Đề tài Bộ định tuyến chất lượng cao M320

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3 DANH MỤC HÌNH VẼ 4 1.  Tổng quan hệ thống định tuyến tốc độ cao 5 2. Giới thiệu về bộ định tuyến M320 6 2.1. Tổng quan hệ thống định tuyến lõi M320 6 2.2. Cấu trúc hệ thống định tuyến lõi M320 7 2.3. Cơ cấu chuyển tiếp gói 8 2.4. Cơ cấu định tuyến 9 3. Kết luận 10 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự  phát triển của các ngành như điện tử, tin học, công nghệ viễn thông trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng,an toàn,chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt nhu cầu khách hàng.  Ngày nay nhu cầu về thông tin ngày càng tăng cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ,…vv điều này đã thúc đẩy thế giới phải tìm ra giải pháp mới. Kỹ thuật định tuyến tốc độ cao đã phần nào giải quyết được một số vấn đề lưu lượng trong mạng. Nội dung được trình bày trong chuyên đề sẽ làm rõ về các vấn đề trên. Do thời gian nghiên cứu chuyên đề cũng như sự hiểu biết có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm thực hiện rất mong nhận được sự góp ý từ phía các thầy cô và bạn đọc để nhóm chúng em hoàn thiện hơn nội dung chuyên đề. THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ASIC  Applicasion Specific Intergrated Circuit  Mạch tích hợp ứng dụng riêng biệt   ATM  Asynchronuos Transfer Mode  Phương thức truyền tải không đồng bộ   CB  Control Board  Bảng điều khiển   B-RAS  Broudband - Remod Access Server  Server truy nhập từ xa - băng rộng   CIP  Connector Interface Panel  Bảng giao diện kết nối   DSLAM  Digital Subcriber Line Access Multiplexer  Bộ ghép đa truy nhập đường dây thuê bao số   FR  Frame Relay  Chuyển tiếp khung   IP  Internet Protocol  Giao thức liên mạng   OSPF  Open Shortest Path First  Đường dẫn đầu tiên ngắn nhất   PFE  Packet Forwarding Engine  Cơ cấu chuyển tiếp gói   PIC  Physical Interface Card  Card giao diện vật lý   PPP  Point – to – Point Protocol  Giao thức điểm - điểm   RE  Routing Engine  Cơ cấu định tuyến   RIP  Routing Information Protocol  Giao thức thông tin định tuyến   SNMP  Simple Network Management Protocol  Giao thức quản trị mạng đơn giản   xDSL  Combined Term Used to Refer to ADSL, HDSL, SDSL, và VDSL  Các họ đường dây thuê bao số   VPN  Virtual Private network  Mạng riêng ảo   SONET  Synchronous Optical Network  Mạng quang đồng bộ   FPC  Flexible  PIC  Concentrator  Bộ tập trung linh hoạt PIC   DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 : Cấu trúc định tuyến chất lượng cao…………………….5 Hình 1.2 : Bộ định tuyến M320……………………………………6 Hình 1.3 : Truyền dữ liệu trong PFE………………………………9 Hình 1.4 : Kiến trúc Routing Engine………………………………10 NỘI DUNG 1.  Tổng quan 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 tới việc tìm kiếm đường truyến tốt nhất có thể giữa hai node bất kỳ, và với giá liên kết là thấp nhất. 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. 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.
Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống định tuyến chất lượng cao Card đường dây: cung cấp giao diện cho các dữ liệu bên ngoài tới chuyển mạch và điều kiện 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. Môi trường chuyển mạch dùng để kết nối tất cả các khối chức năng  thành phần khác nhau của hệ thống định tuyến. 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.Và phần dưới đây sẽ đi saau vào bộ định tuyến lõi M320. 2. Giới thiệu về bộ định tuyến M320 M320 là bộ định tuyến đa dịch vụ, M320 là bộ định tuyến hiệu năng cao với thông lượng 320Gbps. M320 rất phù hợp cho các mạng lõi cỡ vừa đến lớn hoặc là điểm biên cung cấp nhiều ứng dụng yêu cầu hiệu năng đoán trước. Hình 1.2: Bộ định tuyến M320 Một số thông số kĩ thuật của bộ định tuyến M320: Aggregate Half-Duplex Throughput 320 Gbps FPC Slots and Full Duplex Throughput per Slot 8 FPC slots, 20 Gbps PICs per Chassis 32 Chassis per Rack 2 Redundancy Yes Dimensions 34.8 x 17.4 x 25.7 in 88.4 x 44.3 x 65.1 cm 2.1. Tổng quan hệ thống định tuyến lõi M320 Router M320 là tập hợp các biên mật độ cao, tạo ra dịch vụ xây dựng trên nền tảng thiết kế biên của Juniper Networks. Phần mềm JUNOS chạy trên một hệ thống điều khiển dự phòng với phần cứng chuyên dụng, đảm bảo chức năng điều khiển được thực hiện mà không ảnh hưởng đến hệ thống con chuyển tiếp. Router lõi phải xử lý một lưu lượng lớn bên trong một mạng, chức năng của chúng là thêm vào các luồng thông tin và thực hiện việc phân loại, gửi ngược trở lại các gói tin. Quá trình chuyển tiếp và hoạt động  đóng gói trong router được thực hiện bởi ASICs lập trình chuyên dụng cho phép router đạt được tỷ lệ chuyển tiếp dữ liệu phù hợp với khả năng thông qua của  sợi quang. Thiết kế này giúp loại bỏ quá trình xử lý và tắc nghẽn lưu lượng, cho phép các router đạt được hiệu năng cao. Router có thể được triển khai trong lõi, trong các ứng dụng trung tâm dữ liệu, nhưng được tối ưu hoá cho tập hợp các biên dày đặc và tạo thêm dịch vụ. Nền tảng M320 có thể cung cấp một điểm duy nhất của tập hợp biên cho hàng ngàn khách hàng trên bất kỳ loại hình truy nhập nào. M320 cung cấp các kết nối ATM, Frame Relay, Ethernet, 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). Các khung của M320 là các tấm kim loại có cấu trúc bền vững như tất cả các thành phần router khác. Các khung cao 88.4 cm, rộng 44.3 cm, sâu 65.1 cm. Khung này có thể được cài đặt trong nhiều loại khung hay hộp.  M320 gồm 2 phần chính: Cơ cấu chuyển tiếp gói (Packet Forwarding Engine – PFE) Cơ cấu định tuyến (Routing Engine – RE) 2.2. Cấu trúc hệ thống định tuyến lõi 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. 2.3. Cơ cấu chuyển tiếp gói Cách thức truyền dữ liệu trong PFE: Các gói dữ liệu được đưa đến PIC slot. PIC chuyển tiếp gói đến FPC, tại đây ASIC Packet Director sẽ   phân phối các gói cho các ASIC I/O Manager. ASIC I/O Manager xử lý header của gói, chia gói thành cell 64 bytes và gửi chúng đến SFM thông qua Midplane. ASIC Distributed Buffer Manager ở SIB phân phối cell qua bộ nhớ được chia sẻ để đến FPC. ASIC Internet Processor II ở SIB thực thi tra bảng định tuyến và   đưa ra quyết định chuyển tiếp. ASIC Internet Processor II này cũng thông báo cho một ASIC Distributed Buffer Manager thứ hai về quyết định chuyển tiếp, ASIC Buffer Manager thứ hai này sẽ chuyển tiếp các thông báo đến FPC ở giao tiếp ngõ ra thích hợp.
Hình 1.3: Truyền dữ liệu trong PFE ASIC I/O Manager ở FPC tái hợp các cell dữ liệu ở bộ nhớ chia sẻ thành các gói data và truyền chúng thông qua ASIC Packet Director để đến PIC ngõ ra. PIC ở ngõ ra truyền đi các gói dữ liệu đã tái hợp. 2.4. Cơ cấu định tuyến Cơ cấu định tuyến nắm giữ tất cả các xử lý giao thức định tuyến cũng như các phần mềm khác điều khiển các giao tiếp của router, các thành phần phần cứng, hệ thống quản lý và các cuộc truy cập vào router của người dùng. Các xử lý giao thức định tuyến và phần mềm sẽ chạy trên kernel giao tiếp với  cơ cấu chuyển tiếp gói.  
Hình 1.4: Kiến trúc Routing Engine Các đặc điểm của cơ cấu định tuyến: Xử lý các gói giao thức định tuyến: tất cả các gói giao thức định tuyến từ mạng đều truyền đến cơ cấu này, không qua cơ cấu chuyển tiếp gói. Phân đoạn phần mềm: các phần mềm chức năng khác nhau được chia thành các quá trình xử lý riêng rẽ, các sự cố sẽ ít hoặc không ảnh hưởng đến quá trình xử lý chung. Có khả năng mở rộng: các bảng định tuyến JUNOS được thiết kế cho tất cả các router trong mạng hiện tại với dung lượng có thể mở rộng dành cho các nhu cầu trong tương lai. Giao diện quản lý: có nhiều cấp độ khác nhau để chọn lựa như CLI (giao diện để cấu hình, quản lý phần mềm giao thức định tuyến) hay SNMP (giao thức quản lý mạng đơn giản). 3. Kết luận Nội dung của chương này trình bày về tổng quan của hệ thống định tuyến lõi M320, cấu trúc của hệ thống. Ngoài ra, chương còn trình bày về cơ cấu chuyển tiếp gói và cơ cấu định tuyến của hệ thống M320 giúp chúng ta hiểu thêm về hoạt động của hệ thống định tuyến lõi M320.