Hệ thống định tuyến tốc độ cao

Các Packet Forwarding Engine cung cấp các gói chuyển mạch layer 2 và layer 3, chuyển tiếp, và chức năng tìm kiếm đường. Các Packet Forwarding Engine được thực thi trong các ASIC có vị trí nằm trên các FPC và PIC. Mỗi Packet Forwarding Engine bao gồm các thành phần sau:  ASIC xử lý các gói lớp 2 và lớp 3, cái mà cho phép lớp 2 và lớp 3 đóng và mở gói, và quản lý việc phân chia và lắp ghép lại các gói trong bộ định tuyến T1600.  Các giao diện hàng đợi và bộ nhớ ASIC, quản lý đệm của các cell dữ liệu trong bộ nhớ và hàng đợi của các thông báo.  Bộ xử lý Internet T – series, cung cấp các chức năng tìm kiếm đường.  Giao diện chuyển mạch ASIC, cái mà trích xuất các khóa tìm đường và quản lý dòng các cell dữ liệu qua các kết cấu chuyển mạch.  Các phương tiện truyền thông cụ thể ASIC trên các PIC thực hiện chức năng kiểm soát phù hợp với các loại phương tiện truyền thông PIC

doc47 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 2358 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Hệ thống định tuyến tốc độ cao, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ến. 1.3.5 IS – IS (Intermediate System to Intermediate System) IS-IS là một giao thức định tuyến nội được phát triển năm 1980 bởi Digital Equipment. Sau đó ISIS được công nhận bởi tổ chức ISO như là một giao thức định tuyến chuẩn. ISIS được tạo ra nhằm các mục đích sau:  Xây dựng một giao thức định tuyến chuẩn. Có cơ chế định vị địa chỉ rộng lớn. Có cơ chế định vị có cấu trúc. Hiệu quả, cho phép hội tụ nhanh và có phí tổn thấp.  Mục tiêu ban đầu của ISIS là tạo ra một giao thức mà tất cả các hệ thống có thể dùng. Tuy nhiên, để có thể đảm bảo một yếu tố thực sự mang tính mở (open), ISO đã cố gắng tích hợp mọi đặc điểm mang tính thuyết phục của các giao thức định tuyến khác vào ISIS. Kết quả là ISIS là một giao thức khá phức tạp. Phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) dùng ISIS từ những năm ISIS được tạo ra. Điều này là do ISIS là một giao thức độc lập, có khả năng mở rộng và đặc biệt nhất là có khả năng định nghĩa “kiểu dịch vụ” trong quá trình định tuyến.   Cấu trúc của ISIS Level-1 Router Level-1 router giống stub router trong OSPF vì database của nó chỉ giới hạn đến area. Để đi ra ngoài một vùng khác, dùng default-route đến router level-2 gần nhất. Level 1-2 Router Loại router có đầy đủ thông tin trong database là level 1-2. Router này sẽ có các router láng giềng nằm trong các vùng khác nhau bởi vì nó gửi cả hello loại 1 và hello loại 2. Router level 1-2 này sẽ thông báo cho các level-1 router khác về các vùng mà nó liên kết, hơn nữa nó sẽ thông báo cho các level 2 router thông tin về vùng của nó. Level 2 Router Để truyền tải lưu lượng giữa các vùng, ta cần phải có level 2 router. Routing giữa các areas được gọi là interarea routing. Loại router này tương tự như router backbone trong OSPF. Level-2 router sẽ giao tiếp với nhau thông qua Hello. Database của các level-2 router phải giống nhau và chứa các network trong những areas khác. Các areas trong ISIS được định nghĩa trên các kết nối (link): Hình 1.6: Định nghĩa các vùng của ISIS Các level 2 router có khả năng gửi các thông tin cập nhật phải kết nối với nhau liên tục: Hình 1.7: ISIS-Backbone Các router thông thường trao đổi các thông tin với nhau để cập nhật các kiến thức của nó về network xung quanh. Ở mức tối thiểu, một router phải truyền đạt cho những router lân cận các thông tin như định danh của router, các cổng giao tiếp của router. Trong ISIS, nếu các hello-packet được trao đổi và các điều kiện được thỏa mãn, các router sẽ thiết lập quan hệ láng giềng. Mặc dù quá trình hình thành các quan hệ láng giềng phụ thuộc vào hạ tầng mạng được dùng nhưng những thông tin bên trong các hello-packet luôn luôn là giống nhau. Mỗi hello sẽ chỉ ra nguồn gốc của nó và những đặc điểm về cổng của router. Nếu các cổng của router có chung đặc điểm, các quan hệ (adjacency) được tạo ra. Để một quan hệ được hình thành và duy trì, cả hai cổng giao tiếp của router phải tương đồng với nhau về các đặc điểm sau: Kích thước packet MTU phải bằng nhau. Mỗi router phải cần phải được cấu hình ở cùng một mức routing – nghĩa là hoặc là level 1 hoặc level 2. Nếu ở cùng một mức thì router mới có khả năng giải mã những gói tin hello do những router khác gửi đến. Nếu cả hai router là ở level 1, nó phải ở trong cùng area. Nếu level 1 router hình thành các quan hệ với các level 1 router và level 2 hình thành các quan hệ với các level-2 router. Để một level-1 router hình thành một quan hệ với một level-2 router, router kia phải được cấu hình như một level 1-2 router. Nếu quá trình xác thực (authentication) được dùng, nó phải được cấu hình giống nhau trên cả hai router. 1.3.6 EGP và BGP Đặc điểm Exterior Gateway Protocol ( EGP ) là một giao thức định tuyến Internet ban đầu được quy định vào năm 1982 bởi Eric C. Rosen của Bolt, Beranek, Newman , và David L. Mills giờ đã lỗi thời . Nó lần đầu tiên được mô tả trong RFC 827 và chính thức quy định tại RFC 904 (1984). EGP là một giao thức đơn giản và không giống như các giao thức hiện đại, nó được giới hạn giống như cây cấu trúc liên kết. Trong những ngày đầu của Internet, EGP phiên bản 3 (EGP3) đã được sử dụng để kết nối các hệ thống tự trị. Hiện nay, BGP (Border Gateway Protocol) phiên bản 4 là tiêu chuẩn được chấp nhận cho định tuyến Internet và có bản chất thay thế EGP3 hạn chế hơn. Giao thức BGP đặc trưng bởi một số tính chất : Sử dụng để thông tin liên lạc với các hệ tự quản AS . Phối hợp giữa nhiều bộ định tuyến sử dụng BGP. Nhân bản thông tin về tính liên kết. Cung cấp thông tin về mô hình trạm kế tiếp theo vector khoảng cách. Hỗ trợ tuỳ chọn các chính sách cho người quản trị mạng. Giao thức BGP cho phép thông tin về đường đi từ nguồn tới đích. Hỗ trợ địa chỉ không phân lớp và định tuyến liên vùng. Tích luỹ thông tin về tuyến đường để bảo vệ băng thông của mạng qua việc gửi một lần cho nhiều đích đến. BGP cho phép cơ chế xác minh bản tin; kiểm chứng tên của nơi gửi tin. Giao thức cổng nối biên BGP là một giao thức định tuyến giữa các hệ thống tự trị. BGP dựa trên phương pháp định tuyến có tên định tuyến vector đường đi. Trong định tuyến vector đường đi, mỗi mục trong bảng định tuyến chứa địa chỉ mạng đích, Router tiếp theo và đường đi tới đích. Đường đi thường được định nghĩa là một danh sách có thứ tự các hệ thống tự trị mà gói phải đi qua. Mỗi Router nhận một thông báo vector đường đi sẽ kiểm tra xem đường đi được quảng cáo có phù hợp với chính sách (tập luật do người quản trị qui định để điều khiển các tuyến) của nó hay không. Nếu phù hợp, Router cập nhật bảng định tuyến và thay đổi thông báo trước khi gửi nó đến láng giềng tiếp theo. Sự thay đổi này gồm thêm số AS vào đường đi và thay thế mục Router kế tiếp bằng số hiệu của chính nó. Hình 1.8: Mô tả liên kết giữa các khu vực tự trị của giao thức EGP 1.4 Kết luận chương 1 Các giao thức định tuyến có nhiệm vụ cung cấp thông tin bảng định tuyến cho các Router, hình thành cơ chế trao đổi thông tin định tuyến sau đó dựa vào các giải thuật để chọn đường đi tối ưu. Các giao thức định tuyến được chia thành hai nhóm, một là các giao thức định tuyến được sử dụng bên trong hệ thống tự trị (IGP) như RIP, OSPF, EIGP, IS-IS, IGRP… hai là các giao thức sử dụng để liên kết các hệ thống tự trị (EGP) như BGP, EGP. Ngoài ra có một số giao thức không những được sử dụng bên trong một AS mà còn cả bên ngoài AS như EIGRP. Tuỳ theo mỗi giao thức khác nhau mà các giải thuật định tuyến được sử dụng. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH TUYẾN TỐC ĐỘ CAO 2.1. Giới thiệu hệ thống định tuyến tốc độ cao Định tuyến là một phần quan trọng của mạng dựa trên nền IP và nó được định nghĩa như là quá trình tìm kiếm một đường truyền (một tuyến) để gửi một gói tin từ nguồn tới đích tương ứng. Việc định tuyến liên quan với việc tìm kiếm đường truyền tốt nhất có thể giữa hai node bất kỳ nào, và với giá trị liên kết là thấp nhất. Thiết bị phần cứng chuyên dùng được gọi là router (hệ thống định tuyến). Tất cả các đường truyền được biết cùng nối tới một hệ thống định tuyến với giá trị liên kết được lưu trong một bảng, gọi là bảng định tuyến. Đó là bảng chứa những lộ trình tốt nhất đến các đích khác nhau trên mạng. Vì vậy việc xây dựng bảng định tuyến được tổ chức trong bộ nhớ của router, trở nên vô cùng quan trọng cho việc định tuyến hiệu quả. Trong trường hợp các mạng nhỏ thì bảng định tuyến được cấu hình tĩnh bằng việc nhập các thông tin định tuyến bằng tay vào các bảng định tuyến. Nhưng khi các mạng này phát triển thì bảng định tuyến trở nên quá lớn và không linh hoạt. Vấn đề này được giải quyết bằng việc sử dụng các giao thức định tuyến nhằm đưa ra một giải pháp phân bố và động để tìm kiếm đường truyền tối ưu. 2.2. Cấu trúc hệ thống định tuyến tốc độ cao 2.2.1. Cấu trúc, chức năng hệ thống định tuyến tốc độ cao Các khối chức năng chính tạo nên hệ thống định tuyến tốc độ cao được minh họa ở hình 2.1 Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống định tuyến tốc độ cao Các khối gồm: Card đường dây nhằm cung cấp giao diện cho các liên kết dữ liệu bên ngoài tới trường chuyển mạch và điều khiển xử lý ở mức vật lý. Bộ xử lý mạng (Network Processor) thực hiện các giao thức định tuyến và tính toán xác định các bảng định tuyến. Các cơ cấu chuyển tiếp (Forwarding Engine) kiểm tra các tiêu đề của gói tin và xác định xem card đường dây đầu ra nào mà gói tin cần chuyển tới và cuối cùng gắn lại tiêu đề cho gói tin ra. Một trường chuyển mạch để kết nối tất cả các khối chức năng thành phần khác nhau của hệ thống định tuyến. 2.2.2. Qúa trình xử lý gói tin qua hệ thống định tuyến Quá trình xử lý một gói tin trong Router: Chấp nhận gói đến từ đường đầu vào Tìm kiếm địa chỉ đích của gói trong bảng chuyển tiếp để xác định cổng đầu ra Xử lý tiêu đề gói tin: Tính toán phần tiêu đề gói ví dụ như Tăng giá trị trường TTL, cặp nhật checksum trong tiêu đề. Chuyển mạch: Gửi gói đến cổng đầu ra Đệm: Lưu đệm gói trong hàng đợi Hình 2.2: Quá trình xửlý một gói tin trong Router 2.3. Hoạt động của hệ thống định tuyến trong mạng Trong mạng các router có vị trí khác nhau sẽ đảm nhiệm các chức năng khác nhau. Router nằm tại đường biên của mạng sẽ xử lý một phần lưu lượng   đi vào mạng để gánh nặng phục vụ cho router lõi, còn nhiệm vụ chủ yếu của router lõi là định tuyến gói tin, xử lý lưu lượng bên trong lõi của mạng. Sự lựa chọn các router cho chuyển mạch gói phụ thuộc vào các kỹ thuật sử dụng trong mạng. Kỹ thuật IP dựa trên cơ sở hai nguyên lý: các gói được truyền không có ưu tiên sử dụng truyền nguyên lý best effort và có thể chỉ sử dụng đường truyền ngắn nhất trong mạng để truyền gói tin đến đích. Một kỹ thuật thông minh hơn là phân loại gói tin theo các mức độ ưu tiên của luồng lưu lượng, số lượng các đường dẫn có thể sử dụng được quyết định bởi cấu trúc của các trung kế giữa các vùng của router. Do đó cấc trúc này có thể đánh giá trực tiếp mạng phân cấp, hay hỗn hợp, hay bằng phẳng ( flat). Flat có nghĩa rằng các gói có thể được định tuyến trực tiếp giữa các router biên và phân cấp có nghĩa là các gói tin được chuyển qua các router lõi tương ứng.    Các loại router biên thể hiện các chức năng khác nhau để quyết định lưu lượng tại mức cao sẽ lớn hơn lưu lượng ở mức thấp. Chức năng của router truy nhập là chấp nhận lưu lượng luồng lên từ mạng chấp nhận kết nối và chuyển nó tới router biên liên quan. Do đó các router truy nhập được kết nối tới vùng router biên liên quan. Các router biên sau khi xử lý một lưu lượng sẽ chuyển lưu lượng tới router lõi để các router này thực hiện nối các chức năng truyền tải lưu lượng còn lại. 2.3.1 Router biên (Edge router) Một luồng dữ liệu muốn đi từ mạng này tới mạng khác thì trước tiên nó phải được đi qua các router đặt ở đường biên mạng (router biên), router biên quyết định xem gói nào nhận được đảm bảo có nghĩa là không bị loại bỏ. Khi các thiết bị truy nhập thu thập và phân phối các luồng dữ liệu từ phía đầu phát user, router biên sẽ truyền tải các dịch vụ phân biệt trên cơ sở các đặc điểm của lưu lượng. Các router hiệu năng cao cho phép thực hiện các chính sách quản lý mạng đã được định nghĩa bởi các luồng lưu lượng được phân loại, băng thông phân bố, thiết lập các độ ưu tiên hàng đợi và đánh dấu các tuyến tối ưu. Router biên truyền thông với các router lõi trong cùng một mạng hoặc với các router biên ở các mạng khác. Ngoài ra, router biên còn có khả năng định tuyến lưu lượng tĩnh và liên kết hoặc kết nối tới một hoặc nhiều router lõi. Các tuyến giữa router biên và các router lõi liên quan rất nhiều. Kiến trúc mạng logic cơ bản có thể là mạng sao (Star), ring hoặc chain. Mạng mesh cũng được thể hiện trong cấu trúc này. Nhìn chung về cấu trúc router biên cũng tương tự như cấu trúc chung của router đã nói ở trên. Chỉ có hoạt động hơi khác so với router lõi. Router biên hoạt động theo chế độ phân tải còn router lõi hoạt động theo chế độ tập trung tải. Router biên có rất nhiều chức năng, và các chức năng này phụ thuộc vào từng loại router khác nhau. Router biên gồm 3 loại cơ bản: Router chặng đầu tiên (first hop router): đây là router gần với trạm hots gửi gói tin nhất. Các gói được phân loại và được đánh dấu tuỳ thuộc vào profile SLS được ấn định cho kết nối. Nó là đáp ứng của việc thiết lập một cam kết về lưu lượng và băng thông mà người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ đưa ra. Router đầu vào: nó được lắp đặt tại điểm đầu vào của miền DS và nó đảm nhiệm chức năng phân loại tất cả các gói đến trên cơ sở trường DS. Router đầu ra: được lắp đặt tại điểm đầu ra của các mạng DS để điều khiển lưu lượng. Nó cũng đảm nhiệm chức năng phân loại lưu lượng dựa trên trường DS. 2.3.2. Router lõi (core router)   Router lõi xử lý lưu lượng trong nội mạng, không liên quan tới các mạng khác. Thông thường các node mạng lắp đặt các vùng router lõi cùng các server để cung cấp các dịch vụ Internet như: server, wed server, RADIUS, DNS… Các vùng router lõi thường là các điểm trung tâm cho các kết nối tới các mạng IP khác do đó còn được gọi là các điểm liên tổng đài hay các NAP công cộng. Trong mạng quốc gia lớn các router lõi còn có thể được phân nhỏ ra thành các Sub-router và các router lõi transit. Việc giám sát router lõi bao gồm 4 tham số cơ bản dùng để định nghĩa một lớp dịch vụ: băng thông, trễ, jitter và độ mất gói. Khi gói tin đi vào trong router lõi, nó sẽ sử dụng các thông tin đánh dấu trước đó để thực hiện các đảm bảo liên quan, sau đó được đưa vào hàng đợi tuỳ theo từng lớp chất lượng dịch vụ hay độ ưu tiên của loại dịch vụ mà luồng lưu lượng đó truyền tải. Tại đây các gói tin sẽ được định hướng truyền, thời điểm truyền gói tin do bộ lập lịch quyết định tuỳ thuộc vào trường ưu tiên trong  phần header của gói. Gói tin co độ ưu tiên thấp có thể được loại bỏ khi có tắc nghẽn xảy ra trong mạng. Router sử dụng nhiều thuật toán, cách thức quản lý để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng như: các thuật toán quản lý hàng đợi, thuật toán lập lịch… Các router lõi là các router tốc độ cao được ứng dụng trong phần lõi và phần xương sống của mạng IP. Dữ liệu truyền qua bộ xử lý trung tâm có tốc độ lên tới hàng trăm Gbps. Hình 2.2 dưới đây minh hoạ cho chúng ta thấy rõ vị trí của các bộ định tuyến biên (ERX)và định tuyến lõi (M160) trong mạng NGN của VNPT. Hình 2.3: Vị trí của router biên và router lõi trong mạng NGN của VNPT 2.4 Quá trình phát triển hệ thống định tuyến 2.4.1 Hệ thống định tuyến thế hệ thứ nhất Thế hệ thứ nhất của hệ thống định tuyến là đơn giản nhất, tốc độ nhỏ hơn 0,5Gbps. Xét từ quan điểm cấu trúc, trong đó chúng sử dụng một bộ xử lý tập trung, bộ đệm tập trung và một bus chung kết nối đến card đường truyền (line card). Các gói tin đi vào phải truyền trên cùng một bus để được lập lịch tại một giao diện đầu ra. Các card giao tiếp là các thiết bị vào/ra “không thông minh” do không có khả năng xử lý gói. Thiết kế này có nhiều nhược điểm, trong đó bus chỉ được sử dụng bởi một card đường truyền tại mỗi thời điểm. Hơn nữa, gói phải truyền hai lần trên bus sau khi rời khỏi một cổng đầu vào. Đầu tiên nó được viết vào bộ nhớ trong khi bộ xử lý thực hiện tra cứu tuyến và khi đã thực hiện lập lịch, gói được lấy ra khỏi bộ nhớ, sau đó lại truyền trên bus đến giao diện đầu ra thích hợp. Ngoài ra, tất cả các chức năng gắn liền với quá trình định tuyến và chuyển gói đều được thực hiện bởi cùng một bộ xử lý, tạo ra một tải trọng rất lớn cho bộ xử lý này đồng thời hình thành một cổ chai trong hệ thống. Hình 2.4: Hệ thống định tuyến thế hệ thứ nhất 2.4.2 Hệ thống định tuyến thế hệ thứ hai Cấu trúc này có bổ sung thêm các bộ xử lý ASIC đặc biệt và một vài bộ nhớ trong card đường truyền, tốc độ nhỏ hơn 5Gbps. Những thành phần bổ sung này có khả năng tìm kiếm trong tiêu đề gói để lấy các thông tin về đích và lưu đệm gói cho đến khi bus rỗi. Các bộ xử lý vệ tinh trong card đường truyền, mỗi bộ có một cache để lưu một số tuyến được sử dụng gần đây nhất, cho phép card đường truyền thực hiện việc tra cứu tuyến, nhưng việc phân xử bus vẫn do bộ xử lý trung tâm thực hiện. Bộ đệm cache này được cập nhật theo định kỳ. Nếu một tuyến không có trong cache đó thì bộ xử lý chính mới thực hiện việc tìm kiếm tuyến này. Kỹ thuật này làm giảm tải trọng cần xử lý cho CPU nhưng việc phân xử bus vẫn còn là một nút cổ chai. Các cấu trúc thế hệ thứ hai chỉ tồn tại trong thời gian ngắn do không có khả năng hỗ trợ được nhu cầu thông lượng cao trong mạng lõi. Đầu tiên, nhược điểm của cấu trúc này đó là sự tắc nghẽn: băng tần được chia sẻ cho tất cả các cổng, dẫn đến sự tranh chấp và gây thêm trễ (các trễ chuyển gói). Trong các trường hợp tắc nghẽn, tốc độ chuyển gói vượt quá khả năng của bus, các bộ đệm sẽ bị tràn dẫn đến mất dữ liệu. Thứ hai là, các bus dùng chung tốc độ cao rất khó thiết kế, vì phải truyền các tín hiệu điện đến nhiều cổng trên bus, tín hiệu phải truyền qua nhiều bộ kết nối, và sự phản xạ từ cuối các đường truyền không được kết cuối dẫn đến những hạn chế về khả năng chuyển gói của bus. Hình 2.5: Hệ thống định tuyến thế hệ thứ hai 2.4.3 Hệ thống định tuyến thế hệ thứ ba Để giải quyết vấn đề tắc nghẽn của các hệ thống định tuyến thế hệ 2, thế hệ hệ thống định tuyến thứ 3 được thiết kế với mục tiêu thay thế bus sử dụng chung bằng trường chuyển mạch,tốc độ nhỏ hơn 50Gbps. Các thiết kế cho hệ thống định tuyến thế hệ 3 nhằm giải quyết 3 vấn đề tiềm tàng trước đây: năng lực xử lý, kích thước bộ nhớ, và băng thông của bus. Cả 3 vấn đề này đều có thể tránh được bằng cách sử dụng một kiến trúc với nền tảng là ma trận chuyển mạch và các giao diện được thiết kế hợp lý. Một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống định tuyến hiệu năng cao là tăng cường xử lý cho từng giao diện mạng để giảm thiểu khối lượng xử lý và nguồn tài nguyên bộ nhớ của hệ thống định tuyến. Các bộ xử lý đa năng và các mạch tích hợp đặc biệt hoàn toàn có thể giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên, khả năng xử lý tổng thể cho các gói tin qua hệ thống như thế nào còn phụ thuộc vào khả năng tìm và chọn tuyến, cũng như kiến trúc được lựa chọn. Hình 2.6: Hệ thống định tuyến thế hệ thứ ba 2.4.4 Hệ thống định tuyến thế hệ thứ tư Hệ thống router này có thể đạt đựợc tốc độ 0.4-10Tb/s. Hệ thống có nhiều giá cho các card giao diện đường. Giữa các card giao diện đường được nối với lõi chuyển mạch bằng các liên kết quang Hình 2.7: Hệ thống định tuyến thế hệ thứ tư 2.4.5 Hệ thống định tuyến thế hệ thứ năm Hệ thống router này có thể đạt đựợc tốc độ 10-100 Tb/s. Hệ thống có nhiều giá cho các card giao diện đường. Giữa các card giao diện đường được nối với lõi chuyển mạch bằng các liên kết quang. Lõi chuyển mạch sử dụng chuyển mạch quang. Đây là hệ thống router trong tương lai Hình 2.8: Hệ thống định tuyến thế hệ thứ năm 2.4.6 Hệ thống định tuyến thế hệ thứ sáu Trong tương lai xa , khi công nghệ phát triển. Hy vọng sẽ có hệ thống router sử dụng hoàn toàn công nghệ quang ,tốc độ 100-1000 Tb/s. Hình 2.9: Hệ thống định tuyến thế hệ thứ sáu 2.5 Kết luật chương 2           Nội dung của chương này trình bày tổng quan hệ thống, cấu trúc, chức năng, quá trình xử lý gói tin qua thiết bị định tuyến (router), các thế hệ hệ thống định tuyến hiện tại và tương lai. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH TUYẾN TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG VIỄN THÔNG CỦA VNPT 3.1 Quá trình triển khai mạng NGN của VNPT Cùng với xu thế phát triển chung của viễn thông thế giới, ngành Viễn thông Việt Nam ngày càng lớn mạnh, cung cấp hầu hết các dịch vụ viễn thông mà các quốc gia khác có. Phục vụ được nhu cầu truyền thông và giải trí ngày càng cao của người sử dụng. Trong thành tích chung ấy có sự đóng góp to lớn của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam – VNPT. Nắm bắt được xu thế phát triển, VNPT không ngừng phát triển mạng lưới, nâng cao chất lượng cũng như số lượng các loại hình dịch vụ. Đứng trước nhu cầu ngày càng cao và sự bùng nổ về lưu lượng, hệ thống mạng viễn thông sử dụng công nghệ của những năm cũ đã không còn đủ sức đáp ứng nhu cầu. VNPT đã xây dựng đề án và triển khai mô hình mạng viễn thông thế hệ mới – NGN đủ sức đáp ứng mọi nhu cầu lưu lượng cũng như các dịch vụ hiện tại. Để có được một cơ sở hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IP, các dịch vụ đa phương tiện, các dịch vụ hội tụ di động-cố định, v.v… đòi hỏi mạng truyền thông phải phát triển theo một cấu trúc mới tiên tiến hơn - cấu trúc dựa trên nguyên tắc mạng NGN (Next Generation Network) Sau gần 3 năm định hướng và lựa chọn, đến tháng 12/2003 VNPT đã lắp đặt xong giai đoạn 1 mạng NGN (Mặt phẳng 1), sử dụng giải pháp SURPASS của Siemens, đã đi vào vận hành thành công. Đây là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, được VNPT chọn lựa để thay thế mạng viễn thông truyền thống - công nghệ chuyển mạch kênh. Mạng này sử dụng công nghệ chuyển gói với đặc tính linh hoạt, ứng dụng những tiến bộ của công nghệ thông tin và công nghệ truyền dẫn quang băng rộng nên tích hợp được các dịch vụ thoại và dịch vụ truyền số liệu. Với ưu thế cấu trúc phân lớp theo chức năng và sử dụng rộng rãi các giao diện mở API để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộc nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng, công nghệ mạng NGN đã đáp ứng được các yêu cầu kinh doanh trong tình hình mới là dịch vụ đa dạng, giá thành thấp, đầu tư hiệu quả và tạo được nguồn doanh thu mới. Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về lưu lượng của các dịch vụ thông tin và truyền thông mới, VNPT đã và đang triển khai đưa vào khai thác mạng NGN mặt phẳng 2 với nhiều ưu thế vượt trội về năng lực truyền dẫn, tốc độ xử lý chuyển mạch và định tuyến. 3.1.1 Mặt phẳng 1(VN1) Mạng NGN mặt phẳng 1 mà VNPT đang triển khai có cấu trúc gồm các lớp như sau: - Lớp ứng dụng và dịch vụ: Cung cấp một loạt các dịch vụ gia tăng như dịch vụ Prepaid 1719, Freephone 1800, VPN, Free Call Button... Hiện tại, mạng NGN đã kết nối với mạng viễn thông công cộng (PSTN) thông qua các Media Gateway thuộc lớp truy nhập đặt tại các tỉnh, thành nhằm trung chuyển lưu lượng thoại truyền thống và chuyển một phần lưu lượng VoIP qua hạ tầng mạng NGN. - Lớp điều khiển và báo hiệu của mạng NGN: Sử dụng thiết bị SoftSwitch HiE9200 (Siemens) và hệ thống quản lý mạng NMS - Lớp truyển tải, truyền dẫn (Core NGN): gồm 3 nút trục quốc gia đặt tại Hà Nội, Tp.HCM và Đà Nẵng (3 core Switch M320 Router với dung lượng 320Gbps) cộng với các nút vùng tại các viễn thông tỉnh/thành phố (ERX1400 Router). Các nút này hoạt động hình thành một mạng lõi IP/MPLS. Băng thông tuyến trục hiện đã được nâng cấp lên STM-64 trên WDM với tốc độ truyền dẫn 80 Gbps vừa triển khai. - Lớp truy nhập: Song song với việc thiết lập lớp truyển tải trục và vùng, VNPT đã và đang gấp rút triển khai lớp truy nhập của mạng NGN với các Media Gateway và hệ thống băng rộng công nghệ xDSL hỗ trợ các kết nối ADSL, ADSL2+ và SHDSL, FTTX (GPON)... Cấu trúc mạng trục NGN mặt phẳng 1 của VNPT được thể hiện như hình 3.1 dưới đây. Hình 3.1: Mô hình kết nối mạng trục VN1 3.1.2 Mặt phẳng 2 (VN2) Hiện nay VNPT đang triển khai mạng NGN mặt phẳng 2 với cấu trúc như hình 3.2 dưới đây. Hình 3.2: Mô hình kết nối mạng trục VN2 Mạng NGN mặt phẳng 2 ngoài việc tăng dung lượng so với mặt phẳn 1 nó còn thay đổi kết nối với Internet quốc tế. Trước đây, các thuê bao tại các tỉnh kết nối tới mặt phẳng 1, mặt phẳng 1 kết nối với VDC, VDC kết nối ra quốc tế. Còn mạng mặt phẳn 2 sẽ kết nối trực tiếp ra quốc tế. Tiến độ triển khai hiện tại của Core NGN là đang chuyển đổi dần các thuê bao từ mặt phẳng 1 sang mặt phẳng 2. Trong mặt phẳng 2, MPLS được lựa chọn làm giao thức truyền tải. Về cơ bản mạng NGN hiện nay của VNPT bao gồm các miền chính: Miền IP core: Bao gồm các router P (core router), PE (provider edge) và ASBR (Autonomous System Border Router). - Router P: là router T-1600 của Juniper gồm có 10 router P đặt tại 5 thành phố: Hà Nội, HCM, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ. Kết nối thành 2 mặt phẳng để đảm bảo dự phòng. - Router PE là router 7750 SR của Alcatel – Lucent (ALU) gồm có 79 router PE đặt tại các tỉnh/ thành phố. - Router ASBR là router 7750 SR của ALU gồm có 5 ASBR đặt tại Hà Nội (2), HCM (2), Đà Nẵng (1). Kết nối với VDC 1, 2, 3. Miền MAN-E: Bao gồm router PE-AGG (MAN Core), UPE (MAN Access) do Cisco và Huawei cung cấp (Cisco: 7606, 7609; Huawei: NE40E-4) và BRAS là router E-320 của Juniper, mỗi tỉnh/ thành phố có 1, 2 hoặc 3 BRAS. Miền truy nhập: Kết nối với UPE của miền MAN-E, bao gồm các thiết bị truy nhập cáp đồng và cáp quang. Miền thuê bao: Bao gồm thiết bị đầu cuối khách hàng: modem HSI (High Speed Internet), thiết bị VoIP, set top box (đầu cuối IPTV), đầu cuối Triple-play (HIS+VoIP+IPTV). Kết nối với DSLAM/MSAN của miền truy nhập. 3.2 Hệ thống định tuyến biên ERX-1400 3.2.1 Tổng quan hệ thống định tuyến biên ERX Hệ thống định tuyến biên ERX thuộc họ E-Serial của hãng Juniper Network - Hoa Kỳ sản xuất, hệ thống có nhiệm vụ giải quyết việc tắc nghẽn khi lưu lượng mạng lớn, hay xử lý một phần lưu lượng cho các hệ thống lõi. Có khả năng lập trình và triển khai linh hoạt các dịch vụ. Đồng thời cung cấp nhiều loại cổng giao tiếp khác nhau với hiệu suất và khả năng cung cấp các dịch vụ IP linh hoạt thích ứng được với những yêu cầu phù hợp của các nhà cung cấp dịch vụ. 3.2.2 Các họ hệ thống định tuyến biên ERX ERX-310: Với hiệu năng cao được thiết kế để sử dụng trong những vị trí với không gian hạn hẹp. ERX310 có tốc độ chuyển mạch là 10 Gbps, 2 khe gắn cố định module, hỗ trợ cả 2 giao diện kết nối OC12c/STM4 và Gigabit Ethernet. ERX705 là dòng thiết bị sử dụng nền tảng định tuyến tổng hợp được tối ưu cho các ứng dụng chuyển mạch tập chung cỡ vừa và nhỏ. ERX705 có thế được cấu hình với tốc độ chuyển mạch là 5 Gbps hoặc 10 Gbps (Với tùy chọn dự phòng), 5 khe module mở rộng, hỗ trợ cả 2 giao diện kết nối OC12c/STM4 và Gigabit Ethernet. ERX710 là dòng thiết bị với nền tảng kết hợp được tối ưu cho các ứng dụng chuyển mạch tập chung cỡ vừa và lớn. ERX710 có tốc độ chuyển mạch là 5 Gbps với tùy chọn dự phòng, 5 khe module mở rộng, hỗ trợ cả 2 giao diện kết nối OC12c/STM4 và Gigabit Ethernet. ERX-1410: Là dòng thiết bị định tuyến nền tảng vùng biên được tối ưu cho những ứng dụng chuyển mạch tập chung cỡ lớn. ERX1410 có tốc độ chuyển mạch là 10 Gbps với tùy chọn dự phòng, 12 khe module mở rộng, hỗ trợ cả 2 giao diện kết nối OC12c/STM4 và Gigabit Ethernet. ERX-1440: Có tốc độ chuyển mạch là 40 Gbit/s với tùy chọn dự phòng, 12 khe module mở rộng, hỗ trợ cả 2 giao diện kết nối OC48c/STM16 và Gigabit Ethernet. với kích thước vừa và nhỏ. 3.2.3 Cấu trúc, chức năng hệ thống định tuyến biên ERX-1400 Khái niệm họ ERX-1400 đề cập đến cả hệ thống ERX-1410 (đang được sử dụng)và hệ thống ERX-1440 (thay thế cho router ERX 1410). Router ERX1440 thực hiện hai chức năng chính trong NGN của VNPT - Chức năng BRAS cho mạng truy nhập Internet băng rộng ADSL. - Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ trong mạng MPLS: gán nhãn và xác định độ ưu tiên của các gói tin trước khi truyền lên core router. Thu gom lưu lượng từ các BRAS và HiG1000 trong vùng xác định. Hệ thống ERX-1440 quản lý khối lưu lượng mạng cực kỳ lớn và sử dụng bộ xử lý định tuyến chuyển mạch với tốc độ lên đến 40 Gbps. Hệ thống ERX-1410 quản lý lưu lượng mạng ở mức độ cao và sử dụng bộ xử lý định tuyến chuyển mạch với tốc độ 10 Gbps Cả hai hệ thống đều có 14 khe cắm để chứa các module và có cùng yêu cầu về nguồn cung cấp. Quy trình lắp đặt và vận hành của hai hệ thống cũng giống nhau. Tất cả các hệ thống ERX đều sử dụng cùng loại module SRP vào/ra. Tuy nhiên, cấu trúc khung bên trong của hệ thống ERX-1440 khác với hệ thống ERX-1410 là có một mặt giữa đặc biệt cho module SRP 40Gbps. Cấu trúc hệ thống ERX-1440 gồm 3 thành phần chính: - Một trường chuyển mạch hoạt động ở tốc độ 40 GBbps. - Các card đường dây. - Bộ xử lý định tuyến hiệu suất cao cho việc duy trì bảng định tuyến và cấu hình hệ thống. Hình Hình 3.3: Mặt trước của router ERX-1400 Hình 3.4: Mặt sau của router ERX 1400 Hệ thống ERX được xây dựng dưới dạng module hình 3.5 bao gồm các module đường dây (Line Module), các module vào/ra  (I/O Module), module xử lý định tuyến chuyển mạch (SRP Module), và module SRP vào/ra (SRP I/O). Cả hai hệ thống ERX-700 và ERX-1400 sử dụng cùng module đường dây và module vào/ra. Thông thường, các module đường dây, module SRP được lắp đặt ở phía trước của hệ thống, những module này được đấu nối với các module vào/ra tương ứng thông qua một mặt giữa. Hình 3.5: Cấu trúc dạng module của hệ thống ERX-1400 Module xử lý định tuyến chuyển mạch - SRP: thực hiện các chức năng quản lý hệ thống, tính toán xác định các bảng định tuyến và chuyển tiếp, bảo dưỡng, xử lý số liệu thống kê ... Module SRP là một tổ hợp gồm hai bảng chuyển mạch và xử lý hệ thống. Module SRP vào/ra: Một module vào/ra tương ứng của module SRP được gọi là module SRP vào/ra kết nối với những module SRP thông qua midlane của hệ thống. Chỉ có một loại module SRP vào/ra cho tất cả các SRP. Module SRP vào/ra này chiếm hai khe và cung cấp các port chuẩn như: 10/100 Base-T cổng cho phép truy nhập hệ thống ERX cho các chức năng quản lý Ethernet qua giao tiếp lệnh hay SNMP. RS-232 cổng cung cấp một kết nối nối tiếp cho việc theo dõi cấu hình  hệ thống qua PC hoặc thiết bị đầu cuối ASCII. Giao tiếp cảnh báo - cung cấp các chỉ thị liên quan đến các loại cảnh báo của hệ thống ERX. Các cổng định thời đồng bộ với mạng ngoài - đảm bảo các xung nhịp đồng hồ sử dụng bởi hệ thống ERX đồng bộ với đồng hồ hệ thống của toàn mạng. Các module đường dây: Xử lý dữ liệu từ các kết nối mạng khác nhau. Ngoài ra còn có thể thêm thông tin về những module đường dây và những module SRP nào hỗ trợ cho từng loại module đường dây cụ thể. Hầu hết các module đường dây được hỗ trợ việc phân loại gói tin trên lối vào, một vài module đường dây không phải ASIC thì không được làm điều này. Cơ chế phân loại gói tin trên module đường dây căn cứ vào các trường riêng biệt (địa chỉ IP nguồn và đích, cổng nguồn, cổng đích và giao thức), giao diện IP lối vào, các trường thông tin lớp 2 ... Module vào/ra: Hầu hết các module đường dây đều có một module vào/ra tương ứng, cung cấp sự kết nối vật lý với mạng, các module vào/ra được đặt ở phía sau hệ thống, ngay sau module đường dây tương ứng của nó. Module đường dây điều khiển quá trình xử lý gói và chuyển tiếp gói. Một bảng chuyển mạch thực hiện chuyển mạch gói nội bộ với tốc độ cao. Bộ xử lý định tuyến tập trung thông tin định tuyến, gửi bảng định tuyến và cập nhật tới các module đường dây. 3.2.4 Một số mô hình ứng dụng ERX-1400 trên mạng Viễn thông 3.2.4.1 Kết hợp đường dây riêng (Private Line Aggregation) Một ứng dụng chính đối với bộ định tuyến biên ERX đó là kết hợp đường dây riêng, là hợp nhất nhiều đường truy cập tốc độ cao thành một điểm truy cập. Hình 3.6: Kết hợp đường dây riêng Trong ứng dụng này, nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng hệ thống ERX đơn để cung cấp dịch vụ truy cập tốc độ cao (fT1/fE1 qua T3/E3) tới hàng ngàn thuê bao đơn lẻ. Các đường truyền thuê bao đơn có thể được nhà cung cấp Telco kết hợp chặt chẽ vào các đường truyền T3 và dẫn vào hệ thống ERX. Hệ thống này cũng có thể chấp nhận các kết nối không được chuẩn hoá T3 hoặc E3 từ những người sử dụng tốc độ cao và chuyển các kết nối E1 trực tiếp vào đơn vị này. Sau khi lưu lượng được xác nhận, hệ thống này sẽ giải quyết  tất cả việc xử lý gói tin IP, bao gồm cả việc chỉ định các chính sách về định tuyến và QoS. Sau đó những tải tin này sẽ được chuyển vào mạng đường trục. Bằng việc sử dụng hệ thống ERX cho ứng dụng kết hợp đường dây riêng,  một nhà cung cấp dịch vụ có thể khắc phục được rất nhiều mặt hạn chế của các sản phẩm cũ trước đây, như những ràng buộc về mật độ, những hạn chế về việc thực thi và việc thiếu tính tin cậy của đường truyền. Và còn có khả năng cung cấp rất nhiều dịch vụ IP mới cho nhiều thuê bao. 3.2.4.2 Kết nối phiên xDSL Hệ thống ERX hỗ trợ cho các ứng dụng của server truy nhập từ xa băng rộng (BRAS). Trong ứng dụng này, hệ thống ERX sẽ tích hợp các luồng lưu lượng dữ liệu từ các DSLAM. Các DSLAM được kết nối trực tiếp với các  hệ thống thuê bao, xử lý việc kết cuối cáp đồng, tập hợp lưu lượng vào một đường uplink tốc độ cao hơn. Xuất phát từ các DSLAM, các luồng lưu lượng   số liệu được truyền vào hệ thống ERX qua đường DS3 hoặc OC3. Hình 3.7: Kết cuối phiên xDSL Hệ thống ERX sẽ xử lý một vài chức năng: - Kiểm tra việc xác thực và kết thúc phiên PPP. - Phối hợp với các máy chủ DHCP và các nhóm IP cục bộ để gán IP. - Kết nối với các máy chủ RADIUS hoặc sử dụng tên miền nhằm gắn kết chủ thuê bao với thông tin về người sử dụng. - Hỗ trợ RADIUS nhằm thu thập thông tin chi tiết về hoá đơn thanh toán. - Ứng dụng về hồ sơ người sử dụng và luồng lưu lượng người sử dụng, có thể bao gồm các thông tin về định tuyến, QoS và VPN. Đầu ra của hệ thống ERX là đường truyền tốc độ cao, như OC3/STM1 hoặc OC12/STM4 nhằm hỗ trợ cho các hệ thống định tuyến lõi. Các hệ thống định tuyến ảo cũng có thể được dùng để tách biệt các lưu lượng và gửi các gói tin tới các đích khác nhau. Các gói tin có thể được chỉ định tới một CLEC, ISP, VPN hoặc Internet. Có rất nhiều giao thức xDSL được hỗ trợ, gồm có: IP/PPP/Ethernet/ATM, IP/PPP/FR, IP/PPP/Ethernet/FR. 3.2.4.3 Mạng riêng ảo VPN là các mạng IP riêng biệt, được định vị riêng về mặt logic và được cung cấp thông qua một cơ sở hạ tầng IP được chia sẻ. Hệ thống ERX cho phép các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp VPN cho các nhà khai thác viễn thông, các đơn vị kinh doanh và các đối tác kinh doanh. Hệ thống ERX có khả năng xử lý tất cả các giao thức và các tốc độ đường truyền khác nhau. Đối với những người sử dụng xDSL, một DSLAM đầu tiên sẽ kết cuối cáp đồng trước khi chuyển lưu lượng vào hệ thống ERX. Đối với người sử dụng quay số, một hệ thống server truy nhập từ xa (RAS) trước tiên sẽ trả lời cuộc gọi modem trước khi chuyển luồng dữ liệu vào hệ thống ERX. Hình 3.8: Phân phát các mạng riêng ảo qua một cơ sở hạ tầng IP chia sẻ Các nhà thuê bao đăng nhập vào mạng này thông qua các đường truyền được cho thuê sẽ được kết hợp vào các đường truyền T3, và sau đó thâm nhập vào hệ thống ERX (hoặc được kết nối trực tiếp vào hệ thống ERX trong các trường hợp của T3, E3 và E1). Một khi gói tin đã thâm nhập vào hệ thống ERX, bất kỳ sự kết hợp các bộ lọc phân loại đều có thể sử dụng để nhận diện thuê bao và đích đến. Có ba cách mà hệ thống ERX có thể chuyển lưu lượng tới các đích khác nhau: - Hỗ trợ lớp 2 của các mạch ảo dành cho Frame Relay hoặc ATM. Mỗi luồng lưu lượng thuê bao vào có thể được sắp xếp thành một FR/ATM VC an toàn nhằm chuyển tới địa chỉ đích. - Hỗ trợ các bộ định tuyến ảo với các bảng định tuyến an toàn và các quá trình chuyển IP. Các bộ định tuyến ảo này sẽ duy trì các bảng định tuyến riêng biệt đối với các sự kiện định tuyến. Điều này giúp duy trì lưu lượng được phân đoạn hoàn toàn giữa các nhóm thuê bao với các đích đến khác nhau. - Gắn thêm các nhãn MPLS để chuyển các gói tin qua các đường VPN đã được định địa chỉ mà nhà cung cấp dịch vụ đã định cấu hình. Ngoài các dịch vụ nêu trên, hệ thống ERX còn hỗ trợ nhiều các dịch vụ khác như truy nhập Ethernet, quản lý thuê bao, MPLS cho điều khiển lưu lượng và VPN, truyền tải VoIP... nhằm đem lại lợi ích cho những nhà vận hành, khai thác mạng lưới viễn thông. 3.3 Hệ thống định tuyến lõi M320 Bộ định tuyến M320 được triển khai trong mạng lõi. Router M320 cung cấp các kết nối như: ATM, Frame Relay, Ethernet và TDM. Với cấu trúc khung hỗ trợ tới 8 FPCs (Flexible PIC Concentrators) cung cấp đến 64 - STM16, 16 - STM64. Băng thông tập trung ở Router là 320Gbps (đơn công) hoặc 160 Gpbs (song công). Cấu trúc hệ thống định tuyến lõi M320 Hình 3.9: Mặt trước và mặt sau của router M320 Cấu trúc của M320 là cấu trúc dạng khung gồm những thành phần chính sau: Craft Interface: Cho phép xem trạng thái, các chức năng điều khiển hệ thống qua đó có thể xử lý các sự cố xảy ra bên trong. Midplane: Là phần nằm giữa mặt trước và sau của router. FPCs đặt vào Midplane từ mặt trước của khung, SIBs, CBs được đặt vào từ mặt sau của khung. Nguồn cung cấp và hệ thống làm mát được nối đến đây. Các chức năng chính của Midplane: - Truyền dữ liệu: các gói dữ liệu được truyền qua Midplane từ PFE trên FPC đến SIBs và ngược lại. - Phân phối nguồn điện. - Truyền tín hiệu: Midplane truyền tín hiệu đến FPC, SIB, CB và các bộ phận khác để giám sát và điều khiển hệ thống. FPC (Flexible PIC Concentrator): là bộ tập trung các PIC, cung cấp bộ nhớ chia sẻ và kết nối PIC đến các thành phần còn lại trong router để gói có thể  được định tuyến đến port tương ứng. Mỗi FPC bao gồm: - FPC card chứa các PIC slot. - Một cơ cấu chuyển tiếp gói tin (PFE) gồm các ASIC xử lý gói lớp 2/3, các ASIC giao diện chuyển mạch, ASIC xử lý liên mạng. - Các kết nối đến Midplane. - Phân hệ xử lý (Procesor subsystem – PMB) gồm một CPU –288MHz, hệ thống điều khiển, SDRAM 256MB, 2 giao diện Fast Ethernet. - Các LED và online/offline button được đặt trên Craft Interface ngay phía trên FPC. M320 hỗ trợ tới 8FPC, với các type sau: - Type 1 FPCs: tốc độ 4Gbps song công, hỗ trợ 4PIC. - Type 2 FPCs: tốc độ 16Gbps song công, hỗ trợ 4PIC. - Type3 FPCs: tốc độ 20Gbps, hỗ trợ 2 PIC gồm cả các PIC tốc độ cao. PIC (Physical Interface Card): cung cấp các kết nối vật lý cho nhiều       loại hình mạng khác nhau, mỗi PIC có một ASIC điều khiển. PIC nhận gói vào từ mạng và truyền gói ra mạng. Trước khi truyền ra, PIC gói gọn gói dữ liệu nhận được từ FPC. Có thể lắp đến 2 hoặc 4 PIC trong một FPC. SIB (Switch Interface Board): thực hiện chức năng chuyển mạch đến FPC đích. SIB tạo nên một cơ cấu chuyển mạch cho router, cấu hình tối đa có thể chuyển tiếp được đến 385 triệu gói trong một giây. SIB được đặt ở phần giữa mặt sau của router trong các khe SIB0 đến SIB3. Router M320 có thể lắp được 2, 3 hoặc 4 SIB. Có thể nâng cấp từ 2 lên 3 hoặc từ 3 lên 4 SIB mà không cần phải dừng hoặc khởi động lại cơ cấu chuyển tiếp gói. Mỗi SIB bao gồm các thành phần: - Các ASIC chuyển mạch. - Các luồng tốc độ cao tới FPC. - Các LED và online/offline button được đặt trên mặt SIB. CIP (Connector Interface Panel): bao gồm các cổng Ethernet, bảng điều khiển phụ kết nối tới cơ cấu định tuyến (Routing Engine) và Alarm relay. CB (Control Board): CB kết hợp với một cơ cấu định tuyến để cung cấp các chức năng điều khiển và giám sát cho router. Có thể đặt một hoặc hai CB trên router. Các thành phần chính của CB: - Đường dẫn PCI – cung cấp giao diện đến cơ cấu định tuyến. 1000 Basse-T Ethernet điều khiển – cung cấp luồng 1Gbps giữa cơ cấu định tuyến và bảng chuyển mạch Fảs Ethernet.Chuyển mạch Fast Ethernet – cung cấp luồng 100Mbps Ethernet tới mỗi FPC để cơ cấu định tuyến truyền dữ liệu. - Các LED và online/offline button được đặt trên mặt của CB. - Các mạch điện điều khiển quạt làm mát và các phần cứng khác trên khung. - Mạch điện nguồn cho cơ cấu định tuyến. 3.4 Hệ thống định tuyến lõi T1600 3.4.1 Các họ hệ thống định tuyến lõi T Vào tháng 3 năm 2002, Juniper Network (Juniper) bắt đầu cho ra mắt bệ T Series đầu tiên: T640 Core Router. T640 là một router lõi đa khung lớp vận chuyển có năng lực cao trong định tuyến lõi hỗ trợ giao diện mật độ cao (hight-density) lên tới 10 Gbps (OC-192c/STM-64 và 10Gbps GE) đến 40 Gbps (OC-768c/STM-256) Vào tháng 7 năm 2002, hệ thống T Series thứ 2 ra đời: T320 Core Router. T320 là một bộ định tuyến lõi đơn khung lớp vận chuyển, cái này nhỏ hơn và có giá thành thấp hơn T640. Trong năm 2004, hệ thống định tuyến lõi đa khung đầu tiên với Juniper Network TX Matrix, hỗ trợ 2,5 Tbps trong một hệ thống 4 khung. Sau đó trong năm 2007, Juniper công bố và phát hành hệ thống công nghiệp 100Gbps/slot đầu tiên trong T1600 Core Router, một bệ định tuyến đa khung có năng lực được thiết kế tạo nên sự thuật lợi về khả năng nâng cấp cho mặt phẳng cấu trúc. Trong năm 2009, Juniper sản xuất TX Matrix Plus, một trung tâm chuyển mạch và phần tử định tuyến kết nối tới 16 khung định tuyến T1600 thành một thực thể định tuyến duy nhất: một hệ thống 25 Tbps. Tất cả bệ T Series đều sử dụng hệ điều hành Juniper Network Junos® và các T Series-ASIC để dự phòng yên tâm sử dụng, thực hiện, tin cậy và đặc biệt là sự phong phú dịch vụ cung cấp có trong tất cả các sản phẩm của Juniper Network. Hình 3.10: Các phiên bản Router T series của Juniper hiện có 3.4.2 Giới thiệu hệ thống định tuyến T1600 Ra đời vào năm 2007, Router lõi T1600 là một hệ thống định tuyến hoàn chỉnh cung cấp các chuẩn Gigabit Ethenet, SONET/SDH, và giao diện tốc độ cao khác cho các mạng lớn và các ứng dụng mạng. Các Router T1600 có thể lắp được tám bộ tích hợp PIC linh hoạt (FPC), mỗi cái đó có thể cấu hình với nhiều loại mạng truyền thông. Router cung cấp đến 800 Gbps, chuyển mạch song công (1600 Gbps , không bị chặn, bán song công). Cấu trúc router dễ dàng chia hoạt động tách kiểm soát từ hoạt động chuyển tiếp gói dữ liệu. Thiết kế này giúp loại bỏ tắc nghẽn xử lý và lưu lượng truy cập, cho phép router đạt được hiệu suất cao. Hoạt động kiểm soát trong các router được thực hiện bởi các phân hệ máy chủ, chạy hệ điều hành JUNOS để xử lý giao thức định tuyến, kỹ thuật lưu lượng, chính sách, giám sát và quản lý cấu hình. Hoạt động chuyển tiếp trong router được thực hiện bởi các máy chuyển tiếp gói, hệ thống bao gồm phần cứng, chứa đựng các ASIC, thiết kế bởi Juniper Networks. Ứng dụng mạch tích hợp (ASIC) là một thiết kế cố định của router, chúng cho phép các router đạt được tốc độ dữ liệu chuyển tiếp phù hợp với khả năng hiện có của cáp quang. Router T1600 cung cấp tổng cộng là 1600 triệu gói/giây (Mpps) cho chuyển mạch. Hình 3.11: Mặt trước của bộ định tuyến T1600 Hình 3.12: Mặt sau của bộ định tuyến T1600 3.4.3 Cấu trúc, chức năng hệ thống định tuyến T1600 3.4.3.1 Cấu trúc hệ thống định tuyến T1600 Các Router T1600 có 2 thành phần cấu trúc chủ yếu: Routing Engine – Thành phần này cung cấp các dịch vụ định tuyến layer 3 và quản lý mạng. Packet Forwarding Engine – Có hiệu suất cao, ASIC – Thành phần cơ bản cung cấp chuyển mạch gói 2 lớp và 3 lớp, tra cứu lộ trình, và chuyển tiếp gói dữ liệu. Các Router Engine và Packet Forwarding Engine thực hiện nhiệm vụ chính của chúng một cách độc lập, mặc dù chúng thường xuyên giao tiếp thông qua đa liên kết 100 Mbps. Sự sắp xếp hợp lý chuyển tiếp và kiểm soát đường và chạy hệ thống đường trục internet quy mô ở tốc độ cao. Hình 3.13 cho thấy mối quan hệ giữa Router Engine và các Packet Forwarding Engine Hình 3.13: Cấu trúc Router T1600 3.4.3.2 Chức năng của Routing Engine (RE) Routing Engine xử lý tất cả các quy trình giao thức định tuyến, cũng như các quy trình phần mềm kiểm soát các giao diện của bộ định tuyến, các thành phần khung, hệ thống quản lý, và người dùng truy cập đến bộ định tuyến. Những quá trình định tuyến và phần mềm chạy trên đầu của một hạt nhân tương tác với các máy chuyển tiếp gói. Các Routing Engine bao gồm các chức năng sau: Xử lý giao thức định tuyến gói tin: Các Routing Engine xử lý tất cả các gói tin mà giao thức định tuyến quan tâm Modul phần mềm: Mỗi phần mềm xử lý riêng cho các chức năng khác nhau và sử dụng một không gian xử lý riêng biệt. Chức năng Internet chuyên sâu: Mỗi giao thức định tuyến được thực hiện với đầy đủ thiết đặt của các tính năng của Internet và cung cấp tính linh hoạt đủ để thông báo, lọc, và điều chỉnh lộ trình. Chính sách định tuyến được thiết lập theo các thông số định tuyến. Khả năng nâng cấp: Các bảng định tuyến Junos OS được thiết kế để giữ tất cả các lộ trình trong các mạng hiện tại với dung lượng dồi dào cho việc nâng cấp. Ngoài ra, Junos OS có thể hỗ trợ hiệu quả số lượng lớn các giao diện và các mạch ảo. Giao diện quản lý: Các mức khác nhau của công cụ quản lý hệ thống được cung cấp, bao gồm giao diện dòng lệnh Junos OS (CLI), các giao thức quản lý Junos XML, giao diện nhân công, và SNMP. Quản lý lưu trữ và thay đổi: Tập tin cấu hình, hình ảnh hệ thống, và vi mã có thể được tổ chức và duy trì trong hệ thống lưu trữ sơ cấp và thứ cấp, cho phép nâng cấp cục bộ hoặc từ xa. Giám sát hiệu quả và tính linh hoạt: Bộ định tuyến hỗ trợ chức năng như xử lý các cảnh báo và đếm các gói dữ liệu trên tất cả các cổng, mà không làm giảm hiệu suất chuyển tiếp các gói. Các Routing Engine tạo dựng và duy trì một hoặc nhiều bảng định tuyến (hình 3.14). Từ các bảng định tuyến, Routing Engine đề xuất một bảng các tuyến hoạt động, được gọi là bảng chuyển mạch, sau đó sao chép vào Packet Forwarding Engine. Thiết kế của ASIC cho phép chuyển tiếp bảng trong Packet Forwarding Engine để có thể nâng cấp mà không làm gián đoạn việc chuyển mạch. Hình 3.14: Điều khiển xử lý gói cho cập nhật bảng định tuyến và chuyển tiếp 3.4.3.3 Chức năng của Packet Forward Engine (PFE) Các Packet Forwarding Engine cung cấp các gói chuyển mạch layer 2 và layer 3, chuyển tiếp, và chức năng tìm kiếm đường. Các Packet Forwarding Engine được thực thi trong các ASIC có vị trí nằm trên các FPC và PIC. Mỗi Packet Forwarding Engine bao gồm các thành phần sau: ASIC xử lý các gói lớp 2 và lớp 3, cái mà cho phép lớp 2 và lớp 3 đóng và mở gói, và quản lý việc phân chia và lắp ghép lại các gói trong bộ định tuyến T1600. Các giao diện hàng đợi và bộ nhớ ASIC, quản lý đệm của các cell dữ liệu trong bộ nhớ và hàng đợi của các thông báo. Bộ xử lý Internet T – series, cung cấp các chức năng tìm kiếm đường. Giao diện chuyển mạch ASIC, cái mà trích xuất các khóa tìm đường và quản lý dòng các cell dữ liệu qua các kết cấu chuyển mạch. Các phương tiện truyền thông cụ thể ASIC trên các PIC thực hiện chức năng kiểm soát phù hợp với các loại phương tiện truyền thông PIC 3.4.4 Quá trình xử lý gói tin Để đảm bảo sự lưu thông hiệu quả của dữ liệu thông qua các Router T1600, các router được thiết kế để các ASIC trên phần cứng xử lý chuyển tiếp dữ liệu. Các dòng dữ liệu chạy qua các Router T1600 theo trình tự sau (hình 3.15): Hình 3.15: Dữ liệu đi qua Router T1600 Các gói tin đến trên một giao diện PIC đầu vào. PIC truyền các gói dữ liệu đến các FPC, nơi mà ASIC xử lý gói Layer 2/ layer 3 thực hiện phân tích, phân chia các gói dữ liệu vào các cell 64 byte. Giao diện chuyển mạch ASIC tách ra các khóa tìm đường, đặt nó vào một thông báo và chuyển các thông báo đến các bộ xử lý Internet T series. Giao diện chuyển mạch ASIC cũng chuyển các cell dữ liệu đến bộ nhớ hàng đợi và các giao diện bộ nhớ đệm ASIC. Hàng đợi và giao diện bộ nhớ ASIC truyền các cell dữ liệu đến bộ nhớ đệm. Bộ xử lý Internet T – series thực hiện tìm đường và chuyển tiếp các thông báo đến hàng đợi và giao diện bộ nhớ ASIC. Hàng đợi và giao diện bộ nhớ ASIC gửi thông báo đến các giao diện chuyển mạch ASIC đối diện kết cấu chuyển mạch, trừ khi đích đến là trên cùng một Packet Forwarding Engine. Trường hợp này, thông báo được gửi trở lại giao diện chuyển mạch ASIC đối diện với các cổng ra, và các gói tin được gửi đến các cổng ra mà không đi qua kết cấu chuyển mạch (xem bước 13). Giao diện chuyển mạch ASIC gửi yêu cầu băng thông qua kết cấu chuyển mạch đến cổng đích. Giao diện chuyển mạch ASIC cũng đọc các vấn đề yêu cầu để hàng đợi và giao diện bộ nhớ ASIC bắt đầu đọc các cell dữ liệu ngoài bộ nhớ. Giao diện chuyển mạch ASIC đích gửi cấp băng thông qua kết cấu chuyển mạch đến nguồn giao diện chuyển mạch ASIC nguồn. Việc tiếp nhận mỗi băng thông được cấp, giao diện chuyển mạch ASIC nguồn gửi một cell thông qua kết cấu chuyển mạch đến Packet Forwarding Engine đích. Giao diện chuyển mạch ASIC nhận được các cell từ kết cấu chuyển mạch. Nó tách các khóa tìm đường từ mỗi cell, đặt nó trong một thông báo, và chuyển tiếp các thông báo đến Bộ xử lý Internet T – series. Bộ xử lý Internet T – series thực hiện tìm đường, và chuyển tiếp thông báo đến giao diện hàng đợi và bộ nhớ ASIC. Giao diện hàng đợi và bộ nhớ ASIC chuyển tiếp thông báo, chứa đựng thông tin bước tiếp theo, đến giao diện chuyển mạch ASIC. Giao diện chuyển mạch ASIC gửi yêu cầu đọc đến giao diện hàng đợi và bộ nhớ ASIC để đọc các cell dữ liệu ra khỏi bộ nhớ, và truyền các cell đến bộ xử lý gói layer 2/ layer 3 ASIC. Bộ xử lý gói layer2/layer3 ASIC ghép các cell dữ liệu thành các gói, bổ xung thêm đóng gói layer2, và gửi gói dữ liệu đến giao diện PIC đầu ra. PIC đầu ra gửi các gói dữ liệu ra đi vào mạng. 3.5 Kết luật chương 3 Chương 3 đưa ra cái nhìn tổng quát về mạng NGN mà tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT đang triển khai, về các hệ thống định tuyến vùng biên và lõi trong mạng. Miêu tả cấu trúc chức năng, quá trình xử lý gói tin của các bộ định tuyến ERX 1400, M320 và T1600. Từ đó giúp ta hiểu rõ hơn về các hệ thống định tuyến. KẾT LUẬN Định tuyến là một công việc quan trọng của quá trình truyền tin trong mạng thông tin. Nó được thực hiện ở tầng mạng, với mục đích là truyền để chuyển thông tin của người sử dụng từ điểm nguồn đến điểm đích trong môi trường liên mạng. Các giao thức định tuyến có nhiệm vụ cung cấp thông tin bảng định tuyến cho các Router, hình thành cơ chế trao đổi thông tin định tuyến sau đó dựa vào các giải thuật để chọn đường đi tối ưu. Với các hệ thống định tuyến thế hệ trong tương lai sẽ cải tiến được phần nào đó tốc độ truyền tải dữ liệu giúp cho việc xử lý các gói tin qua hệ thống, và việc sử dụng nguồn tài nguyên bộ nhớ trong hệ thống định tuyến được đơn giản hơn, đạt được chất lượng truyền dẫn và định tuyến tốt hơn. Chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các loại hình viễn thông. Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về lưu lượng của các dịch vụ thông tin và truyền thông mới. Công nghệ mạng NGN ra đời và đã cung cấp được các yêu cầu kinh doanh trong tình hình mới là dịch vụ đa dạng, giá thành thấp, đầu tư hiệu quả và tạo được nguồn doanh thu mới. Thông qua cấu trúc chức năng, quá trình xử lý gói tin của các bộ định tuyến ERX 1400, M320 và T1600, đã phần nào giúp ta hiểu rõ hơn về các hệ thống định tuyến cũng như lợi ích của chúng trong việc giúp loại bỏ tắc nghẽn xử lý và lưu lượng truy cập, cho phép router đạt được hiệu suất cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Nhật Thăng, Vũ Thị Thúy Hà - Kỹ thuật chuyển mạch 2 [2] Lê Nhật Thăng, Vũ Thúy Hà,…- Hệ Thống định tuyến tốc độ cao – Tạp chí CNTT & TT - 12/2007 [3] Bùi Quốc Nam – Đồ án TNĐH: NGN và ứng dụng – HV CNBCVT 2006 [4] Chu Út Thậm – Đồ án TNĐH: Bộ định tuyến T1600 và ứng dụng trong mạng NGN của VNPT – HV CNBCVT 2011 [5] Juniper® Network Doccuments - T Series Core Routers – Juniper® Network - 2009/12 (DataSheet) Cùng một số nguồn thông tin khác.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docHệ Thống Định Tuyến Tốc Độ Cao.doc
Luận văn liên quan