Điểm trao đổi Internet là gì? Nó có vai trò gì trong CDN & kết nối mạng quốc tế?

Điểm trao đổi Internet (Internet Exchange Point / IXP) là một địa điểm thực mà qua đó các công ty cơ sở hạ tầng Internet, ví dụ như nhà cung cấp dịch vụ Internet (Internet Service Provides / ISP) và CDN kết nối với nhau. Các vị trí này tồn tại ở “biên” của các mạng khác nhau, và cho phép các nhà cung cấp mạng chia sẻ chuyển tuyến (quá cảnh / transit) ra bên ngoài mạng của họ.


Bằng cách có mặt trong một điểm IXP cụ thể, các công ty có thể rút ngắn con đường truyền thông tin với các mạng tham gia khác, do đó giảm được độ trễ (latency), cải thiện round-trip-time và có khả năng giảm chi phí.


Điểm trao đổi Internet hoạt động như thế nào?

Về cơ bản, IXP là một hoặc nhiều vị trí vật lý chứa các bộ chuyển mạch mạng định tuyến lưu lượng giữa các mạng thành viên khác nhau. Thông qua các phương thức khác nhau, các mạng này chia sẻ chi phí duy trì cơ sở hạ tầng vật lý và các dịch vụ liên quan khác.

Tương tự như cách chi phí được tích lũy khi vận chuyển hàng hóa qua các địa điểm của bên thứ ba, chẳng hạn như qua kênh đào Panama, khi lưu lượng truy cập được chuyển qua các mạng khác nhau, đôi khi các mạng đó tính phí vận chuyển. Để tránh những chi phí này và những nhược điểm khác liên quan đến việc gửi lưu lượng truy cập của họ qua mạng bên thứ ba, các công ty thành viên kết nối với nhau qua IXP để cắt giảm chi phí và giảm độ trễ.


IXP là mạng LAN lớp 2 lớn (của mô hình mạng OSI) được xây dựng với một hoặc nhiều thiết bị chuyển mạch Ethernet được kết nối với nhau qua một hoặc nhiều tòa nhà vật lý. Về khái niệm cơ bản, IXP không khác gì một mạng gia đình, với sự khác biệt thực sự duy nhất chỉ là ở quy mô mà thôi.

IXP có thể có tốc độ dao động từ 100 Megabit / giây đến nhiều Terabit / giây lưu lượng trao đổi. Không phụ thuộc vào kích thước, mục tiêu chính của họ là để đảm bảo rằng các bộ định tuyến của nhiều mạng được kết nối với nhau một cách có hiệu quả. Trong khi đó, một người thông thường tại nhà chỉ có một bộ định tuyến và nhiều máy tính hoặc thiết bị di động.

Trong hai mươi năm qua, đã có sự mở rộng lớn về kết nối mạng, song song với sự mở rộng to lớn của Internet toàn cầu. Việc mở rộng này bao gồm các cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu mới đang được phát triển để chứa các thiết bị mạng. Một số trung tâm dữ liệu đó đã thu hút lượng lớn các mạng, một phần không nhỏ là do các điểm trao đổi Internet phát triển mạnh hoạt động trong đó.


Tại sao các điểm trao đổi Internet lại quan trọng?

Nếu không có IXP, lưu lượng truy cập đi từ mạng này sang mạng khác sẽ có khả năng dựa vào mạng trung gian (intermediary network) để vận chuyển lưu lượng từ nguồn đến đích. Đây được gọi là các nhà cung cấp dịch vụ vận chuyển quá cảnh (transit providers). Trong một số tình huống, không có vấn đề gì khi làm điều này: đây vẫn là cách mà phần lớn lưu lượng truy cập Internet quốc tế chảy qua, vì chi phí để duy trì kết nối trực tiếp đến từng ISP với mọi ISP (each-and-every) trên toàn thế giới sẽ rất cao. 

Tuy nhiên, việc dựa vào ISP backbone để vận chuyển lưu lượng cục bộ có thể gây bất lợi cho hiệu suất, đôi khi do nhà cung cấp dịch vụ backbone gửi dữ liệu đến một mạng khác ở một thành phố hoàn toàn khác.

Tình huống này có thể dẫn đến cái gọi là tromboning, khi mà trong trường hợp xấu nhất, lưu lượng truy cập từ thành phố này đến ISP khác trong cùng thành phố đó có thể phải đi qua một khoảng cách rất dài để trao đổi thông tin và sau đó quay trở lại. CDN với sự hiện diện của IXP có lợi thế là tối ưu hóa đường dẫn dữ liệu đi qua mạng của nó, cắt giảm các đường dẫn kém hiệu quả.

hiện tượng trombone

BGP, giao thức xương sống của Internet

Các mạng nói chuyện với nhau bằng cách sử dụng giao thức BGP (Border Gateway Protocol). Giao thức này cho phép các mạng phân định rõ ràng giữa các yêu cầu bên trong và các cấu hình mạng biên của chúng. Tất cả các ứng dụng ngang hàng tại IXP đều sử dụng BGP.


Các nhà cung cấp chia sẻ lưu lượng truy cập qua các mạng khác nhau như thế nào?

Quá cảnh / Transit

Thỏa thuận giữa khách hàng và nhà cung cấp upstream của nó. Một nhà cung cấp dịch vụ chuyển tuyến (quá cảnh) cung cấp cho khách hàng của mình kết nối đầy đủ với phần còn lại của Internet. Quá cảnh dữ liệu như trên là một kiểu dịch vụ trả phí. Giao thức BGP được sử dụng để cho phép các địa chỉ IP của khách hàng được thông báo tới nhà cung cấp dịch vụ chuyển tiếp và sau đó đối với phần còn lại của Internet toàn cầu.

Ngang hàng / Peering

Sự sắp xếp đằng sau cách các mạng chia sẻ địa chỉ IP mà không cần có trung gian giữa chúng. Tại các điểm trao đổi Internet, chủ yếu không có chi phí liên quan đến việc chuyển dữ liệu giữa các mạng thành viên. Khi lưu lượng được chuyển miễn phí từ mạng này sang mạng tiếp theo, mối quan hệ được gọi là ngang hàng không dàn xếp.

Ngang hàng so với chuyển tuyến / quá cảnh có trả tiền

Thật không may cho một số mạng, việc truyền dữ liệu không phải lúc nào cũng miễn phí. Ví dụ, các mạng lớn có thị phần tương đối bằng nhau có nhiều khả năng ngang hàng với các mạng lớn khác nhưng có thể tính phí các mạng nhỏ hơn cho dịch vụ ngang hàng. 

Trong một IXP duy nhất, một công ty thành viên có thể có các thỏa thuận khác nhau với một số thành viên khác. Trong những trường hợp như thế này, một công ty có thể định cấu hình các giao thức định tuyến của họ để đảm bảo rằng họ tối ưu hóa để giảm chi phí hoặc giảm độ trễ bằng cách sử dụng giao thức BGP.

Deepering

Theo thời gian, các mối quan hệ có thể thay đổi, và đôi khi các mạng không còn muốn chia sẻ kết nối miễn phí với nhau nữa. Khi một mạng quyết định kết thúc thỏa thuận ngang hàng của họ, họ sẽ trải qua một quá trình được gọi là deepering. 

Deepering có thể xảy ra vì nhiều lý do như khi một bên được hưởng lợi nhiều hơn bên kia do tỷ lệ lưu lượng truy cập không tốt hoặc khi chỉ đơn giản là một nhà mạng quyết định bắt đầu tính phí cho bên kia. Quá trình này có thể gây xúc động mạnh và một mạng bị cô lập có thể cố tình làm gián đoạn lưu lượng của bên kia khi mối quan hệ ngang hàng đã bị chấm dứt.

Làm thế nào để IXP sử dụng BGP?

Trên toàn mạng cục bộ của IXP, các nhà cung cấp khác nhau có thể tạo kết nối 1-1 bằng giao thức BGP. Giao thức này được tạo ra để cho phép các mạng khác nhau thông báo địa chỉ IP của chúng cho nhau cộng với địa chỉ IP mà chúng đã cung cấp kết nối cho hạ nguồn / downstream (ví dụ khách hàng của họ). 

Khi hai mạng thiết lập phiên BGP, các tuyến tương ứng của chúng sẽ được trao đổi và lưu lượng truy cập có thể chảy trực tiếp giữa chúng. 

Kết nối IXP hoặc PNI

Hai mạng có thể coi lưu lượng trao đổi của họ là đủ quan trọng để họ muốn chuyển từ cơ sở hạ tầng dùng chung của IXP sang kết nối liên thông chuyên dụng giữa hai mạng. PNI (Private Network Interconnect / Kết nối mạng riêng) chỉ đơn giản là một kết nối cáp quang dark fibre (thường nằm trong một trung tâm dữ liệu hoặc tòa nhà) kết nối trực tiếp một cổng trên mạng A với một cổng trên mạng B. BGP gần giống như một thiết lập ngang hàng IXP chia sẻ.

(Biên tập từ bài viết What is an Internet exchange point? | How do IXPs work? của Cloudflare)

Leave a Comment