CHƯƠNG 2: NGHIÊN CứU XÂY DựNG MạNG WAN-ISDN
2.1. Công nghệ mạng diện rộng
2.1.3. Kết nối mạng diện rộng dùng mạng chuyển mạch gói – Frame Relay
Ngoài hai công nghệ kết nối mạng diện rộng nh− đã trình bày trên, còn có một cách khác mà chúng ta cần quan tâm tới nữa, đó là công nghệ Frame Relay.
Frame Relay là một công nghệ WAN đ−ợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Frame Relay t−ơng ứng với lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI (lớp 2). Giống với
các giao thức lớp liên kết dữ liệu khác, Frame Relay đ−ợc sử dụng để phân phát các gói tin (layer 3 PDU: Protocol Data Unit) giữa các bộ định tuyến.
Mạng FR có những −u điểm nội bật sau:
- Tốc độ tăng
- Độ rộng băng linh động - Các thiết bị thông minh - Chất l−ợng tốt hơn - ít tiêu đề/độ tin cậy cao
Mạng Frame Relay cung cấp nhiều −u việt hơn các liên kết mạng WAN kiểu
điểm-điểm, nh−ng để làm đ−ợc điều đó, các giao thức Frame Relay lại phức tạp hơn.
Vì mạng Frame Relay là mạng đa truy nhập, nên trong mỗi khung cần phải có một
địa chỉ để nhận biết các bộ định tuyến từ xa.
Hình 2.6 biểu diễn các thiết bị cần có trên đ−ờng kết nối mạng Frame Relay
Hình 2.6 Các thành phần cơ bản nhất trên mạng Frame Relay
Một mạng FR gồm các điểm cuối (chẳng hạn nh− PC, server, các máy tính chủ), thành phần thiết bị truy nhập mạng FR (cầu, bộ định tuyến, host, các thiết bị truy nhập mạng FR) và các thiết bị mạng (chuyển mạch, bộ định tuyến mạng, các bộ hợp kênh T1/E1). Các thiết bị này đ−ợc phân thành hai loại thiết bị: DTE và DCE.
Một đường leased line được thiết lập giữa bộ định tuyến và chuyển mạch Frame Relay; kết nối này đ−ợc gọi là kết nối truy nhập (access link). Các bộ định tuyến đ−ợc xem nh− là DTE, và các chuyển mạch Frame Relay đ−ợc xem nh− DCE.
Để kết nối làm việc đ−ợc, thiết bị bên ngoài mạng Frame Relay hay DTE sẽ trao đổi một cách đều đặn các bản tin với chuyển mạch của mạng Frame Relay thông qua LMI (Local management Interface).
Hình 2.7 là định dạng khung FR.
Hình 2.7: Định dạng khung FR - Flags (8 bit) chỉ ra điểm bắt đầu và kết thúc của một khung
- Address (16 bit): gồm giá trị DLCI (10 bit), Extended Address (chỉ ra chiều dài trường địa chỉ, 2 byte), C/R và Congestion control information (3 bit).
- Data (chiều dài thay đổi) gồm các dữ liệu đã đ−ợc đóng gói từ các lớp bên trên.
- FCS (16 bit): có chức năng đảm bảo tính toàn vẹn của gói tin
Địa chỉ DLCI
DLCI dùng để nhận biết một VC. Khi có nhiều VC sử dụng cùng một liên kết truy cập, các chuyển mạch của FR sẽ dựa vào giá trị DLCI để chuyển các khung tới
đích chính xác.
Cách đánh địa chỉ và chuyển mạch trong mạng FR cho phép xác định cách để chuyển các khung qua mạng Frame Relay. Vì bộ định tuyến sử dụng một liên kết truy cập đơn lẻ, trong đó có nhiều VC kết nối đó tới nhiều bộ định tuyến khác, nên cần phải nhận biết từng bộ định tuyến truy cập từ xa, hay nói một cách khác cần phải có một địa chỉ. Và DLCI là một địa chỉ dùng trong mạng FR.
Các DLCI khác với các địa chỉ lớp liên kết dữ liệu khác. Địa chỉ DLCI trong mạng FR có ý nghĩa logic; có nghĩa là đó là một địa chỉ duy nhất trong mạng nội
bộ. Nh−ng cùng một địa chỉ DLCI lại đ−ợc sử dụng trên những liên kết ra toàn mạng ngoài.
Bảng 2.2 Liệt kê một số thuật ngữ th−ờng dùng trong mạng Frame Relay Bảng 2.2: Các thuật ngữ dùng trong mạng Frame Relay
Thuật ngữ Miêu tả
Mạch ảo (VC) Một khái niệm logic chỉ một đ−ờng dẫn mà các khung sẽ đi qua giữa các DTE.
Mạch ảo cố định (PVC) Một VC được xác định trước. Về mặt khái niệm một PVC có thể t−ơng đ−ơng nh− một đ−ờng leased line.
Mạch ảo chuyển mạch (SVC) Một VC mà đ−ợc thiết lập một cách tự động khi cần thiết. Một SVC có thể t−ơng đ−ơng nh− một kÕt nèi kiÓu quay sè.
Liên kết truy cập (Access link ) Đ−ờng leased line giữa DTE và DCE Tốc độ truy cập (Access rate
(AR) )
Tốc độ của đường liên kết truy cập.Lựa chọn này
ảnh hưởng đến giá thành của đường kết nối.
Nhận biết kết nối liên kết dữ
liệu (DLCI)
Một địa chỉ Frame Relay sử dụng trong các phần tiêu đề của Frame Relay cho phép xác định VC.
Nonbroadcast multiaccess (NBMA)
Một mạng không hỗ trợ broadcast nh−ng lại có nhiều hơn hai thiết bị đ−ợc kết nối.
Giao diện quản lý nội bộ (Local Management Interface (LMI))
Giao thức sử dụng giữa một DCE và DTE để quản lý kết nối. Các bản tin báo hiệu cho các SVC, các bản tin trạng thái PVC, và keepalive là tất cả các bản tin LMI.
Đ−ờng dẫn logic giữa từng cặp DTE là một VC. Nhà cung cấp dịch vụ sẽ thiết lập trước cấu hình tất cả các yêu cầu của một VC; các VC được xác định trước
đ−ợc gọi là các mạch ảo cố định PVC (Permanent Virtual Circuit).
Các bộ định tuyến sử dụng DLCI (Data-link Connection Identifier) nh− là một địa chỉ Frame Relay để nhận biết VC trên các khung đ−ợc gửi đi trên mạng.
Ưu điểm của Frame Relay chính là việc thiết lập các mạch ảo. Một mạch ảo xác định một đường dẫn logic giữa hai thiết bị DTE trong mạng Frame Relay. Nó thực hiện vai trò giống nh− là một mạch kết nối kiểu điểm-điểm, cho phép gửi dữ
liệu giữa hai điểm đầu cuối qua một mạng WAN. Gọi là mạch ảo vì không có mạch vật lý nào kết nối trực tiếp giữa hai điểm đầu cuối.
Các VC sẽ cùng chia sẻ đ−ờng liên kết truy cập và mạng Frame Relay vì trên thực tế có nhiều khách hàng cùng truy cập vào mạng Frame Relay. Mỗi một VC có một CIR (Committed Information Rate) do nhà cung cấp quy định đảm bảo một độ rộng băng vừa đủ trên mỗi liên kết.
Có hai loại VC, đó là PVC và SVC. PVC là mạch đ−ợc thiết lập và xác định trước còn SVC được tạo ra một cách tự động. Hiện nay PVC vẫn được sử dụng phổ biến hơn.
Cơ chế điều khiển tắc nghẽn trong FR
FR thực hiện hai cơ chế thông báo tắc nghẽn sau:
- FECN (Forward-explicit congestion notification) - BECN (Backward-explicit congestion notification)
FECN và BECN đ−ợc điều khiển bởi các bit trong phần tiêu đề của khung FR. Phần tiêu đề của khung FR cũng có một bit DE (Discard Eligibility), đ−ợc sử dụng để nhận biết luồng thông tin mà có thể bị “rơi” trong thời gian tắc nghẽn.
Bit FECN là một phần của trường địa chỉ trong phần tiêu đề khung FR. Cơ
chế FECN đ−ợc khởi tạo khi một thiết bị DTE gửi các khung FR vào mạng. Nếu mạng đang bị tắc nghẽn, các DCE (chuyển mạch) thiết lập giá trị của bit này lên 1.
Khi các khung tới được DTE đích, trường địa chỉ (cùng với bit FECN bằng 1) chỉ ra rằng quá trình tắc nghẽn trên đường truyền từ nguồn tới đích. DTE có thể sẽ nhờ giao thức lớp cao hơn xử lý. Khi đó có thể cần tới chức năng điều khiển luồng hoặc không.
Bit BECN cũng là một phần của trường địa chỉ trong phần tiêu đề khung FR.
DCE thiết lập giá trị của BECN lên 1 trong các khung đang lưu chuyển trên mạng theo hướng của các khung có bit FECN đã được thiết lập. Quá trình trên sẽ thông báo cho DTE biết đường dẫn qua mạng đang bị tắc nghẽn. DTE khi đó có thể yêu cầu giao thức lớp cao hơn xử lý. Và khi đó cũng có thể cần tới chức năng điều khiển luồng hoặc không.
Frame Relay Discard Eligibility (DE)
Bit DE đ−ợc sử dụng để nhận biết độ quan trọng của một khung khi mạng bị tắc nghẽn. Bit DE là một phần của trường địa chỉ trong phần tiêu đề khung FR. Các DTE có thể thiết lập giá trị của bit DE lên 1 để chỉ ra rằng thông tin trong khung đó kém quan trọng hơn các khung khác. Khi mạng bị tắc nghẽn, các DCE sẽ loại bỏ các khung có bit DE bằng 1 và giữ lại các khung còn lại.
LMI
Thường rất dễ nhầm lẫn giữa giao thức LMI và phương thức đóng gói sử dụng trong FR. LMI định nghĩa các bản tin giữa DTE (ví dụ nh− bộ định tuyến) và DCE (Ví dụ nh− chuyển mạch FR của nhà cung cấp dịch vụ) có chức năng quản lý các kết nối. Phương thức đóng gói định nghĩa các phần tiêu đề để DTE liên lạc với DTE ở phía đầu kia của VC. Chuyển mạch và bộ định tuyến kết nối với chuyển mạch sử dụng cùng một giá trị LMI; chuyển mạch không quan tâm tới ph−ơng thức
đóng gói còn các bộ định tuyến đầu cuối (các DTE) quan tâm tới phương thức đóng gãi.
Bản tin trạng thái thực hiện hai chức năng sau:
- Chức năng keepalive giữa DTE và DCE. Nếu không có bản tin keepalive thì cũng có nghĩa đường liên kết đã bị hỏng.
- Thông báo trạng thái kích hoạt của một PVC. Ngay cả khi một PVC đã
được xác định từ trước thì trạng thái của nó vẫn có thể thay đổi. Bộ định tuyến sẽ biết đ−ợc trạng thái hoạt động của các PVC dựa trên các thông tin trong bản tin trạng thái LMI.
Nh− vậy, phần trên đã trình bày về ba cách kết nối để có thể xây dựng đ−ợc mạng diện rộng. Mỗi một cách kết nối đều có những −u điểm và nh−ợc điểm tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng. Về tốc độ truyền dẫn dữ liệu trên các kết nối đó có thể so sánh theo hình biểu diễn sau (hình 2.8):
Tốc độ kpbs
KiÓu kÕt nèi WAN
Hình 2.8: So sánh tốc độ WAN t−ơng ứng với các kiểu kết nối
Dựa trên những tìm hiểu lý thuyết về công nghệ mạng diện rộng WAN, phòng thí nghiệm HTVT đã tiến hành triển khai xây dựng mạng diện rộng dựa trên cơ sở vật chất đ−ợc trang bị cho phòng. Đây cũng là mục đích chính của luận văn.