang hàng cũng sử dụng một giao thức điều khiển riêng để thực hiện sự ánh xạ lưu lượng IP vào các đường tắt. Đặc điểm của chế độ ngang hàng: Chỉ sử dụng một kiểu địa chỉ duy nhất: địa chỉ IP Chỉ sử dụng một giao thức định tuyến Chuyển mạch IP sử dụng các giao thức điều khiển đặc biệt để ánh xạ các gói tin vào các đường tắt: đường chuyển mạch lớp 2. Hỗ trợ cả đường định tuyến mặc định và đường tắt. Hình vẽ 3.4 sau minh hoạ chế độ ngang hàng. Hình 3.4: Ví dụ về chế độ ngang hàng của chuyển mạch IP Địa chỉ IP-VC được thực hiện bởi vì không có sự có mặt của thành phần chuyển mạch ATM và chạy các giao thức của diễn đàn ATM. Ở ví dụ này, đường dẫn tắt trùng với đường định tuyến mặc định xét về tính vật lý của node và liên kết. Sỡ dĩ có sự giống nhau bởi vì trong chế độ này ta chỉ dùng một giao thức định tuyến IP để tính một đường dẫn tối ưu đến một đích dựa vào cấu hình mạng IP. Bảng 3.1 sau đây sẽ đưa ra sự so sánh tóm tắt giữa các chế độ chuyển mạch IP. Thuộc tính Overlay Peer Chế độ địa chỉ Địa chỉ tách biệt (IP và ATM) Địa chỉ đơn (IP) và sử dụng ánh xạ trực tiếp IP-to-VC Giao thức định tuyến Yêu cầu cả IP và ATM Chỉ yêu cầu IP Yêu cầu các giao thức của ATM Có Không Yêu cầu các giao thức đặc biệt IP-to-Shortcut Không Có Đường định tuyến lớp 3 và đường chuyển mạch lớp 2 Không trùng nhau Trùng nhau Các thành phần chuyển mạch IP Chuyển mạch IP ảo, bộ định tuyến, máy chủ Chuyển mạch IP, bộ định tuyến, máy chủ Triển khai ở các mạng MPOA, Bộ định tuyến gán với mạng ATM Chuyển mạch IP chạy IFMP/GSMP, ARIS, ... 3.4 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 và 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 hình 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 này thuộc 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 biên 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 yêu 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 lại được truyền qua đường chuyển mạch lớp 2. RB1B RB2B RN : N gói tín : N gói tín Nguồn 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 liệu 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 cầuchuyển 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 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 phạm 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 thiết 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 sử 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 phối tới các chuyển mạch IP khác trong miền định tuyến. Tất cả lưu lượng đã 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 trên 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 và phân phối tới các thành phần của chuyển mạch IP trong miền định tuyến. Bước 3: Đầu vào 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 một 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 thì giải pháp theo cấu hình là tốt hơn. Bởi vì số 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 thể cho phép các mức cao hơn sử dụng các kết nối đa điểm đến điểm (ví dụ sự hợp nhất VC) để dùng 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 lãng 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 định 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 vì chuyển trực tiếp các gói đến địa chỉ IP của chặng tiếp theo, đầu vào chuyển mạch IP được bổ sung thêm vào các thẻ mới và đặt các gói lên một 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. 3.5 Một số giải pháp trong chuyển mạch IP Chuyển mạch IP là một kỹ thuật cho phép cung cấp một hiệu năng thực hiện tốt hơn và dung lượng lớn hơn lưu lượng IP. Kỹ thuật IP xuất phát từ sự cải tiến chu trình xử lý theo từng gói tin tại mỗi bộ định tuyến mà không đi theo hướng tìm cách cải thiện tốc độ của bộ định tuyến. Quyết định thiết kế chuyển mạch IP tại thời điểm hiện nay đó là tái sử dụng các thiết bị chuyển tiếp Multigigabit đã có với kỹ thuật chuyển mạch ATM tạo thành cơ chế chuyển tiếp gói tin có dung lượng rất lớn và hiệu năng thực hiện rất cao. Nhưng chuyển mạch ATM không phải là cơ chế chuyển tiếp một gói tin bất kỳ mà nó chuyển mạch các tế bào từ một cổng vào đến một cổng ra tương ứng. Do vậy, trong tiêu đề của gói tin không có thông tin nào dành cho việc chuyển tiếp goi tin IP. Trường quan trọng nhất trong tế bào ATM đó là các số xác định kết nối (VCI/VPI) hay còn gọi là nhãn (label/tag). Nó gán nội dung của tế bào với một kết nối đầu cuối-đầu cuối ảo. Bởi vậy, để một chuyển mạch ATM thành một bộ định tuyến (hoặc một phần của hệ thống định tuyến), cần phải xây dựng một thành phần điều khiển để liên kết đường chuyển tiếp cho các luồng lưu lượng IP riêng lẻ hoặc hội tụ với một kết nối IP ảo. Trên thực tế, tất cả các giải pháp chuyển mạhc IP bao gồm cả MPLS đều có cơ chế điều khiển đơn giản là gán các luồng lưu lượng IP vào các kết nối ATM ảo. Khái niệm về sự ánh xạ một luồng các gói tin thành một tế bào nhỏ, tiêu đề cố định được đưa ra lần đầu tiên ở chuyển mạch thẻ (Cisco) và sau đó là chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS của IETF) cho phép lien kết các luồng lưu lượng IP với bất kỳ phương tiện truyền dẫn nào. Một đường chuyển mạch (LSP) tương tư như một ATM VC có thể được thiết lập xuyên qua một chuỗi các bộ định tuyến để truyền gói tin mức 2. kết quả đạt được sự gắn kết giữa IP và chuyển mạch ATM – một sự ánh xạ giữa cơ chế chuyển tiếp gói tin không hướng kết nối với tiêu đề phức tạp trên một kiến trúc hướng kết nối ổn định đơn giản. Đảm bảo quan điểm cơ bản của IP đó là trạng thái mềm (Soft-state) được thực hiện bằng cách các thiết bị ngang hàng vẫn yêu cầu sự gán kết các đoạn doc theo một đường dẫn từ biên vào mạng đến biên ra mạng chuyển mạch. Nhưng cũng có các giải pháp khác đơn giản hơn đang nhanh chóng nổi lên cúng giải quyết vấn đề là địa chỉ chuyển mạch IP, Ethernet Gìgabit, thế hệ tiếp theo của Ethernet Crank hỗ trợ tốc đọ chuyển tiếp lên đến 1Gb. Với thiết bị này, có thể chuyển tiếp hàng triệu gói tin trong một giây ở lớp 3 từ mạng Ethernet này đến mạng Ethernet khác. Các bộ định tuyến Gigabit và Terabit ở trong mạng WAN được thiết kế cho mạng thế hệ sau sẽ hỗ trợ hàng chục thậm chí hàng trăm gigabit trong một giây cho tốc độ chuyển tiếp. Nó sẽ gắn trực tiếp vào mạng quang và hứa hẹn sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ với tốc đọ cực cao không chỉ cho dữ liệu mà cho tiếng nói và hình ảnh. Tuy nhiên mỗi giải pháp đều có ưu nhược điểm riêng và hiện nay, người ta chỉ triển khai giải pháp đầu là chuyển mạch IP ở lớp 2. Có nhiều giải pháp khác nhau của các công ty khác nhau để giải quyết vấn đề này. Cụ thể một số giải pháp của một số công ty nổi tiếng trên thế giới là: - Tag Switching (CISCO) - IFMP IP Switching (IPSILON) - IP Navigator (ASCEND) - CSR/FANP (TOSHIBA) - MPLS (IETF) Hình vẽ dưới đây mô tả cây phân loại chuyển mạch IP, các công nghệ liên quan và các giải pháp: Hình 3.7: Cây phân loại chuyển mạch IP Trong chương sau chúng ta sẽ tìm hiểu về chuyển mạch thẻ (Tag Switching) của hãng Cisco để làm một ví dụ minh họa cụ thể cho chuyển mạch IP. CHƯƠNG 4 CHUYỂN 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 và 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 bộ 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 tuyến mặc định. Ngoài ra chuyển mạch thẻ sử dụng thêm một giao thức điều khiển nữa là giao thức 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” và 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 và 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 luồng 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 là 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 hình 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 một 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, và 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 và 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 vào 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 cấp 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 liên kết với một tập các thẻ và khi được phân phối qua mạng, được thể hiện dưới dạng đường chuyển mạch xuyên suốt (end-to-end) cho từng 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 đã 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 phần 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 là 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 thiết 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 này 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 thức 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 kết khác được trao đổi với thẻ đầu ra và gói tin với thẻ mới tiếp tục được chuyển đi trên đường truyền. Hoạt động chuyển tiếp được minh hoạ như hình sau: Hình 4.2: Chuyển tiếp chuyển mạch thẻ c) Chuyển mạch thẻ: Bao gồm kiến trúc, các giao thức và các thủ tục để gán các thông tin lớp mạng vào các thẻ và chuyển tiếp gói sử dụng cơ cấu trao đổi thẻ. d) Bộ định tuyến chuyển mạch thẻ (Tag Switching Router-TSR): Là thiết bị chuyển mạch chạy các giao thức định tuyến đơn hướng và đa hướng, có khả năng chuyển tiếp gói tin ở lớp 3, cũng như có cấu tạo phần cứng và phần mềm hỗ trợ cơ chế tráo thẻ lớp 2. Một TSR có thể phân phối các thẻ liên kết với các luồng lưu lượng của các TSR lân cận và các TSR được kết nối. TSR có thể là các bộ định tuyến truyền thống, chuyển mạch ATM, hoặc các thiết bị định tuyến/chuyển mạch. e) Bộ định tuyến biên chuyển mạch thẻ (TER:Tag Edge Router): Là một TSR đặt tại vị trí vào hoặc ra mạng. TER có thể chuyển tiếp gói tin ở lớp 3, chạy các giao thức định tuyến đơn hướng, đa hướng chuẩn. Khi một gói tin lớp 3 đến bộ định tuyến biên vào, TER có nhiệm vụ gán thẻ cho gói tin đó bằng cách đọc thông tin trong tiêu để của gói tin và so sánh với bảng TIB. Từ đây, gói tin được truyền đi dựa vào nội dung của thẻ vừa gán trên đường chuyển mạch lớp 2. Tại đầu ra mạng, TER có nhiệm vụ loại bỏ thẻ đó và tiếp tục chuyển tiếp gói tin đến chặng tiếp theo trên đường đến đích. f) Thẻ của gói tin (Tag):Thẻ là một trường trong tiêu đề với độ dài cố định chứa trong một gói. Thẻ có thể mang giá trị là VPI/VCI trong tế bào ATM hoặc tiêu đề DLCI trong PDU của chuyển tiếp khung hoặc “shim tag” trong một gói của chuyển mạch thẻ (ở chuyển mạch thẻ thì “shim tag” được chèn vào giữa phần thông tin của lớp 2 và lớp 3) Hình vẽ 4.3 minh hoạ “shim tag”: Hình 4.3: Tiêu đề “Tag shim” “Tag shim” là trường có độ dài 32 bit trong đó 20 bit đầu tiên dùng để cấp phát thẻ, 3 bit cho COS (Class Of Services), 1 bit cho chỉ thị ngăn xếp, và 8 bit cho trường TTL(time to live).Vị trí của tiêu đề “tag shim” trong PPP hoặc khung Erthernet nói chung được minh hoạ như hình vẽ trên. g) Bảng thông