Thực hiện mô phỏng: Định tuyến trong mạng IP/wDM

Chương 4: Thực hiện mô phỏng
CHƯƠNG 3
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP/WDM
3.1. Giới thiệu chương
Trong mạng IP/WDM, người sử dụng liên lạc với nhau qua các kênh thông tin
quang được gọi là các lightpath. Lightpath là một đường đi của tín hiệu ánh sáng từ
nguồn đến đích dưới dạng quang thông qua các kết nối trung gian. Một lightpath có
thể kéo dài qua nhiều tuyến truyền dẫn để cung cấp một kết nối chuyển mạch giữa
hai node mà có thể chứa một luồng lưu lượng lớn giữa chúng.
Khi các lightpath thực hiện việc mang thông tin từ một node nguồn đến một
node đích nào đó thì nó cần được định tuyến. Định tuyến cho lightpath là vấn đề hết
sức quan trọng và xảy ra thường xuyên trong mạng.
Chương này sẽ nói rõ về việc định tuyến trong mạng IP/WDM.
3.2. Các giao thức định tuyến IP
3.2.1. Khái niệm: Định tuyến IP là quá trình chuyển lưu lượng người dùng từ nguồn
đến đích. Trong mạng, bộ định tuyến (router) là thiết bị dùng để định tuyến cho lưu
lượng. Router cần dựa vào bảng định tuyến để tìm ra tuyến đường chuyển gói tin đi.
Bảng định tuyến thường gồm ba thành phần chính là kiểu giao thức mạng, địa
chỉ mạng đích và giao diện gói ra.
3.2.2. Chức năng:
- Đóng gói và phân tán các thông tin trạng thái lưu lượng người dùng và mạng.
Gồm vị trí hiện tại và các yêu cầu dịch vụ người dùng, các dịch vụ được cung cấp
và tài nguyên sẵn có trong mạng.
- Tạo ra và lựa chọn các đường thích hợp dựa trên các thông tin trạng thái của người
dùng và mạng. Con đường thích hợp là con đường thoả được tất cả các yêu cầu giữa
người dùng và mạng.
- Chuyển tiếp lưu lượng người dùng trên các con đường đã chọn, lưu lượng có thể
được chuyển tiếp theo hướng kết nối hay không kết nối.
3.2.3. Phân loại định tuyến
Có nhiều cách phân loại định tuyến, có thể đưa ra một số loại định tuyến sau:
Chương 4: Thực hiện mô phỏng

Dựa vào chức năng thích nghi với trạng thái hiện thời của mạng để phân loại thành:
định tuyến tĩnh và định tuyến động.
a. Định tuyến tĩnh: Với định tuyến tĩnh, đường dẫn được chọn trước cho mỗi cặp
nguồn – đích của các node trong mạng. Các giải thuật định tuyến chi phí tối thiểu có
thể được sử dụng. Kế hoạch định tuyến tĩnh được sử dụng hầu hết các mạng truyền
thống, trong kế hoạch định tuyến này chủ yếu với mục đích làm giảm các hệ thống
chuyển mạch phải đi qua với yêu cầu kết nối đường dài. Kĩ thuật định tuyến tĩnh
bộc lộ một số nhược điểm như: quyết định định tuyến tĩnh không dựa trên sự đánh
giá lưu lượng và topo mạng hiện thời. Các bộ định tuyến không phát hiện ra các bộ
định tuyến mới, chúng chỉ có thể chuyển thông tin đến tới các các bộ định tuyến
được chỉ định trước của nhà quản lí mạng.
* Ưu điểm của định tuyến tĩnh :
Ưu điểm lớn nhất của định tuyến tĩnh là sự thay đổi chậm, điều đó có nghĩa là
mạng và sửa lỗi nhanh hơn. Các hệ thống sử dụng định tuyến tình thường là các hệ
thống kết cuối, việc chuyển thông tin vào mạng có thể chỉ có một tuyến đường duy
nhất và thường được gọi là hướng ngầm định, các bộ định tuyến không cần trao đổi
các thông tin tìm đường cũng như cơ sở dữ liệu định tuyến. Vì vậy, định tuyến tĩnh
có một số ứng dụng hữu ích. Định tuyến động có khuynh hướng truyền đạt tất cả
các thông tin về một liên mạng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, vì lý do an
toàn chúng ta có thể muốn che dấu một số phần của liên mạng. Định tuyến tĩnh cho
phép chúng ta che dấu thông tin không muốn tiết lộ. Ví dụ trong trường hợp hình
3.1 dưới đây, mạng LAN chỉ có một đường đi duy nhất tới mạng, thì chỉ một tuyến
tĩnh tới mạng là đủ.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Hình 3.1: sử dụng tuyến tĩnh cho mạng kết nối một đường
* Nhược điểm của định tuyến tĩnh :
+ Quyết định định tuyến tĩnh không dựa trên sự đánh giá lưu lượng và Topo
mạng hiện thời.
+ Trong môi trường IP các bộ định tuyến không thể phát hiện ra các bộ định
tuyến mới, chúng chỉ có thể chuyển gói tin tới các bộ định tuyến được chỉ

định của nhà quản lý mạng.
+ Trong định tuyến tĩnh, các tuyến được thiết lập thủ công, mỗi khi mạng có sự cố
hoặc cấu hình mạng thay đổi thì quản trị mạng phải thiết lập lại tuyến mới. Hiện
nay hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng định tuyến thay thế,
phương pháp này được mô tả như hình 3.2. Trước tiên tổng đài sẽ chọn hướng ưu
tiên 1 để định tuyến cuộc gọi, nếu không định tuyến được trên hướng này thì sẽ
chọn đến hướng có mức ưu tiên thấp hơn và quá trình cứ thế được tiếp tục.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Hình 3.2: phương pháp chọn Router thay thế
b. Định tuyến động: Định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin trạng thái
hiện thời của mạng. Thông tin trạng thái có thể đo hoặc dự đoán và tuyến đường có
thể thay đổi khi topo mạng thay đổi hoặc lưu lượng mạng thay đổi. Định tuyến động
thể hiện tính linh hoạt và dễ dàng mở rộng mạng.
* Ưu điểm của định tuyến động :
Hình 3.3: có thể tự thay thế tuyến hỏng bằng các tuyến khác
Định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin trạng thái hiện thời của mạng.
Thông tin trạng thái có thể đo hoặc dự đoán và tuyến đường có thể thay đổi khi topo
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
mạng hoặc lưu lượng mạng thay đổi. Thông tin định tuyến cập nhật vào trong các
bảng định tuyến của các node mạng trực tuyến, và đáp ứng tính thời gian thực nhằm
tránh tắc nghẽn cũng như tối ưu hiệu năng mạng. Ưu điểm lớn nhất của định tuyến
động là nó có thể thiết lập tuyến đường tới tất cả các thiết bị trong mạng, tự động
thay đổi tuyến đường khi cấu hình mạng thay đổi. Nó rất thích hợp cho:
. Thêm thiết bị và địa chỉ mới vào mạng.
. Loại bỏ thiết bị và địa chỉ khỏi mạng.
Các giao thức định tuyến động cũng có thể chuyển lưu lượng từ cùng một phiên làm
việc qua nhiều đường đi khác nhau trong mạng để có hiệu suất cao hơn. Tính chất
này được gọi là chia sẻ tải (load sharing).
- Nhược điểm của định tuyến động :
Trong mạng phức hợp sử dụng định tuyến động, một mạng có thể bị tái tạo lại cấu

hình một cách liên tục vì sự khác nhau về thiết bị và chính sách của rất nhiều nhà
khai thác cùng hoạt động. Điều đó có thể gây nên những tổn thất trên mạng về sử
dụng tài nguyên hay nói cách khác việc sử dụng định tuyến động cũng sẽ tạo ra độ
phức tạp cao.
Dựa vào phạm vi định tuyến, ta phân loại thành: định tuyến trong và định tuyến
ngoài.
c. Định tuyến trong: định tuyến xảy ra bên trong một hệ thống độc lập (AS –
Autonomous System), các giao thức thường dùng là :
* Giao thức định tuyến RIP (Router Information Protocol): dùng định tuyến véc
tơ khoảng cách nên chọn hop count làm metric và dùng thuật toán Bellman Ford để
xây dựng bảng định tuyến. Khi một gói dữ liệu đi qua một router thì RIP xem như
là một hop. Nếu tồn tại hai tuyến có tốc độ hoặc băng thông không bằng nhau đến
cùng một đích nhưng cùng hop count, thì RIP xem cả hai tuyến là cùng khoảng
cách, đây rõ ràng là một hạn chế của giao thức định tuyến này.
Router sẽ broadcast thông tin định tuyến của mình sau một chu kỳ, chẳng hạn là
30s. Mỗi thông tin cập nhật tuyến thường gồm hai phần là địa chỉ mạng và khoảng
cách đến được mạng này. Đồng thời, các router sẽ lắng nghe các thông tin định
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
tuyến trên mạng để cập nhật bảng định tuyến của mình dựa vào khoảng cách ngắn
nhất tức là số hop nhỏ nhất.
* Giao thức ưu tiên con đường ngắn nhất mở rộng OSPF (Open Shortest Path
First):
+ OSPF bao gồm việc định tuyến theo kiểu dịch vụ, người quản lý có thể cài đặt
nhiều tuyến đường đi đến một đích nào đó, mỗi tuyến đường được sử dụng riêng
cho một độ ưu tiên hay một loại dịch vụ. Khi gửi gói tin đi, bộ định tuyến chạy
OSPF sẽ sử dụng cả địa chỉ đích và vùng kiểu dịch vụ trong phần đầu IP để chọn
tuyến đường.
+ OSPF cung cấp cơ chế cân bằng lưu lượng. Nếu như nhà quản lý xác định nhiều
tuyến đường đi đến mục đích nào đó và với cùng một giá trị bộ đo lượng, thì bộ
định tuyến có thể chọn phương pháp chia tải để gửi gói tin.

+ Để cho phép sự phát triển và làm cho các mạng tại các đơn vị dễ quản lý, OSPF
cho phép phân chia các mạng và các bộ định tuyến thành các tập hợp con ( khu
vực). Mỗi khu vực là riêng biệt, cấu hình cũng được che dấu với các khu vực khác,
như vậy tính mềm dẻo của mạng sẽ được tăng lên.
+ Giao thức OSPF xác định rằng tất cả những trao đổi giữa các bộ định tuyến có thể
được xác minh. OSPF cho phép có những mô hình khác nhau, và thậm chí cho phép
một khu vực được quyền chọn một mô hình riêng biệt với mô hình khác.
+ OSPF cho phép các mạng đa truy xuất có một cổng được chỉ định, để gửi đi các
bản tin trạng thái liên kết, đại diện cho tất cả các bộ định tuyến đấu vào mạng này.
+ Để cho phép độ ổn định tối đa, OSPF cho phép người quản lý mô tả cấu hình
mạng ảo tách biệt với mạng vật lý.
+ OSPF cho phép bộ định tuyến trao đổi thông tin định tuyến học được từ bên
ngoài. Định dạng của bản tin cho phép phân biệt được thông tin học từ mạng ngoài
hoặc từ nội bộ mạng.
OFPS dùng định tuyến trạng thái liên kết nên dùng metric dựa trên băng thông và
thuật toán Dijkstra để xây dựng bảng định tuyến. OFPS được dùng để định tuyến
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
trong một vùng hay giữa nhiều vùng. OSPF có độ hội tụ nhanh và được đặc tả chi
tiết trong RFC 2328.
Hình 3.4: sử dụng OSPF nội vùng và liên vùng
* Giao thức định tuyến EIGRP :
The Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) được phát triển từ
IGRP. Kết quả của sự phát triển này xuất phát từ những thay đổi bên trong hệ thống
mạng, nhằm đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng và đặc biệt là sự mở rộng
ngày một lớn của các liên mạng.
EIGRP có khả năng kết hợp được cả hai phương pháp định tuyến tĩnh và động cùng
hoạt động đan xen, hay nói cách khác EIGRP sử dụng phương pháp định tuyến lai
cân bằng (Balanced Hybrid Routing Protocol). Bên cạnh thuật toán Bellman Ford
EIGRP.
Còn sử dụng thêm thuật toán cập nhật khuếch tán Diffusing-Update-

Althgorithm(DUAL).
EIGRP hoàn toàn tương thích với những mạng sử dụng giao thức IGRP cũ, nó xem
IGRP như một giao thức định tuyến ngoài từ đó cung cấp cách quản trị mạng để
hoạt động theo mục đích của nó.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
- Ưu điểm của EIGRP
+ Hội tụ nhanh.
+ Hỗ trợ cho mặt nạ mạng con (Subnet mask) có chiều dài liên tục thay đổi.
+ Hỗ trợ cho nhiều giao thức hoạt động bên trong tầng mạng.
+ Ít tốn băng thông hơn so với IGRP.
* Định tuyến ngoài: định tuyến xảy ra giữa các hệ thống độc lập (AS), liên quan tới
dịch vụ của nhà cung cấp mạng sử dụng giao thức định tuyến ngoài rộng và phức
tạp. Giao thức thường dùng là BGP
- Giao thức BGP đặc trưng bởi một số tính chất :
+ Sử dụng để thông tin liên lạc với các hệ tự quản AS .
+ Phối hợp giữa nhiều bộ định tuyến sử dụng BGP.
+ Nhân bản thông tin về tính liên kết.
+ Cung cấp thông tin về mô hình trạm kế tiếp theo vector khoảng cách.
+ Hỗ trợ tuỳ chọn các chính sách cho người quản trị mạng.
+ Giao thức cổng biên giới sử dụng TCP trong thông tin liên lạc để chuyển tải
đáng tin cậy.
+ Giao thức BGP cho phép thông tin về con đường đi từ nguồn tới đích.
+ Hỗ trợ địa chỉ không phân lớp và định tuyến liên vùng CIDR .
+ Tích luỹ thông tin về tuyến đường để bảo vệ băng thông của mạng qua việc gửi
một lần cho nhiều đích đến.
+ BGP cho phép cơ chế xác minh bản tin; kiểm chứng tên của nơi gửi tin.
3.3. ĐỊNH TUYẾN MẠNG IP/WDM
3.3.1. Định tuyến và gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA)
a. Giới thiệu
Trong bài toán định tuyến động D-RWA hay còn được gọi là bài toán thiết lập

lihgtpath (DLE-Dynamic Lightpath Establishment), ta xem xét lưu lượng mạng là
động. Các yêu cầu kết nối xuất hiện một cách ngẫu nhiên tùy theo nhu cầu liên lạc
giữa các nút mạng. Các kết nối này được yêu cầu tồn tại trong một khoảng thời
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
gian cũng ngẫu nhiên. Vì thế các lightpath không chỉ được thiết lập động mà còn
phải được giải phóng động.
Việc định tuyến và gán bước sóng phụ thuộc vào trạng thái của mạng ở thời
điểm yêu cầu kết nối xảy ra. Mỗi khi có yêu cầu kết nối xuất hiện,các thuật toán D-
RWA phải thực hiện để xem xét liệu tài nguyên mạng có đủ để đáp ứng yêu cầu có
hay không. Nếu có thể thì thực hiện quá trình định tuyến và gán bước sóng tại các
nút trung gian cần thiết để thiết lập lightpath. Còn nếu một yêu càu kết nối không
được đáp ứng do thiếu tài nguyên thì xem như bị nghẽn.
Khi quá trình liên lạc kết thúc,kết nối được giải phóng và vì vậy,bước sóng đã
sử dụng có thể được sử dụng lại cho một kết nối khác. Như vậy ta thấy định tuyến
động tận dụng bước sóng tốt hơn. Về mặt kinh tế,điều này sẽ đem kại lợi nhuận
nhiều hơn cho các nhà kinh doanh mạng, gián tiếp giảm chi phí cho câc thuê bao.
Bài toán D-RWA có thể được khái quát như sau:
Đặc điểm:
- Các yêu cầu kết nối xuất hiện ngẫu nhiên và tồn tại trong một khoảng thời
gian nào đó.
- Việc định tuyến và gán bước sóng phụ thuộc vào trạng thái mạng hiện tại và
phải được thực hiện mỗi khi có yêu cầu kết nối xuất hiện.
Mục tiêu:
- Tận dụng hiểu quả tài nguyên mạng để cực đại hóa xác xuất thiết lập thành
công lightpath hay tối thiểu hóa số yêu cầu bi nghẽn.
Vì nhu cầu phải đáp ứng nhanh với sự thay đổi của mạng, các giải thuật D-
RWA dòi hỏi phải đơn giản, độ phức tạp tính toán càng nhỏ càng tốt. Việc kết hợp
giữa định tuyến và gan bươc sóng là rất khó để giải quyết cùng một lúc. Do đó,
thông thường bài toán D-RWA cũng được chia thành 2 bài toán riêng lẽ: bài toán
định tuyến và bài toán gán bước sóng.

b. Định tuyến cố định (Fĩed Routing):
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Phương pháp đơn giản nhất để định tuyến một kết nối là luôn chọn cùng một
tuyến cố định cho một cặp nút nguồn – đích cho trước. Một trong những ví dụ như
thế là định tuyến tìm đường đi ngắn nhất cố định (Fixed Shortest-Path Routing).
Đường đi ngắn nhất cho một cặp núp được tính off-line, sử dụng các thuật toán tìm
đường ngắn nhất thông dụng như Dijkstra hay Bellman-Ford. Bất kì kết nối nào
giữa một cặp nút cụ thể đều được thiết lập bằng cách sử dụng đường đi được xác
định trước. Hình 3.8 minh họa đường đi ngắn nhất cố định từ nút 0 đến nút 2.
Phương pháp định tuyến này rất đơn giản nhưng có nhược điểm là nếu nguồn tài
nguyên (bước sóng) dọc theo đường đi đã được sử dụng hết sẽ dẫn đến xác xuất tắc
nghẽn cao trong trường hợp lưu động, hoặc có thể dẫn đến số lượng bước sóng
được sử dụng rất lớn trong trường hợp lưu lượng tĩnh. Ngoài ra, định tuyến cố định
cũng không thể xử lý các tình huống lỗi khi một hay nhiều liên kết trong mạng bị
hỏng. Để xử lý trường hợp liên kết tronh mạng bị hỏng, việc định tuyến cần phải
xét đến các đường đi thay thế hoặc phải có khả năng tìm ra một tuyến mới một cách
linh động. Ví dụ trong hình 3.5, tất cả các yêu cầu từ nút 0 đến nút 12 sẽ bị tắt
nghẽn nếu có một trong hai liên kết (0,1),(1,2) bị hỏng.

Hình 3.5: Đường đi ngắn nhất cố định từ nút 0 đến nút 2
Trong các thuật toán tìm đường ngắn nhất, người ta quan tâm nhiều đến chi
phí (cost) hay còn gọik là trọng số (weight) của liên kết giữa các nút. Tùy theo cách
các trọng số này được tinh toán như thế nào mà người ta có các quan điểm khác
nhau về đường ngắn nhất. Sau đây, tôi xin trình bày một số cách tính trọng số dựa
trên đặc điểm và trạng thái của mạng.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Gọi
ij
W
là trọng số (chi phí) của liên kết trực tiếp giữa hai nút i và j, nếu

giữa i và j không có liên tiếp trực tiếp thì xem như
ij
W
vô cùng lớn
a
ij
λ
là số lượng
bước sóng rỗi trên liên kết tại thời tập hợp các thông tin về trạng thái liên kết
T
ij
λ
là
tổng số bước sóng có trên liên kết.
Hàm trọng số dựa trên chặng (HW-Hop-basd Weight):
Trong hàm này,
ij
w 1=
. Có nghĩa là các đường được chọn hoàn toàn dựa
trên số lượng chặng (hop) nhỏ nhất. Đường ngắn nhất sẽ là đường có số chặng nhỏ
nhất. Bằng trực quan, ta có thể nhận xét là khi có ít chặng hơn thì khả năng tim
được một bước sóng chung cho tất cả các liên kết trung gian là lớn hơn.
Hàm trọng số dựa trên chặng cách (DW-Distance-based Weight):
ij ij
w d=
với
ij
d
là khoảng cách vật lý giữa hai nút i và j.
ij

d
được đánh giá bởi
độ trễ truyền dẫn. Như vậy, với hàm trọng số này, đường ngắn nhất chính là đường
có độ trễ truyền dẫn nhỏ nhất.
Hàm trọng số dựa trên bước sóng sẵn có (AW-Available wavelengths-based
Weight):

1
a
ij
log(1 )
ij 1
w
λ
− −

=



ij
ij
1
1
a
a
λ
λ
>
>

a
ij
1
λ
có nghĩa như độ cản trở của một liên kết khi thiết lập một yêu cầu kết nối, càng
có nhiều bước sóng rỗi trên liên kết thì độ cản trở càng thấp,tức khả năng thiết lập
kết nối trên liên kết càng cao. Do đó,
a
ij
1
(1 )
λ
−
là khả năng chấp nhận yêu cầu kết
nối của một liên kết.Vì ta mong muốn cực đại hóa tính sẵn có hoặc độ tin cậy của
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
toàn bộ đường dẫn nên cần phải cực đại hóa các giá trị này của các liên kết trung
gian. Do bản chất của thuật toán Dijkstra là ưu tiên cho đường đi nào đó có Trọng
số nhỏ hơn nên hàm trọng lượng phải là phủ định âm của hàm log. Hàm trọng số
này phụ thuộc vào bước sóng rỗi trên liên kết nên có phụ thuộc vào trạng thái
mạng.
Hàm trọng số dựa trên số bước sóng sẵn có và số chặng (HAW – Hop count and
Available wave lengths-based Weight):
a
ij
1
(1 )
ij
w

α β
λ
α β
− −
+


=




ij
1
1
a
a
ij
λ
λ
>
>

( , 0)
α β
>
α
và
β
lần lượt là các trọng số liên đến số chặng và số bước sóng sẵn có. Tùy theo

ta quan niệm rằng số chặng hay số bước sóng sẵn có là quan trọng hơn mà có các
giá trị
α
và
β
phù hợp.
Hàm dựa trên tổng số bước sóng và số bước sóng sẵn có (TAW-Total wavelengths
and Available warelength-based Weight):

log(1 (1 ) )
1
a
a
ij
ij
T
ij
ij
w
χ
λ
λ
− − −


=




a T
ij ij
a T
ij ij
λ λ
λ λ
<
=

Nếu gọi p là xác xuất sử dụng một bước sóng, thì
a
ij
Χ
Ρ
là xác xuất mà tất cả các
bước sóng sẽ sử dụng cùng một thời điểm trong tương lai.Từ trạng thái hiện tại của
mạng, có thể ước lượng xác xuất này bằng
a
ij
T
ij
(1 )
λ
λ
−
. Xác xuất có ít nhất một bước
sóng sẵn có trên liên kết trong tương lai là
a
ij
(1 )

λ
−Ρ
. Do đó khi một đường dẫn có
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
nhiều liên kết,ta mong muốn cực đại hóa các giá trị
a
ij
(1 )
λ
−Ρ
Của tất cả các liên kết
thuộc đường dẫn đó. Do thuật toán Dijkstra chọn lựa đường đi tối ưu theo trọng số
tăng dần,nên hàm trọng số phải là phủ định âm của hàm log,nghĩa là tối ưu hóa giá
trị này.
Hàm trọng số dựa trên số chặng, tổng số bước sóng và số bước sóng sẵn có
(HTAW-Hop count and Total warelengths and Available warelengths warelengths-
based Weight):

log(1 (1 ) )
a
a
ij
ij
T
ij
ij
w
χ
λ
α β

λ
α β
− − −
+


=



a T
ij ij
a T
ij ij
λ λ
λ λ
<
=

( , 0)
α β
>

Với
α
và
β
lần lượt là các trọng số liên quan đến số chặng và số bước sóng sẵn
có.
Ví dụ 3.1:

Sau đây, ta sẽ xét một ví dụ để thấy sự lựa chọn hàm trọng số sẽ dẫn đến các kết
quả định tuyến theo đường đẫn ngắn nhất khác nhau. Xét một tôpô được cho trên
hình 3.6. Giả sử mỗi cạnh của tôpô được gán một nhãn gồm ba tham số (
ij
d
,
a
ij
λ
,
T
ij
λ
)
tương ứng với độ trễ trên liên kết (i,j), số bước sóng sẵn có (rỗi) trên liên kết tổn số
bước sóng trên liên kết.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng

Hình 3.6 tôpô mạng sử dụng trong định tuyến với các hàm trọngsố khác nhau
Ta cần xác định đường đi từ nút A đến nút D. Bảng 3.2 cho thấy các đường đi
có thể từ nút A đến nút D và giá trị chi phí trên mỗi đường đi được tính bởi các
hàm trọng số khác nhau. giá trị
α
và
β
được giả sử bằng 1.
Bảng 3.2: Chi phí đường đi khác nhau tính theo cá hàm trọng số khác nhau.
Đường đi Chi phi ứng với các hàm trọng số
HW DW AW HAW TAW HTAW
A-B-C-D 3 30 0.375 3.375 0.181 3.181

A-E-D 2 40 0.602 2.602 0.250 2.250
A-F-D 2 40 0.250 2.250 0.458 2.458
A-G-H-D 3 30 0.238 3.396 0.396 3.396
Từ bảng 3.2,ta thấy rằng sử dụng hàm trọng số HW có thể chọn trong hai đường
A-E-D hoặc A-F-D. Trong khi sử dụng hàm trọng DW có thể chọn đường đi A-B-
C-D hoặc A-G-H-D. Nếu sử dụng hàm trọng số là AW, ta sẽ chọn đường đi là A-
G-H-D vì đường này có số lượng bước sóng sẵn có lớn nhất (6 trên tất cả các liên
kết). Nếu chọn hàm trọng số là TAW thì đường đi được chọn là A-B-C-D,mặc dù
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
đường đi A-E-D có các liên kết với hệ số sử dụng thấp nhất. Tương tự, đường đi
được chọn khi sử dụng hàm trọng số là HAW sẽ là A-F-D vì đường này có số bước
sóng rỗi nhiều hơn đường A-E-D. Cuối cùng, nếu hàm trọng số là HTAW thì được
chọn là A-F-D (với số chặng thấp nhất) bởi vì nó có các liên kết với hệ số sử dụng
thấp nhất (50%).
Giải thuật First-Fit
Trong giải thuật này, tất cả các bước sóng đều được đánh số thứ tự. Trong tất cả
các bước sóng rỗi, bước sóng có chỉ số thấp hơn sẽ được xem xét trước các bước
sóng có chỉ số cao hơn. Như vậy, bước sóng rỗi đầu tiên sẽ được chọn. Thuật toán
này không cần thông tin tổng thể.
So sánh với giải thuật Random thì First-Fit có chi phí tính toán ít hơn do không
cần phải duyệt qua tất cả các bước sóng cho mỗi tuyến. Ý tưởng của giải thuật này
là ép tất cả các bước sóng đang sử dụng về đầu cuối của danh sách các bước sóng
để các đường dìa hơn có xu hướng sử dung các bước sóng ở phía trên của danh
sách, do đó xác xuất thiết lập thành công cao hơn. Giải thuật này cho kết quả khá
tốt về khía cạnh xác xuất nghẽn và thường được sử dụng trong thực tế do đơn giản.
Nhìn chung, phương pháp First-Fit sẽ tốt hơn so với phương pháp Random khi
có đầy đủ thông tin về trạng thái mạng. Tuy nhiên, trong trường hợp thông tin bị
hạn chế hoặc được cập nhật không kịp thời thì việc cấp phát bước sóng theo
phương pháp Random có thể tốt hơn. Lý do là trong phương pháp First-Fit, nếu
cùng một lúc có nhiều yêu cầu kết nối muốn thiết lập lightpath, thì hầu như chúng

sẽ chọn một bước sóng giống nhau dẫn đến một hoặc nhiều kết nối bị nghẽn.
Ví dụ 3.2
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Giả sử ta có 5 nút với 4 liên kết.Mỗi liên kết có thể có 3 bước sóng.
1 2 3 4 5
Giả sử các yêu cầu lightpath là như sau:
{1,3}, {1,2}, {4,5}, {3,5}, {2,4}, {3,4}
Kí hiệu: a b c d e f
Các bước sóng được gán theo giải thuật First-Fit như hình 3.4

Hình 3.7: các bước sóng được gắn bởi giải thuật First-Fit
3.3.2. Warelength Reservation (WR) trong IP/WDM
* Phương pháp DIR:
Trong phương pháp này, đầu tiên nút nguồn bởi gói PROGE về phía nút đích.
Gói PROGE sẽ thu nhập các thông tin về trạng thái bước sóng tại các nút trung gian
mà nó đi qua. Khi nút đích nhận được gói PROGE, nó sẽ có được tất cả thông tin
về việc sử dụng bước sóng tại các liên kết trung gian. Dựa trên các thông tin này,
nút đích thực hiện giải thuật toán gán bước sóng và quyết định chọn một bước sóng
để dành trước. Sau đó nó gởi gói RESV trở ngược về phía nút nguồn. Khi nút
nguồn nhận được gói RESV thì đồng nghĩa với việc lightpath đã được thiết lập
xong, nút nguồn bắt đầu quá trình truyền dữ liệu. Khi kết thúc việc truyền dữ liệu,
nút nguồn cũng đợi một khoảng thời gian timeout trước khi quyết gởi gói REL để
giải phóng lightpath.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Tuy nhiên quá trình dành trước bước sóng không phải lúc nào cũng thành công.
Với phương pháp này, có thể có ba tình huống thất bại.
Tình huống thất bại thứ nhất, khi gói PROBE đi qua một nút trung gian, nếu tại
nút đó không còn bước sóng nào rãnh thì nút dó sẽ loại bỏ gói PROBE và gửi gói
NACK về báo cho nút nguồn biết quá trình thiết lập đã bị thất bại. Khi này nút
nguồn có thể sử dụng một đường thay thế và truyền lại gói PROBE trên đường mới

hoặc kết nối sẽ bị tắt nghẽn.
Tình huống thất bại thứ hai, gói PROBE đã đến được nút đích, tuy nhiên giải
thuật gán bước sóng không thể tìm được lightpath nào còn rãnh trong toàn bộ các
liên kết trên đường. Khi này, nút đích sẽ gởi gói NACK về nút nguồn. Nút nguồn
có thể sử dụng một đường thay thế và truyền lại gói PROBE trên đường mới hoặc
kết nối sẽ bi tắt nghẽn.
Tình huống thất bại thứ ba, giải thuật gán bước sóng thích hợp và nút kích gởi
gói REST trở về. Tuy nhiên ta hãy chú ý là giữa thời điểm gói PROBE thu nhập
thông tin về bước sóng tại một nút trung gian đến thời điểm gói RESV đến một nút
trung gian này là một khoảng thời gian được gọi là vulnerable time. Trong khoảng
thời gian này, trạng thái của nút có khả năng bị thay đổi và bước sóng sắp được
dành trước thì có thể đã bị một gói RESV khác đến chiếm mất. Khi đó việc thiết lập
lightpath cũng xem như bị thất bại,nút trung gian đó sẽ gởi gói NACK về phía
nguồn và gói FAIL về phía nút đích để giải phóng các bước sóng đã được dành
trước. Khi nút nguồn nhận được gói NACK trong trường hợp này, nó sẽ truyền lại
gói PROBE.
Như vậy ta tình huống thất bại thứ ba cho ta thấy được điểm yếu của phương
pháp DIR. Đó là khoảng thời gian vulnerable time mà việc dành trước bước sóng
có thể sử dụng các thông tin cũ (outdated information). Giữa hai phương pháp DIR
và SIR thì DIR được dánh giá cao hơn do giải thuật gán bước sóng được cung cấp
nhiều thông tin về trạng thái đường truyền hơn.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Hình 3.8: phương pháp DIR [12]
3.4. Kết luận chương
Qua chương này, chúng ta đã tìm hiểu về phương pháp định tuyến trong mạng
IP/WDM, khi có yêu cầu thiết lập lightpath từ node nguồn đến node đích thì bộ
định tuyến bước sóng có nhiệm vụ xác định đường đi và gán bước sóng cho
lightpath đó. Trong mạng IP/WDM, việc sử dụng thuật toán D-RWA để xem xét tài
nguyên mạng có đủ để đáp ứng yêu cầu kết nối hay không là hết sức ý nghĩa.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng

CHƯƠNG 4
THỰC HIỆN MÔ PHỎNG
4.1. Giới thiệu chương
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Định tuyến là công việc hết sức quan trọng trong mạng quang WDM, nó thực
hiện tìm đường cho lightpath mang lưu lượng thông tin từ nguồn đến đích với mục
đích tối ưu mạng. Trong chương này, dựa trên phần mềm Visual C++, em mô
phỏng phần định tuyến cho các lightpath với hàm mục tiêu chúng ta có thể tuỳ chọn
như chi phí, độ trễ, lượng lưu lượng… qua các tuyến từ nguồn đến đích. Thuật toán
sử dụng để thực hiện định tuyến là thuật toán Dijkstra.
Các trọng số trên các tuyến không chỉ là độ dài đường đi của tuyến mà tuỳ theo
một tiêu chí nào đó của mạng như chi phí tuyến, độ trễ, băng thông, lưu lượng
thông tin Nếu lấy theo tiêu chí là chi phí thấp nhất thì trọng số trên các tuyến
(cạnh) là chí phí của tuyến đó.
4.2. Giới thiệu về ngôn ngữ Visual C++
Visual C++ là ngôn ngữ lập trình dựa trên nền tảng cơ bản của C++, đó là lập
trình hướng đối tượng. Nếu các bạn đã lập trình trên C++ thì việc xây dựng các ứng
dụng trên Visual C++ rất thuận lợi.
Khi thực hiện lập trình C/C++, để tạo các giao diện phức tạp, trình bày đẹp hoàn
toàn không đơn giản. Nhưng đối với Visual C++ thì việc đó khá đơn giản. Bạn chỉ
cần sử dụng các điều khiển hay xây dựng một menu đưa vào ứng dụng của mình mà
các mã lệnh cần viết không quá dài dòng và phức tạp như trong C/C++.
Trong chương trình mô phỏng của em có thể sử dụng bất kì ngôn ngữ lập trình
nào. Em chọn ngôn ngữ Visual C++ do khả năng của nó tạo giao diện dễ dàng hơn
C/C++.
4.3. Lưu đồ thuật toán
Giả sử bộ định tuyến mô phỏng tìm đường đi với đường đi ngắn nhất qua các
tuyến giữa node nguồn và node đích. Các trọng số trên các cạnh là độ dài của tuyến
thông tin từ node này đến node kia.
Bắt

đầu
Xác định node nguồn và đích
như V
1
và V
2
Thiết lập V
1
là T-node
Thiết lập nhãn của T-node sang
cố định, sau đó cập nhật bảng
trạng thái các node lân cận.
Xác định node tạm thời nối với
V
1
mà có trọng số nhỏ nhất và
thiết lập thành T-node
Dựa vào thông tin trong bảng
trạng thái, làm như thế cho đến
khi tới node V
1
, dãy các node đó
là đường đi ngắn nhất
Kết thúc
NO
YES
T-node có
phải là V
2
không?

Chương 4: Thực hiện mô phỏng
Thuật toán sẽ thực hiện tìm đỉnh u trong tập hợp Q mà có giá trị d[u] nhỏ nhất.
Đỉnh này được loại ra khỏi Q và được đưa vào tập S. Tập S chứa một bảng các đỉnh
tạo thành một trong những đường đi ngắn nhất từ s đến node nguồn t nào đó.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
1 function Dijkstra(G, w, s)
2 for each vertex v in V[G]
3 d[v] := infinity // Gán các giá trị ban đầu
4 previous[v] := undefined
5 d[s] := 0 // Khoảng cách từ s đến s bằng 0
6 S := empty set // Thiết lập S là tập hợp rỗng
7 Q := V[G] // Tập Q chứa tất cả các node của đồ thị
8 while Q is not an empty set
9 u := Extract_Min(Q)
10 S := S union {u}
11 for each edge (u,v) outgoing from u
12 if d[u] + w(u,v) < d[v]
13 d[v] := d[u] + w(u,v)
14 previous[v] := u
4.4. Kết quả mô phỏng
Thuật toán Dijkstra tìm đường đi ngắn nhất từ node nguồn đến node đích được
thực hiện như sau:
1.Click vào biểu tượng ”THEM NODE” để lấy node ra như sau:
2.Click vào biểu tượng “THEM CANH” để nối các cạnh lại với nhau.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng
3.Click vào biểu tượng “DUONG NGAN NHAT” thực hiện tìm đường ngắn nhất
giữa hai cặp node bất kì.

Chương 4: Thực hiện mô phỏng

4.Click “OK” để nhận được kết quả.

Chương 4: Thực hiện mô phỏng
4.5. Kết luận chương.
Ta thấy được thuật toán định tuyến Dijkstra được ứng dụng hiệu quả trong việc
định tuyến các lightpath trong mạng WDM để tìm được đường đi tối ưu với các
hàm mục tiêu (cost function) của mạng mà ta có thể áp đặt cho nó. Hàm mục tiêu
này ta có thể theo tiêu chí nào đó của mạng như là chi phí tuyến, lượng lưu lượng,
băng thông… Sự áp đặt này thực hiện bằng cách đặt trọng số trên các tuyến là giá
trị của các hàm mục tiêu trên. Sau quá trình định tuyến đến các node mạng, các
node mạng thực hiện gán bước sóng cho lightpath. Việc gán bước sóng phải thoả
mãn điều kiện liên tục bước sóng nếu không node mạng đó phải sử dụng bộ chuyển
đổi bước sóng.