NGUYÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI “CHUYỂN MẠCH IP” _CHƯƠNG 3

Chia sẻ: Tran Le Kim Yen Tran Le Kim Yen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

100
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NGUYÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI “CHUYỂN MẠCH IP” _CHƯƠNG 3

NGUYÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI “CHUYỂN MẠCH IP” 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 l à 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 d ưới 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: Chuyển tiếp L3 L3 Chuyển mạch L2 L2 a) Chuyển tiếp L3 L3 L2 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. M ột 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 đ ược 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 đ ịnh 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 th ì lưu lượng vẫn được định tuyến đến đích theo đường định tuyến lớp 3 bình thường.  Đường tắt có thể cùng đường vật lý (c ùng 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 h ình đ iểm 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 đ ược 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 Địa chỉ đơn (IP) và sử Địa chỉ tách biệt Chế độ địa chỉ dụng ánh xạ trực tiếp (IP và ATM) IP-to-VC Giao thức định tuyến Yêu cầu cả IP và ATM Chỉ yêu cầu IP
Yêu cầu các giao thức Có Không của ATM Yêu cầu các giao thức đặc biệt IP-to- Không Có Shortcut Đường định tuyến lớp 3 và đường chuyển Không trùng nhau Trùng nhau mạch lớp 2 Các thành phần Chuyển mạch IP ảo, bộ Chuyển mạch IP, bộ chuyển mạch IP định tuyến, máy chủ định tuyến, máy chủ Triển khai ở các MPOA, Bộ định tuyến Chuyển mạch IP chạy mạng gán với mạng ATM 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 đ ược 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. Đích Nguồn   N gói tín N gói tín R1 R2 RN B B B B Tái điều khiển ATM ATM ATM (N +1)+M (N +1)+M Switch Switch Switch gói tín gói tín Hình 3.5: Chuyển mạch IP kiểu hướng dữ
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 đ ược 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 lượ ng 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 s ố 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 địn h 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