đặt vấn đề cho các mở rộng sang OSPF. Chƣơng 2: Cơ chế định tuyến QoS Nội dung chính là trình bày về định tuyến QoS trong mạng phân cấp và các cơ chế định tuyến đảm bảo QoS. Chƣơng 3: OSPF mở rộng cho định tuyến đảm bảo chất lƣợng Nội dung tập trung vào các mở rộng của OSPF cho định tuyến QoS. 3 CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN QoS 1.1 Giới thiệu định tuyến dựa trên QoS 1.
Định tuyến Định tuyến là sự lựa chọn đƣờng đi để truyền một đơn vị dữ liệu từ trạm nguồn đến trạm đích trong một liên mạng theo tiêu chí nhất định. Chức năng định tuyến đƣợc thực hiện ở tầng mạng, cho phép router đánh giá các đƣờng đi sẵn có tới đích và chọn đƣờng đi thích hợp (Hình 1. Để đánh giá đƣờng đi, định tuyến sử dụng các thông tin topo mạng, các thông tin này có thể do ngƣời quản trị thiết lập hoặc đƣợc thu lƣợm thông qua các giao thức định tuyến.1 - Định tuyến Tầng mạng hỗ trợ chuyển gói từ đầu cuối tới đầu cuối cố gắng tối đa (best- effort) qua các mạng đƣợc kết nối với nhau, sử dụng bảng định tuyến để gửi các gói từ mạng nguồn đến mạng đích. Sau khi đã quyết định sử dụng đƣờng đi nào, router tiến hành việc chuyển gói.
Nó lấy một gói nhận đƣợc ở giao diện vào và chuyển tiếp gói này tới giao diện ra tƣơng ứng (giao diện thể hiện đƣờng đi tốt nhất tới đích cho gói). Mục tiêu cơ bản của các phƣơng pháp định tuyến là nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, và tối thiểu hoá giá thành mạng. Để đạt đƣợc điều này kỹ thuật định tuyến phải tối ƣu đƣợc các tham số mạng và ngƣời sử dụng nhƣ: xác suất tắc nghẽn, 4 băng thông, độ trễ, độ tin cậy, giá thành,v. Vì vậy, một kỹ thuật định tuyến phải thực hiện tốt hai chức năng chính sau đây: • Quyết định chọn đƣờng theo những tiêu chuẩn tối ƣu nào đó.
• Cập nhật thông tin định tuyến Tuỳ thuộc vào kiến trúc, hạ tầng cơ sở mạng mà các kỹ thuật định tuyến khác nhau đƣợc áp dụng. Các tiêu chuẩn tối ƣu khi chọn đƣờng dẫn từ trạm nguồn tới trạm đích có thể phụ thuộc vào yêu cầu ngƣời sử dụng dịch vụ mạng. Giữa mạng và ngƣời sử dụng có thể có các thoả thuận ràng buộc về chất lƣợng dịch vụ cung cấp hay một số yêu cầu khác, điều đó có thể dẫn tới khả năng chọn đƣờng của mạng chỉ là cận tối ƣu đối với một loại hình dịch vụ cụ thế, hoặc với một số nhóm ngƣời sử dụng dịch vụ cụ thể. Chức năng cập nhật thông tin định tuyến là chức năng quan trọng nhất mà các giao thức định tuyến phải thừa hành, các giải pháp cập nhật thông tin định tuyến đƣa ra hiện nay tập trung vào giải quyết bài toán cân đối lƣu lƣợng báo hiệu và định tuyến trên mạng với tính đầy đủ và sự nhanh chóng của thông tin định tuyến.
Có nhiều cách đế phân loại giao thức định tuyến, trong đó cách phân loại phổ biến nhất là phân định tuyến thành định tuyến theo véc-tơ khoảng cách và định tuyến theo trạng thái liên kết. • Định tuyến theo trạng thái liên kết: các nút mạng quảng bá thông tin định tuyến tới tất cả các nút trong liên mạng. Tuy nhiên, mỗi router chỉ gửi một phần bảng định tuyến (phần mô tả trạng thái kết nối của router) và xây dựng một bức tranh về toàn bộ mạng trong bảng topo. Mỗi khi topo trạng thái kết nối thay đổi, các router đầu tiên biết đƣợc sự thay đổi này sẽ gửi một thông báo trạng thái kết nối LSA (Link State Advertisement) mới tới các router khác hoặc tới một router chỉ định (nơi các router khác có thể sử dụng để cập nhật).
LSA này sẽ đƣợc tràn ngập (flooding) tới tất cả các router trên liên mạng. • Định tuyến theo véc-tơ khoảng cách: là một thuật toán thích nghi nhằm tính toán con đƣờng ngắn nhất giữa các cặp nút trong mạng, dựa trên phƣơng 5 pháp tập trung đƣợc biết đến nhƣ là thuật toán Bellman-Ford. Các nút mạng thực hiện quá trình trao đổi thông tin trên cơ sở của địa chỉ đích, nút kế tiếp và con đƣờng ngắn nhất tới đích. Khi tính toán đƣờng đi ngắn nhất sử dụng định tuyến theo trạng thái liên kết và định tuyến theo véc-tơ khoảng cách, thông tin trạng thái của mạng thể hiện qua các số đo (Metric) thông qua giá (cost), các bộ định tuyến phải đƣợc cập nhật giá trên tuyến kết nối.
Khi có sự thay đổi topo mạng hoặc lƣu lƣợng, các nút mạng phải khởi tạo và tính toán lại tuyến đƣờng đi ngắn nhất, tuỳ theo giao thức đƣợc sử dụng trong mạng. Các bảng định tuyến chứa thông tin đƣợc sử dụng bởi phần mềm chuyển mạch để chọn tuyến tốt nhất. Các thuật toán phức tạp có thể chọn tuyến dựa trên nhiều metric bằng cách kết hợp chúng thành một metric phức hợp. Các metric đƣợc sử dụng phổ biến gồm: chiều dài đƣờng đi, độ tin cậy, độ trễ, băng thông, tải và giá truyền thông.
Chúng ta có thể so sánh định tuyến véc-tơ khoảng cách với định tuyến trạng thái kết nối theo một số tiêu chí nhƣ trong Bảng 1.1 - So sảnh định tuyến trạng thải kết nối và véc-tơ khoảng cách. Véc-tơ khoảng cách Trạng thải liên kết Nhận thức về topo mạng từ các Có đƣợc cái nhìn toàn cảnh về liên mạng. router kế cận. Cộng vào véc-tơ khoảng cách từ Tính toán đƣờng đi ngắn nhất tới tất cả các router này tới router khác.
Cập nhật định kỳ, hội tụ chậm. Cập nhật ngay khi thay đổi, hội tụ nhanh. Chuyển bản sao của bảng định tuyến Chuyển cập nhật định tuyến trạng thái kết tới các router kế cận. nối tới tất cả các router.
6 Định tuyến véc-tơ khoảng cách lấy dữ liệu topo từ thông tin bảng định tuyến của các router kế cận. Định tuyến trạng thái kết nối có đƣợc một cái nhìn toàn cảnh về topo của liên mạng bằng cách tích luỹ tất cả các LSA cần thiết. Định tuyến véc-tơ khoảng cách xác định đƣờng đi tốt nhất bằng cách cộng thêm vào giá trị metric mà nó nhận đƣợc khi thông tin định tuyến đƣợc gửi từ router này tới router khác. Đối với định tuyến trạng thái kết nối, mỗi router làm việc độc lập trong việc tính toán đƣờng đi ngắn nhất tới các mạng đích.
Trong hầu hết các giao thức định tuyến véc-tơ khoảng cách, cập nhật định tuyến về thay đổi topo mạng đƣợc gửi định kỳ. Các cập nhật đƣợc gửi từ router này tới router khác, dẫn đến mạng hội tụ chậm. Với các giao thức định tuyến trạng thái kết nối, cập nhật đƣợc gửi ngay khi topo mạng thay đổi. Các gói thông báo trạng thái kết nối LSA có kích thƣớc tƣơng đối nhỏ đƣợc chuyển tới tất cả các router, do đó thời gian hội tụ sẽ nhanh hơn khi topo mạng thay đối.
Định tuyến dựa trên QoS Định tuyến dựa trên QoS là cơ chế định tuyến theo đó đƣờng đi cho các luồng đƣợc xác định dựa trên một số hiểu biết về sự sẵn sàng của tài nguyên trong mạng cũng nhƣ nhu cầu QoS của luồng [3]. Hay nói cách khác, đó là ―một giao thức định tuyến động có mở rộng tiêu chí chọn đƣờng của nó bao gồm các tham số QoS nhƣ băng thông sẵn có, hiệu quả sử dụng đƣờng đầu cuối và kết nối, mức tiêu thụ tài nguyên nút, trễ và trƣợt, biến động trễ‖. Nói một cách ngắn gọn là định tuyến động có tính đến QoS.2 là ví dụ đơn giản về định tuyến dựa trên QoS. Giả sử có luồng lƣu lƣợng từ nút A tới nút C yêu cầu băng thông 4Mbps, mặc dù đƣờng A-B-C ngắn hơn, nhƣng nó sẽ không đƣợc chọn vì không có đủ băng thông.
Thay vào đó đƣờng A-D-E-C đƣợc chọn.2 - Ví dụ về phƣơng pháp định tuyến dựa trên QoS Bên cạnh đó, còn có hai khái niệm liên quan là định tuyến dựa trên chính sách và định tuyến ràng buộc. Mối quan hệ giữa ba kiểu định tuyến đƣợc thế hiện trong hình 1.3 - Mỗi quan hệ giữa ba kiêu định tuyển Định tuyến dựa trên chính sách là quyết định định tuyến không dựa trên hiểu biết về topo mạng và các số đo mà dựa theo các chính sách quản trị. Định tuyến theo chính sách thƣờng đƣợc cấu hình tĩnh. Định tuyến ràng buộc là một quan niệm phát triển từ định tuyến dựa trên ỌoS nhƣng có ý nghĩa rộng hơn.
Nó tính đƣờng đi đế thoả mãn một số ràng buộc, bao gồm cả các ràng buộc về QoS (yêu cầu QoS và sự sẵn sàng của tài nguyên) và các ràng buộc theo chính sách. Mục đích của định tuyến dựa trên QoS Các giao thức định tuyến Internet hiện nay đƣợc gọi là giao thức định tuyến ―cố gắng tối đa‖. Các giao thức này chỉ sử dụng ―đƣờng ngắn nhất‖ tới đích, chúng thƣờng dùng các thuật toán tối ƣu với mục tiêu đơn, theo đó chỉ xem xét một số đo (băng thông, số chặng, giá). Nhƣ vậy, toàn bộ lƣu lƣợng đƣợc định tuyến vào ―đƣờng ngắn nhất‖, ngay cả khi tồn tại đƣờng cạnh tranh khác, chúng không đƣợc sử dụng chừng nào chúng chƣa trở thành đƣờng ngắn nhất.
Điều này có thể dẫn tới tắc nghẽn của một vài kết nối, trong khi các kết nối khác không đƣợc dùng hết. Định tuyến ―cố gắng tối đa‖ sẽ chuyển lƣu lƣợng từ một đƣờng tới đƣờng ―tốt hơn‖ mỗi khi nó tìm đƣợc. Việc này xảy ra ngay cả khi đƣờng đang dùng đáp ứng đƣợc các yêu cầu dịch vụ của lƣu lƣợng. Kiểu chuyển đổi này là không mong muốn vì nó dẫn tới sự dao động định tuyến, lƣu lƣợng sẽ bị định tuyến qua lại giữa các đƣờng cạnh tranh.
Thậm chí còn tồi tệ hơn vì kiếu dao động này có thế làm tăng biến động trễ và trƣợt. Định tuyến dựa trên QoS đƣợc cho là giải quyết hoặc tránh các vấn đề đã nêu trên. Các mục tiêu chính của định tuyến dựa trên QoS là: • Thứ nhất, là để đáp ứng các yêu cầu QoS của ngƣời sử dụng. Định tuyến dựa trên QoS đƣợc giả thiết là đế tìm một đƣờng từ nguồn đến đích để thoả mãn các yêu cầu của ngƣời sử dụng về băng thông, trễ đầu cuối,.
Ngoài ra, việc này phải đƣợc thực hiện trong chế độ động chứ không phải là cấu hình tĩnh. Trong trƣờng hợp có một vài tuyến khả thi sẵn có, tuyến đƣợc lựa chọn có thể là cơ sở cho một vài chính sách ràng buộc. Ví dụ: chúng ta có thể chọn tuyến ít chi phí nhất hoặc theo nhà cung cấp dịch vụ chỉ định. •Thứ hai, là để tối ƣu hoá mức độ sử dụng tài nguyên mạng.
Đây là mục đích theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ.