Luận văn: Tìm hiểu thuật toán Widest Shortest Path

Chia sẻ: Nguyen Minh Khang Khang | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:26

0
93
lượt xem
21
download

Luận văn: Tìm hiểu thuật toán Widest Shortest Path

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay việc gia tăng các giá trị gia tăng hứa hẹn một tương lai phát triển mạnh mẽ cho hệ thống mạng với các dịch vụ thời gian thực, băng thông rộng hay các dịch vụ liên quan đến tính kinh tế, bảo mật, chất lượng dịch vụ cao như mạng riêng ảo ( VPN). Bên cạnh sự ra đời của các mạng công nghệ cao thì vấn đề phải làm sao đảm bảo được tốc độ tính toán nhanh nhất và đạt hiệu suất tổng thể cho luồng lưu lượng khác nhau.....

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Tìm hiểu thuật toán Widest Shortest Path

  1. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh Luận văn Tìm hiểu thuật toán Widest Shortest Path Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 1
  2. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh Mục Lục Tổng quan…………………………………………………………1 I. Khái niệm định tuyến……………………………………………3 II. Giải thuật định tuyến………………………………………................4 2.1. Yêu cầu của giải thuật định tuyến…………………..………...4 2.2. Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất và rộng nhất (WSP)………5 III. Giới thiệu về QoS (quality of service)………………………….…5 3.1.Định nghĩa về QoS…………………….................………5 3.2. Mô hình trạng thái QoS…………………………………..6 3.3. Mục tiêu định tuyến Qos…………….......................…......7 3.4. Các tham số QoS…………………….......................……7 3.5. Các giao thức và tiêu chuẩn liên quan đến QoS…………........9 IV. Các vấn đề về số đo ...........................................................................11 4.1. Số đo ........................................................................................11 4.2. phân phối số đo.........................................................................12 4.3. Thứ tự số đo..............................................................................12 V. Kĩ thuật lưu lượng...............................................................................13 5.1. Định tuyến QoS: tiếp cận khu vực và tổng thể........................14 5.2. Định tuyến khoanh vùng..........................................................15 5.3. Dịch vụ kết nối và không kết nối.............................................16 5.4. Mô hình lưu lượng ảo..............................................................16 VI. Giao thức đường đi ngắn nhất (OSPF-open Shortest First)...........18 Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 2
  3. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh VII. Tìm hiểu về thuật toán Dijkstra và thuật toán A*…....................21 1. Thuật toán Dijkstra……………………………………...21 2. Thuật toán A*……………………………..……………..23 VIII. Ứng Dụng và kết luận…………………………………….24 TỔNG QUAN Ngày nay việc gia tăng các giá trị gia tăng hứa hẹn một tương lai phát triển mạnh mẽ cho hệ thống mạng với các dịch vụ thời gian thực , băng thông rộng hay các dịch vụ liên quan đến tính kinh tế, bảo mật, chất lượng dịch vụ cao như mạng riêng ảo (VPN) Bên cạnh sự ra đời của các mạng công nghệ cao thì vấn đề là phải làm sao đảm bảo được tốc độ tính toán nhanh nhất và đạt hiệu năng tổng thể cho luồng lưu lượng khác nhau. Hơn nữa cải thiện hiệu năng định tuyến là một bài toán được quan tâm hàng đầu trong mạng, Trong đề tài này chúng ta tập chung tìm hiểu về thuật toán WSP ( Widest shortest path alogorithm ). Thuật toán này chọn đường đi ngắn nhất dựa trên số bước nhảy, và tìm đường rộng nhất dựa trên độ rộng băng thông. Để hiểu thuật toán này trước hết chúng ta phải tìm hiểu về QoS (quality of service ) và đi đến định tuyến đảm bảo QoS (chất lượng dịch vụ ) qua thuật toán này như thế nào Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 3
  4. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh I. khái niệm định tuyến Mục tiêu cơ bản của các phương pháp định tuyến nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, và tối thiểu hoá giá thành mạng. Để đạt được điều này kỹ thuật định tuyến phải tối ưu được các số mạng và người sử dụng như : Xác suất tắc ngẽn, băng thông, độ trễ, độ tin cậy, giá thành,v..v. Vì vậy, một kỹ thuật định tuyến phải thực hiện tốt 2 chức năng chính sau đây: 1.Quyết định chọn đường theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó. 2.Cập nhật thông tin định tuyến, tức là thông tin dùng cho chức năng Trong các mạng máy tính có rất nhiều các kỹ thuật định tuyến khác nhau đã được đưa ra. Sự phân biệt giữa các kỹ thuật định tuyến chủ yếu căn cứ vào các yếu tố liên quan đến 2 chức năng chính đã chỉ ra trên đây. Các yếu tố đó thường là: (a) Sự phân tán của các chức năng chọn đường trên các nút của mạng. (b) Sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng. (c) Các tiêu chuẩn tối ưu để định tuyến. Tiêu chuẩn tối ưu để định tuyến được xác định bởi người quản lý hoặc người thiết kế mạng, nó có thể là: - Độ trễ trung bình của thời gian truyền gói tin. - Số lượng nút trung gian giữa nguồn và đích của gói tin. - Độ an toàn của việc truyền tin. - Nguồn tài nguyên mạng sử dụng cho truyền tin . - v.v.. - Tổ hợp của các tiêu chuẩn trên. Việc chọn tiêu chuẩn tối ưu như vậy phụ thuộc vào nhiều bối cảnh mạng (topo, thông lượng, mục đích sử dụng.v.v..). Các tiêu chuẩn có thể thay đổi vì bối cảnh Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 4
  5. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh mạng cũng có thể thay đổi theo thời gian hoặc các triển khai ứng dụng trên mạng, chính vì thế mà vấn đề tối ưu hoá định tuyến luôn được đặt ra trong thời gian triển khai mạng, nhất là sự đối lập về quan điểm người sử dụng dịch vụ và nhà khai thác dịch vụ mạng II. Giải thuật định tuyến Giải thuật định tuyến (routing algorithm) là giải thuật tìm đường đi cho các gói từ một máy nguồn đến một máy đích, trong hầu hết các mạng thì các gói sẽ cần đến nhiều bước nhảy (nghĩa là phải chuyển qua nhiều bộ định tuyến) để hoàn tất cuộc hành trình. Giải thuật định tuyến có nhiệm vụ quyết định đường dây ra nào mà một gói đến có thể được truyền trên nó. Có hai quá trình xảy ra trong một bộ định tuyến, đó là một quá trình quản lí mỗi một gói khi gói này đến, tìm kiếm đường ra cho gói này ở trong các bảng định tuyến, quá trình này gọi là quá trình truyền tiếp. Quá trình còn lại có nhiệm vụ cập nhật và điền vào các bảng định tuyến, đó là nơi mà giải thuật định tuyến bắt đầu có hiệu lực. 2.1. Yêu cầu của giải thuật định tuyến Các thuộc tính cần phải có trong giải thuật định tuyến là: . Chính xác (exactitude) . Đơn giản (simple) . Có khả năng thay đổi cấu hình và đường vận chuyển để không phải khởi động lại mạng khi có một nút hỏng hoặc phải ngừng hoạt động của các máy ở trạm . Ổn định vì có những thuật toán không bao giờ hội tụ về trạng thái cân đối ổn định . Tối ưu Các giải thuật định tuyến có thể được nhóm thành hai loại chính: không thích nghi và thích nghi Các quyết định của giải thuật định tuyến không thích nghi không phụ thuộc vào các phép đo hoặc ước lượng của lưu lượng hiện hành và cấu trúc liên kết (topo) mạng. Thay vào đó, việc lựa chọn tuyến sử dụng để đi từ nguồn đến đích được tính toán trước và được tải xuống các bộ định tuyến khi mạng được khởi động Giải thuật thích nghi thay đổi các quyết định định tuyến để phản ánh sự thay đổi trong cấu trúc liên kết mạng và thường là cả lưu lượng. Các giải thuật thích nghi khác nhau ở nơi nào chúng lấy thông tin (chẳng hạn như có tính cục bộ, từ các bộ Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 5
  6. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh định tuyến gần nhất hoặc từ tất cả các bộ định tuyến ), khi nào các giải thuật này thay đổi các tuyến (chẳng hạn như mỗi một ΔT giây, khi tải thay đổi hay cấu trúc liên kết mạng thay đổi ), và số đo nào được sử dụng cho sự tối ưu (chẳng hạn như khoảng cách, số bước nhảy hay thời gian chuyển tiếp được ước lượng) và ở đoạn tiếp giải thuật định tuyến đường đi ngắn nhất và rộng nhất (WSP). 2.2. Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất và rộng nhất ( WSP ) Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất và rộng nhất (WSP)[1] là thuật toán được nâng cấp từ thuật toán bước nhảy tối thiểu,WSP cố gắng cân bằng tải trọng của lưu lượng mạng. Trên thực tế thì WSP chọn một đường dẫn khả thi nhất cùng với số bước nhảy bé nhất và nếu có nhiều hơn một đường dẫn khả thi cùng với số bước nhảy như vậy thì một đường dẫn sẽ được chọn ra cùng với độ dư băng thông lớn nhất, như vậy sẽ làm giảm liên kết tải trọng nặng. Mục tiêu của thuật toán WSP là để chọn một con đường ngắn nhất mà là một con đường có tính khả thi theo sự rằng buộc về băng thông của lưu lượng. Số đo chính trong thuật toán WSP là số bước nhảy và số đo thứ 2 là băng thông sẵn có (còn dư), trong giai đoạn một tồn tại tất cả các con đường ngắn nhất giữa mỗi nguồn và tất cả các đích trong mạng là một sự tính toán. Trong giai đoạn 2 băng thông được sử dụng. WSP có thể tính toán bằng phiên bản sửa đổi của Bellman-Ford hoặc thuật toán Dijkstra. Sự mở rộng để thuật toán Dijkstra thay thế cho sự tính toán của WSP. Mục đích chính của WSP là để giảm tải chi phí cho mạng. Từ đó sự duy trì tài nguyên mạng là đặc biệt quan trọng khi mạng bị tắc nghẽn, kiểu thuật toán này mang lại hiệu quả cao khi mạng có tải trọng cao. WSP thực thi tốt bởi vì tài nguyên được bảo vệ đồng thời bằng cách chọn con đường ngắn và cân băng tải trọng bằng cách chọn con đường rộng giữa các con đường có độ dài như nhau Trong phần sau chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về QoS (quality of service) để biết được giải thuật WSP hỗ trợ cho định tuyến QoS như thế nào III. Giới thiệu về QoS (quality of service) 3.1. Định nghĩa về QoS (chất lượng dịch vụ) Chất lượng dịch vụ QoS [2] là khả năng của mạng để cung cấp dịch vụ tốt cho lưu lượng mạng xác định qua nhiều công nghệ lớp dưới như Frame-Relay, ATM, IP và các mạng định tuyến… nói cách khác nó là đặc tính của mạng cho phép phân biệt giữa các lớp lưu lượng khác nhau và sử lý chúng một cách khác nhau Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 6
  7. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh Một vài ứng dụng tổng quát và độ chính xác của các yếu cầu được liệt kê trong bảng sau. Ứng dụng Độ tin cậy Thời gian trì hoãn Trượt Băng thông Thư điện tử Cao Thấp Thấp Thấp Truyền tập tin Cao Thấp Thấp Trung bình Truy cập Web Cao Trung bình Thấp Trung bình Đăng nhập từ xa Cao Trung bình Trung bình Thấp Âm nhạc theo yêu cầu Thấp Thấp Cao Trung bình Điện thoại Thấp Cao Cao Thấp Hội nghị truyền hình Thấp Cao Cao Cao Bảng 3.1 Các yêu cầu về chất lượng dich vụ 3.2. Mô hình trạng thái QoS Một mô hình trạng thái mạng QoS thường được biểu diễn dưới dạng một đồ thị G(V,E). Trong đó V thể hiện cho các nút và E là các liên kết. Lưu lượng vào mạng qua nút vi và ra qua nút vj . Mỗi liên kết (i,j) có 2 đặc tính : Ci,j là dung lượng liên kết và fi,j là lưu lượng thực tế. Gọi Ri,j = (Ci,j – fi,j) là băng thông dư. Một kết nối có yêu cầu băng thông là dk thì một liên kết được gọi là khả dụng khi Ri,j ≥ dk. Một kết nối mới có thể được chấp thuận nếu ít nhất tồn tại một đường dẫn khả dụng giữa vi và vj. V1 j CjlFjl l CijFij ClnFln CjlFjl i CjmFjm CklFkl n V0 vn CmnFmn CjkFjk k CkmFkmm m Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 7
  8. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh Hình 3.2 Mô hình trạng thái mạng QoS Một đường đi (path) trên đồ thị là một dãy tuần tự các đỉnh v1,v2...vn, sao cho (vi,vi+1) là một cung của đồ thị (i=1…n-1). Đường đi này là đường đi từ đỉnh v1 đến đỉnh vn đi qua các đỉnh v1,v2...vn-1, đỉnh v1 được gọi là đỉnh đầu của đường đi, đỉnh vn được gọi là đỉnh cối của đường đi, độ dài của đường đi là n-1(bằng số cạnh trên đường đi ). Một liên kết a thuộc E từ nốt vi đến vi+1 hay gọi là liên kết (vi,vi+1). Mỗi một liên kết a thuộc E có tải trọng wi(a). w(vi ,vi+1) là tải trọng tương ứng với liên kết ( vi,vi+1 ) trên đường dẫn P = ( v1,v2...vn-1 ) và W(P) là tải trọng trên toàn bộ đường truyền 3.3. Mục tiêu định tuyến QoS Vai trò của định tuyến là tính toán đường dẫn thích hợp cho các kiểu lưu lượng khác nhau, khi sự tận dụng của tài nguyên mạng lớn, việc đáp ứng mục tiêu phụ thuộc vào sự phát triển của thuật toán để tìm đường dẫn dựa vào sự tính toán trạng thái của mạng và lưu lượng yêu cầu, cụ thể là, cần tính đến độ trễ, độ trượt, tỉ lệ mất mát và băng thông còn dư. Mục tiêu của định tuyến QoS là để chọn đường dẫn phù hợp theo yêu cầu thông lượng căn cứ trên thông tin về tất cả các trạng thái của mạng . Sự tận dụng tài nguyên mạng cũng là mục tiêu quan trọng của định tuyến QoS. Kế hoạch định tuyến QoS cần phải đưa ra giải pháp cho kĩ thuật phân phối số đo và thuật toán chọn đường dẫn. Một số đề xuất phối hợp định tuyến QoS thường phụ thuộc vào sự trao đổi giữa các thông tin trạng thái QoS các bộ định tuyến, và xử lý phần đầu tại trung tâm các bộ định tuyến. Để đơn giản hóa việc trao đổi thông tin trong mạng, chúng ta tập trung phối hợp định tuyến khoanh vùng tại biên (edge) các bộ định tuyến và như vậy để giải quyết đường đi chỉ cần sử dụng thông tin cục bộ (local). Định tuyến căn cứ trên dung lượng ảo (vcr virtual capacity based routing) là sự phối hợp trên lí thuyết căn cứ trên khái niệm dung lượng ảo của một bộ định tuyến. Chúng ta tập trung phối hợp định tuyến QoS khoanh vùng tại biên (edge) các bộ định tuyến để giải quyết đường đi chỉ sử dụng thông tin cục bộ ”local” và như vậy thì giảm tải phần đầu tại trung các tâm bộ định tuyến 3.4. các tham số QoS. Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 8
  9. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh Các tham số rằng buộc về QoS của kết nối thường được đánh giá qua mức độ đảm bảo băng thông tối thiểu, độ trễ/trượt và tỉ lệ mất thông tin. Mục tiêu cơ bản của kỹ thuật định tuyến QoS là tìm ra một đường có khả năng đảm bảo các điều kiện rằng buộc của đấu nối và thậm chí chỉ để loại bỏ một số đấu nối khác. Hình 3.4 Độ trễ và mất mát gói tin trong mạng + Việc quản lý băng thông hiệu quả để chuyển các gói qua một mạng gói dựa trên các thông số sau - Latency –Trễ khi chuyển một gói tin qua mạng. - Jitter – Trượt. - Loss – Phần trăm mất gói. - roughput –Thông lượng của mạng. - vailability - network uptime-tính sẵn sàng của mạng. + Các tham số sau đây là cơ sở để định lượng bất kỳ một dịch vụ nào: - one-way delay -độ trễ một chiều. - one-way packet delay variation-mức độ thay đổi độ trễ gói tin theo một chiều. - capacity- dung lượng. - packet loss- độ mất mát gói tin. Ngoài danh sách này,có một vài yêu cầu cơ bản cho hoạt động mạng mà ảnh hưởng lớn đến toàn bộ chất lượng của bất kỳ dịch vụ nào. - Tỉ số lỗi bít. Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 9
  10. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh - Sự ổn định của lớp vật lý và liên kết số liệu. - Sự ổn định định tuyến. - Hiệu năng phần cứng toàn mạng. - Kiểm tra và thời gian cần để giải quyết sự cố . ứng dụng phương pháp kĩ lớp QoS (ví dụ) kĩ thuật nút thuạt mạng thời gian thực, rằng buộc định Jitter sensitive, tuyến và 0 tương tác Tách rời hàng đợi cùng với khoảng cách cao(VoIP,VTC) độ ưu tiên, nhóm lưu thời gian thực, Jitter lượng rằng buộc định tuyến sensitive, tương tác ở mức độ nhỏ hơn và 1 (VoIP,VTC) khoảng cách rằng buộc định Truyền vận dữ tuyến và 2 liệu,tương tác khoảng cách tách rời hàng đợi cao(signaling) độ ưu tiên giảm rằng buộc định tuyến Truyền vận dữ ở mức độ nhỏ hơn và 3 liệu,tương tác khoảng cách chỉ tổn thất nhỏ(các hàng đợi dài, bất cứ bộ định vận chuyển ngắn, độ ưu tiên giảm tuyến/đường dẫn 4 kích thước dữ liệu) ứng dụng truyền thống Tách rời hàng đợi của các mạng default (ưu tiên mức bất cứ bộ định 5 tuyến/đường dẫn IP thấp nhất) Bảng 2.2: Phạm vi các tham số 3.5 Các giao thức và tiêu chuẩn liên quan đến QoS Trong phần này sẽ đề cập và xem xét hai mô hình hỗ trợ QoS trong mạng IP là : Integrated Services (các dịch vụ tích hợp) và Differentiated Services (các dịch vụ sai biệt ). Cả hai mô hình đều hỗ trợ cho việc điều khiển mạng và mang lại khả năng phát triển mạng tốt hơn Kĩ thuật Intserv được hiểu một cách tổng quan như sau Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 10
  11. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh - Mỗi node mạng (router) được phân chia thành 2 phần: Xử lý cơ bản và chuyển tiếp lưu lượng. - Xử lý cơ bản đảm nhận các chức năng như: định tuyến, thiết lập và duy trì tài nguyên mạng và điều khiển quản lý. - Xử lý trong chuyển tiếp lưu lượng: dựa trên thông tin trong cơ sở dữ liệu để phân loại lưu lượng và đưa lưu lượng vào hàng đợi. Kĩ thuật Intserv (dịch vụ tích hợp), sử dụng giao thức RSVP- (giao thức dự trữ trước tài nguyên-Source Reservation Protocol) để dành trước tài nguyên trước khi truyền dữ liệu Path Path S R1 R3 Path Path Rx Resv Resv R2 Resv Resv Hình 3.5. RSVP RSVP cho phép nhiều bộ định tuyến truyền thông tin đến nhiều bộ định tuyến cho phép các bộ định tuyến tối ưu hóa trong việc sử dụng băng thông đồng thời với việc loại bỏ nghẽn mạch. Để dành trước tài nguyên phía gửi sử dụng RSVP để gửi một bản tin PATH tới phía nhận để xác định các thuộc tính của lưu lượng sẽ gửi. Mỗi node trung gian sẽ chuyển tiếp bộ bản tin PATH tới các node kế tiếp. Khi nhận được bản tin PATH bên nhận sẽ gửi bản tin RESV để yêu cầu tài nguyên cho luồng. Các node trung gian trên đường đi có thể chấp nhận hay từ chối các yêu cầu chứa trong bản tin RESV, nếu yêu cầu bị từ chối, bộ định tuyến sẽ gửi bản tin báo lỗi cho phía nhận, quá trình báo hiệu kết thúc. Nếu yêu cầu được chấp nhận, tài nguyên được dành riêng cho luồng và các trạng thái liên quan của luồng sẽ được cài đặt vào bộ định tuyến. RSVP khó khăn trong việc thực hiện vì việc chuyển tiếp các gói dựa trên trạng thái của gói tại mỗi node, các quyết định này yêu cầu các gói RSVP phải mang một số thông tin “tóm tắt” để định phiên làm việc của chúng. Các bộ định tuyến trung gian phải có một bảng định tuyến động Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 11
  12. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh chứa phương pháp sử lí các thông tin “tóm tắt” đó và thông tin về việc “dành trước tài nguyên”. Khi một bộ định tuyến nhận được một gói thuộc phiên làm việc RSVP nó phải tham chiếu vào bảng để biết cách phải xử lí gói như thế nào. Trong mô hình tích hợp dịch vụ sử dụng giao thức RSVP có thể đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối trên cơ sở mỗi luồng thông qua báo hiệu QoS trên từng chặng. Các bộ định tuyến dọc theo đường truyền phải duy trì trạng thái cho mỗi luồng thông tin. Vì vậy tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng, nhưng kéo theo đó là gánh nặng xử lý và tăng kích cỡ mạng Trong mô hình dịch vụ sai biệt chỉ đảm bảo QoS trên từng chặng thông qua việc ấn định tài nguyên phần cứng. Gánh nặng xử lý của các bộ định tuyến nhẹ hơn và đơn giản hơn, nhưng không đảm bảo về QoS từ đầu cuối đến đầu cuối Điều khiển path Tác nhân Thiết lập RSVP Pat định tuyến Tác dành riêng Pat nhân đk h h Resv Resv Tổ chức điều khiển Bảng định tuyến Điều khiển cơ sở dữ liệu Hàng đợi Dữ liệu vào ra Bộ phận Phân Lập lịch trình loại đk Hình mô hình tích hợp dịch vụ sử dụng RSVP VI. Các vấn đề về số đo 4.1 Số đo ( Metric) Thuật toán chọn đường có mức độ phức tạp được quyết định bởi nhiều yếu tố khác nhau. Thuật toán chọn đường chọn các đường dẫn khả thi trong một tập đường dẫn. Mặc dù vậy, việc tính toán được quyết định trên nguyên tắc của kết cấu số đo Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 12
  13. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh Giá trị của số đo dọc theo đường dẫn, căn cứ trên giá trị của mỗi bước nhảy được quyết định trên bản chất của số đo. Việc thêm vào thành phần số đo có nghĩa là giá trị của số đo trên khắp đường dẫn là sự cộng gộp giá trị của mỗi bước nhảy ( độ trễ và số bước nhảy tương đương với các số đo cộng vào). Với các số đo được nhân lên thì giá trị của số đo trên con đường là tích số của các giá trị đó trong mỗi bước nhảy (độ tin cậy). Giá trị của số đo lõm (concave) trên đường truyền phù hợp để tuân theo giá trị trong tất cả các bước nhảy của đường truyền ấy (băng thông là ví dụ phổ biến của số đo lõm ) Các số đo sử dụng phổ biến trên định tuyến QoS và rằng buộc định tuyến căn bản được tách ra thành 3 loại Được gọi là các quy tắc cấu tạo hành phần các số đo - Tính cộng thêm nếu W(P) = w( u1, u2 ) + w ( u3 , u4 ) +…+ w(ul-1,ul) - Tính nhân lên nếu W(P) = w( u1, u2 ). w ( u3 , u4 ) .…. w(ul-1,ul) - Tính lõm nếu W(P) = min( w( u1, u2 ), w ( u3 , u4 ) ,…, w(ul-1,ul) ) W(P) là tải trọng trên đường truyền, w(ui , uj) là tải trọng của một liên kết trên đường truyền 4.2. Phân phối số đo ( Metrics Distribution) Trạng thái của mạng có thể miếu tả bằng một tập hơp số đo, bao gồm băng thông sẵn có, độ trễ, độ trượt, và mức độ tắc nghẽn. Thông tin về tất cả trạng thái của mạng cần được phân phối, và giữ lại cập nhật, ở tất cả hoặc một vài bộ định tuyến trong mạng. Sự phân phối cần được thực hiện thường xuyên hơn trong bộ định tuyến để cập nhật trạng thái động của mạng. Nhưng nếu thường xuyên cập nhật thông tin thì nó sẽ gây ra tiêu thụ băng thông nhiều, có thể xảy ra nguy hiểm cho mạng. 4.3 Thứ tự số đo (Metric Ordering ) Thứ tự số đo phụ thuộc sự xác định của số đo mà có độ ưu tiên cao và có sự tính toán tương đối tốt nhất theo số đo này. Trong thuật toán WSP thì số đo được ưu tiên tính toán đầu tiên là số bước nhảy, số đo thứ hai căn cứ trên băng thông Tuật toán WSP chọn từ các con đường ngắn nhất cùng với số bước nhảy như nhau, cùng với độ dư băng thông lớn. Thuật toán WSP sử dụng thuật toán Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 13
  14. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh bellman-ford để tính toán đường dẫn rộng nhất ngắn nhất. Thuật toán Dijkstra cũng có thể được sử dụng để tính toán đường ngắn nhất và rộng nhất. Trong trường hợp này được sử dụng 2 hàm, đầu tiên là liên quan đến số bước nhảy, và thứ 2 là độ dư băng thông lớn nhất. Tại mỗi lần lặp thuật toán tính toán chọn một node cùng với số bước nhảy nhỏ. Nếu có nhiều hơn một node có số bước nhảy như vậy thì nó sẽ chọn một node cùng với độ dư băng thông lớn nhất. Thuật toán WSP có mục đích định ra giới hạn sử dụng tài nguyên, chúng cũng cho phép đi đến cân bằng tải trọng. Từ đó sự duy trì tài nguyên là quan trọng nhất khi mạng bị tắc nghẽn, và kiểu thuật toán này góp phần để duy trì tài nguyên, nó cho thấy kết quả tốt khi tải trọng cao. Thuật toán WSP cũng cho thấy cách giao tiếp tốt khi giải quyết định tuyến dựa trên thông tin của trạng thái mạng. Độ rộng băng thông được dùng như một số đo cho định tuyến QoS, một hoặc kết hợp cùng với các số đo khác, ví dụ như độ trễ hoặc số các bước nhảy. Hình 4.3 Thông lượng, băng thông sẵn có V. Kĩ thuật lưu lượng Một vài định tuyến QoS đề xuất cách tính toán các đường dẫn ngắn nhất căn cứ trên số đo mà mô tả trạng thái của mạng. Cách sử dụng thông thường của đường dẫn đơn ngắn nhất có thể đem lại tính không ổn định dưới sức nặng các tải trọng hoặc lưu lượng truyền loạt. Khi tắc nghẽn ra tăng trong một con đường, tất cả các lưu lượng chuyển sang một con đường khác, cùng với tải trọng thấp hơn . Trong lần lặp lại tiếp theo cuả thuật toán tính toán đường dẫn, thay đổi đường dẫn ngược lại có thể xuất hiện, tạo nên giao động . Sự giao động bắt nguồn từ mạng không ổn Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 14
  15. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh định và gây tắc nghẽn dưới các giao thức định tuyến động, từ đó nó cần phân phối sự cập nhật tương ứng với thay đổi tình trạng của mạng Kĩ thuật lưu lượng là một phần quan trọng để điều khiển của sự thực thi mạng: Lập kế hoach mạng, điều khiển dung lượng, và điều khiển lưu lượng [3]. lập kế hoạch cho mạng kết hợp cùng với node và kế hoạch truyền tải tăng hỗ trợ lưu lượng ... Điều khiển lưu lượng là modul nhằm vào sự thực thi của mạng dưới tất cả các điều kiện công việc bao gồm điều kiện tải trọng và tình trạng của mạng. Cơ sở rằng buộc định tuyến là một công cụ mạnh cho kĩ thuật lưu lượng tại modul điều khiển lưu lượng, từ đó các đường dẫn được chọn theo sự sẵn có tài nguyên của mạng, sử dụng các giao thức định tuyến QoS. 5.1 Định tuyến QoS: tiếp cận khu vực và tổng thể Phần lớn sự phối hợp định tuyến QoS, được đề xuất phụ thuộc theo thay đổi định kỳ của thông tin trạng thái liên kết QoS giữa các bộ định tuyến trong mạng để đạt được tổng quan chung về trạng thái QoS mạng. Cách tiếp cận này để định tuyến QoS tham khảo như sự tiếp cận định tuyến QoS chung. Bởi vì tài nguyên mạng có thể sẵn sàng bị thay đổi cùng với mỗi lưu lượng chuyển đến và đi ra, để duy trì trạng thái QoS mạng đúng yêu cầu thì thông tin phải được thường xuyên cập nhật. Sự ngăn cấm truyền thông và chi phí sử lí gây ra sự ngăn cản cập nhật trạng thái QoS thường xuyên của mỗi node mạng cùng với cái nhìn đúng đắn của tình trạng mạng hiện thời. Do vậy, thông tin trạng thái QoS mạng có được tại một nốt nguồn có thể nhanh chóng trở nên out-of-date (qúa hạn ) khi trạng thái QoS cập nhật trong khoảng thời gian tương đối lớn về lưu lượng động. trong các trường hợp này sự trao đổi thông tin trạng thái QoS giữa các node trong mạng là không cần thiết. Hơn nữa đường dẫn được chọn dựa trên thuật toán định tuyến ví dụ Dijkstra là thuật toán chọn đường ngắn nhất. Trong tính cộng, sự tổng quan chung của trạng thái mạng có thể dẫn đến vấn đề đồng bộ hóa. Khi cập nhật QoS với khoảng thời gian dài có liên quan đến lưu lượng động, có thể làm cho kế hoạch định tuyến QoS chung bị giảm sút [4]. Để tránh các tình trạng trên các node nguồn phải biết đến tình trạng QoS mạng dựa trên thống kê khối lưu lượng cục bộ, và thực hiện định tuyến luồng sử dụng tổng quan chung của trạng thái QoS mạng. Đề xuất đưa ra có một số thuận lợi. Đầu tiên, không cần đến sự trao đổi thông tin chung, sự thông báo phần đầu phức tạp là rất nhỏ. Thứ 2, trung tâm các bộ định Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 15
  16. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh không cần giữ và cập nhật mọi cơ sử dữ liệu trạng thái QoS cần thiết cho định tuyến QoS chung, do đó giảm tải việc sử lý và phần đầu bộ nhớ tại trung tâm các bộ định tuyến. Sau cùng đặc biệt là, phương pháp định tuyến khoanh vùng QoS không phụ thuộc vào bất cứ sự thay đổi nào hoặc sự mở rộng của giao thức sẵn có ví dụ như OSPF. Định tuyến QoS dễ dàng triển khai cùng với chi phí vừa phải 5.2 Phương pháp khoanh vùng Câu hỏi cơ bản trong thiết kế khoanh vùng lược đồ định tuyến là có bao nhiêu cách chọn một đường dẫn trong tổng quan của trạng thái QoS mạng để giảm bớt sự thay đổi khối lưu lượng hiện tại cũng như làm tăng sự tận dụng toàn bộ nguyên hệ thống. Để giải quyết các khó khăn này, chúng ta nghiên cứu khả năng thích ứng định tuyến trong một khu vực. Vì phần lớn các giải thuật định tuyến đều cố gắng tìm đường dẫn tốt nhất cho mỗi một đích và truyền toàn bộ lưu lượng đến đích trên đường dẫn này, và để cung cấp chất lượng dich vụ cao hơn phương pháp khả thi nhất là chia lưu lượng trên nhiều bộ định tuyến và sử dụng thông tin mạng nội bộ có sẵn, đến đây chúng mới thống kê các mức lộ trình, ví dụ như số các khối lưu lượng, là tình trạng thông tin sẵn có tại mỗi nguồn. Dựa trên các thông kê, khả năng định tuyến tỉ lệ cố gắng để cân bằng phân phối tải trọng từ một nguồn đến một đích giữa các đường dẫn phức tạp theo sự nhận biết đặc trưng của chúng. Trong các lời nhận xét khác, khả năng định tuyến tỉ lệ khai thác tính chất vốn có trong cách chọn đường dẫn bởi sự cân đối các lưu lượng xung quanh các đường dẫn. Sự khác nhau căn bản này dựa trên sự quy ước, thuật toán chọn đường (Dijkstra thuật toán chọn đường ngắn nhất) đã được sử dụng trong kế hoạch định tuyến chung, nó luôn luôn chọn đường dẫn khả thi nhất để định tuyến lưu lượng. Để định tuyến tỉ lệ hiệu quả cần tránh vấn đề kết hợp đồng bộ hóa cùng với lược đồ định tuyến chung. Có 3 mục tiêu chủ yếu nghiên cứu của chúng ta về khả năng định tuyến tỉ lệ: khả năng thích ứng, ổn định và tính đơn giản, đó điều quan trọng để điều chỉnh sự cân đối lưu lượng dọc theo các con đường. Sự ổn định là bản chất để đảm bảo tận dụng tài nguyên hệ thống và tất cả các thông số lưu lượng. Về các mục tiêu này, chúng ta đưa ra một khung lý thuyết cho nghiên cứu khả năng đáp ứng định tuyến tỉ lệ. Sử dụng công thức Erlang, giới thiệu khái niệm cho dung lượng ảo nó cung cấp một khả năng tính toán khung để để mô hình các đường dẫn giữa một nốt nguồn và một nốt đích, cũng như để tính toán tỉ lệ lưu lượng dựa trên sự theo dõi thống Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 16
  17. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh kê khối lưu lượng cục bộ. Khái niệm dung lượng ảo của đường truyền được giới thiệu để phân chia cùng với phân chia của các liên kết giữa các đường truyền khác nhau C1 C2 S D Cn 5.2 Một tập các đường dẫn riêng rẽ từ nguồn đến đích 5.3. Dịch vụ kết nối và không kết nối Trong mô hình thực hiện nhiệm vụ không kết nối, thì các gói tin được đưa vào mạng dưới từng gói riêng rẽ và được định tuyến độc lập với các gói khác và không có sự thiết lập trước nào được cần đến. Nếu dịch vụ hướng kết nối được sử dụng, một đường dẫn từ bộ định tuyến nguồn đến bộ định tuyến đích phải được thiết lập trước khi các gói dữ liệu bất kì có thể được truyền, kết nối này được gọi là mạch ảo (VC). Ý tưởng đằng sau mạch ảo là để tránh việc phải lựa chọn một tuyến mới cho mỗi gói được truyền. Thay vào đó khi một kết nối được thiết lập, một tuyến từ máy nguồn đến máy đích được chọn như là một phần của việc thiết lập kết nối và được lưu giữ trong các bảng bên trong bộ định tuyến. khi kết nối được giải phóng mạch ảo cũng được kết thúc . Mạch ảo có ưu điểm trong việc đảm bảo QoS và tránh tắc nghẽn bên trong mạng do bởi các tài nguyên có thể được dự trữ trước, khi kết nối được thiết lập. Một khi các gói bắt đầu đến, băng thông cần thiết và dung lượng các bộ định tuyến sẽ có sẵn ở đó 5.4 mô hình lưu lượng ảo Chúng ta đưa ra khái niệm dung lượng ảo (vc) của một đường truyền. Coi như một cặp nguồn đích. Chúng ta mô hình hóa mỗi một đường dẫn giữa chúng như một hướng liên kết ảo cùng với lượng lưu lượng ảo nào đó, đề cập đến như lưu lượng ảo của đường truyền. Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 17
  18. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh Lưu lượng ảo là một hàm của cung cấp tải trọng bởi nguồn dọc theo đường dẫn và khả năng xảy ra khối được theo dõi bởi nguồn Coi một đường dẫn giữa 1 nguồn và 1 đích là r. Giả sử tải trọng của vr được cung cấp bởi nguồn dọc theo đường dẫn và khả năng xảy ra khối tương ứng bởi nguồn là br. Sau đó lưu lượng ảo của đường dẫn được biểu thị bằng vcr, đưa ra bởi vcr=Evc-1(vr,br) , vcr=Evc-1(vr,br) biểu thị hàm nghịch đảo của công thức Erlang cùng với đánh giá dung lượng, và đưa ra bởi vcr=Evc-1(vr,br):= min{c>=0: E(vr,c)
  19. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh vị đo lường quan trọng của “chất lượng” của một đường dẫn. Từ sự định rõ lưu lượng ảo, 3 C1 S1 vc1 (1) 1 6 S1 1 C2 6 d vc2 (1) 4 vc2 (2) S2 2 6 C3 S2 2 vc1 (2) 5 (a) tổng quan vật lí (b) tổng quan ảo Hình 5.4: Minh họa mô hình dung lượng ảo sử dụng mô hình kite Chúng ta giải thích tính tự tương thích của mô hình lưu lượng ảo thông qua một ví dụ coi như mạng kite (diều hâu) trong hình 5.3(a) ở 2 nguồn s1 và s2, có 2 đường mỗi đường đến đích d, và 2 đường chia sẻ một liên kết chung (4->6). Các liên kết cùng với các nhãn là các liên kết nghẽn cổ chai của mạng, với c1=c2=c3, và tất cả những liên kết khác có thể quan sát để có các lưu lượng lớn, để r11, r21 thể hiện các đường dẫn 1->3->6 và 1->4->6 theo thứ tự định sẵn, và r12,r22 thể hiện các đường truyền 2->5->6 và 2->4->6 theo thứ tự định sẵn. Một cách tổng quan dung lượng ảo của 2 cặp nguồn- đích là cho trong hình 3(b) , ở các đường dẫn r21,r22 đến mỗi node nguồn như các đường riêng rẽ cùng các dung lượng vc21, vc22 theo thứ tự định sẵn, và không có chia sẻ các liên kết với các đường dẫn khác VI. Giao thức đường đi ngắn nhất (OSPF-open Shortest First) Giao thức OSPF là một giao thức định tuyến miền trong được sử dụng rộng rãi. Phạm vi hoạt động của nó cũng là một hệ thống tự trị (AS). Các bộ định tuyến đặc biệt được gọi là các router biên AS có trách nhiệm ngăn thông tin về các AS khác vào trong hệ thống hiện tại. Để thực hiện định tuyến hiệu quả, OSPF chia hệ thống tự trị ra thành nhiều khu vực (area) nhỏ. Mỗi AS có thể được chia ra thành nhiều khu vực khác nhau. Khu vực là tập hợp các mạng, trạm và router nằm trong cùng một hệ thống tự trị. Tất cả các mạng trong một khu vực phải được kết nối với Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 19
  20. Widest Shortest Path GVHD: Hoàng Trọng Minh nhau. Tại biên của khu vực, các router biên khu vực tóm tắt thông tin về khu vực của mình và gửi các thông tin này tới các khu vực khác. Trong số các khu vực bên trong AS, có một khu vực đặc biệt được gọi là đường trục; tất cả các khu vực trong một AS phải được nối tới đường trục. Hay nói cách khác là đường trục được coi như là khu vực sơ cấp còn các khu vực còn lại đều được coi như là các khu vực thứ cấp. Khu vùc 1 Khu vùc 2 Router biªn khu vùc Tíi AS kh¸c Khu vùc ®-êng trôc Router ®-êng trôc Router biªn AS HÖ thèng tù trÞ (AS) Hình 6.các khu vực trong một hệ thông tự trị Các router bên trong khu vực đường trục được gọi là các router đường trục, các router đường trục cũng có thể là một router biên khu vực. Nếu vì một lý do nào đó mà kết nối giữa một khu vực và đường trục bị hỏng thì người quản trị mạng phải tạo một liên kêts ảo (virtual link) giữa các router để cho phép đường trục tiếp tục hoạt động như một khu vực sơ cấp. OSPF là giao thức định tuyến trạng thái liên kết, được thiết kế cho các mạng lớn hoặc các mạng liên hợp và phức tạp. Các giải thuật định tuyến trạng thái sử dụng các giải thuật Shortest Path First (SPF) cùng với một cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu hình của mạng. Cơ sở dữ liệu về cấu hình mạng về cơ bản bao gồm tất cả dữ liệu về mạng có liên kết đến bộ định tuyến chứa cơ sở dữ liệu. Giải thuật chọn đường dẫn ngắn nhất SPF là cơ sở cho hệ thống OSPF. Khi 1 bộ định tuyến sử dụng SPF được khởi động, bộ định tuyến sẽ khởi tạo cấu trúc cơ sở dữ liệu của giao thức định tuyến và sau đó đợi chỉ báo từ các giao thức tầng thấp hơn dưới dạng các hàm. Bộ định tuyến sẽ sử dụng các gói tin OSPF Hello để thu nhận các bộ định tuyến lân cận của mình. Bộ định tuyến gửi gói tin Hello đến các Sinh Viên : Nguyễn Thị Nghĩa 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản