Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.22 MB, 112 trang )
trần thanh tú
bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------
Luận văn thạc sĩ khoa học
điện tử-viễn thông
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn
thông
2003-2005
Trần thanh tú
hà nội
2005
Hà néi 2005
bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------
Luận văn thạc sĩ khoa học
Kỹ thuật định tuyến trong mạng
viễn thông
ngành: điện tử - viễn thông
MÃ số:
trần thanh tú
Người hướng dẫn khoa học : GS.TS. Trần đức hân
Hà néi 2005
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
Mục lục
Các thuật ngữ viết tắt ........................................................................................ 3
Một số thuật ngữ trong tài liệu ........................................................................... 5
Chương 1: Tổng quan về định tuyến ................................................. 9
1.1. Khái niệm về định tuyến ............................................................................. 9
1.2. Các phương pháp truyền thông tin .............................................................. 9
1.2.1. Truyền thông tin theo kiểu lan tràn ................................................................ 9
1.2.2. Truyền thông tin theo con đường ngẫu nhiên............................................... 10
1.2.3. Truyền th«ng tin ‘nãng’ (Hot Potato) ......................................................... 11
1.2.4. Trun th«ng tin dựa vào bảng định tuyến ................................................... 11
1.3. Phân loại các phương pháp định tuyến ..................................................... 18
1.3.1. Tổng quan ..................................................................................................... 18
1.3.2. Định tuyến thích nghi và không thích nghi .................................................. 18
1.3.3. Định tuyến tập trung và định tuyến phân tán ............................................... 19
1.3.4. Định tuyến nguồn / từng bước ...................................................................... 19
1.3.5. định tuyến phân cấp và không phân cấp ..................................................... 20
Chương 2: Định tuyến trong một số mạng điển hình ............ 21
2.1. Định tuyến trong mạng Internet................................................................ 21
2.1.1. Bộ giao thức TCP/IP ..................................................................................... 21
2.1.2. Hệ tự trị ........................................................................................................ 24
2.1.3. Giao thức thông tin định tuyến (RIP) ........................................................... 25
2.1.4. Giao thức thông tin định tuyến phiên bản 2 (RIP-2) .................................... 28
2.1.5. RIPng cho IPv6. ........................................................................................... 30
2.1.6. Giao thøc OSPF ............................................................................................ 31
2.1.7. BGP .............................................................................................................. 39
2.2. MPLS (Multi-Protocol Label Switching) .................................................. 45
2.2.1. Giíi thiƯu ...................................................................................................... 45
2.2.2. Hoạt động ..................................................................................................... 46
2.2.3. Phân phát thông tin về nh·n ......................................................................... 49
2.3. M¹ng ATM ............................................................................................... 50
2.3.1. Giíi thiƯu ...................................................................................................... 50
2.3.2. Định tuyến động trong mạng điện thoại....................................................... 51
2.3.3. Định tuyến trong mạng ATM ....................................................................... 52
2.4. Định tuyến trong mạng di động ................................................................ 53
2.4.1. Định tuyến trong mạng single-hop ............................................................... 54
2.4.2. Định tuyến trong mạng ad-hoc ..................................................................... 56
Trần Thanh Tú- Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
1
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
2.5. Định tuyến trong ARPANET .................................................................... 57
Chương 3: Các thuật toán định tuyến ........................................... 59
3.1. Tổng quan ................................................................................................. 59
3.2. Thuật toán tìm đường ngắn nhất ............................................................... 61
3.2.1. Thuật to¸n Dijkstra ....................................................................................... 63
3.2.2. ThuËt to¸n Bellman-Ford ............................................................................. 67
3.2.3. ThuËt toán Floyd .......................................................................................... 70
3.2.4. Thuật toán Mentor ........................................................................................ 71
3.3. Định tun thay thÕ linh ho¹t ................................................................... 79
3.3.1. Giíi thiƯu ...................................................................................................... 79
3.3.2. DAR trong mạng kết nối đầy đủ .................................................................. 80
3.3.3. DAR trong mạng nhiều node cấp trên (dual-parent) .................................... 81
3.4. Định tuyến theo vec-tơ khoảng cách (Distance-VectorRouting).............. 83
3.4.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 83
3.4.2. Tính toán lại cost .......................................................................................... 84
3.4.3. Đếm đến vô cùng.......................................................................................... 84
3.4.4. Chia cắt hai hướng (Split Horizon) ............................................................... 86
3.4.5. CËp nhËt cã ®iỊu kiƯn (Triggered Update) ................................................... 87
3.5. Định tuyến theo trạng thái liên kết (Link-stateRouting) .......................... 88
3.5.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 88
3.5.2. Xác định các node lân cận ............................................................................ 88
3.5.3. Xác định cost cho mỗi link........................................................................... 89
3.5.4. Thông báo trạng thái liên kết. ...................................................................... 90
3.5.5. Phân phát các LSA ....................................................................................... 91
3.5.6. Tính toán định tuyến. ................................................................................... 92
3.6. Định tuyến phân cấp ................................................................................. 93
3.7. Định tuyến quảng bá (Broadcast Routing) ............................................... 94
3.8. Định tuyến đa điểm (Multicast Routing) .................................................. 96
Chương 4: Chương trình mô phỏng................................................... 98
Kết luận........................................................................................................ 109
Tài liệu tham khảo ................................................................................. 110
Trần Thanh Tú- Lớp cao học ĐTVT – kho¸ 2003
2
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
Các thuật ngữ viết tắt
Từ viết tắt
Tên tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
ABR
Area Boundary Router
Định tuyến biên vùng
AODV
Ad-hoc On-demand Distance
Vector
Vectơ khoảng cách theo yêu cầu
AS
Autonomous System
Hệ tự trị
ASBR
AS Boundary Router
Router biên AS
BDR
Backup Designeated Router
Router chỉ định dự phòng
BGP
Border Gateway Protocol
Giao thức cổng đường biên
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
CCS
Common Channel Signaling
Hệ thống báo hiệu kênh chung
CIDR
Classless Inter-Domain Routing
Định tuyến biên vùng không phân
cấp
CoS
Class of Service
Lớp dịch vụ
DAR
Dynamic Alternative Routing
Định tuyến thay thế linh hoạt
DMSU
Digital Main Switching Unit
Đơn vị chuyển mạch số chính
DNHR
Dynamic NonHierarchical
Routing
Định tuyến động không phân cấp
DR
Designeated Router
Router chỉ định
DSDV
Destination-Sequenced Distance Vectơ khoảng cách sắp thứ tự đích
Vector
DSV
Dynamic Source Routing
Định tuyến nguồn linh hoạt
EGP
Exterior Gateway Protocol
Giao thức cổng ngoài
FTP
File Transfer Protocol
Giao thøc trun dÉn File
IGP
Interior Gateway Protocol
Giao thøc cỉng trong
LAN
Local Area Network
Mạng cục bộ
LCR
Last Chance Routing
Phương pháp định tuyến cơ hội
cuối cùng
LE
Local Exchange
Tổng đài nội hạt
LIFO
Last In - First Out
(Mô hình) Vào trước ra sau
LLR
Least Loaded Routing
Định tuyế tải tối thiểu
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT kho¸ 2003
3
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
LSA
Link State Advertisement
Thông báo thông tin liên kết
LSR
Label Switched Router
Bộ định tuyến chuyển nhÃn
LSP
Link State Packet
Gói trạng thái liên kết
MANET
Mobile Ad-hoc Network
Mạng di động Ad-hoc
RD
Routing Domain
Vùng định tuyến
RID
Router IDentificator
Định dạng router
RIP
Routing Information Protocol
Giao thức thông tin định tuyến
RTNR
Real Time Network Routing
Định tuyến mạng thời gian thực
SDR
State-Dependent Routing
Định tuyến phụ thuộc trạng thái
SPR
Single Parented Routing
Định tuyến một node cấp trên
TCP
Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
UDP
User Datagram Protocol
Giao thức gói dữ liệu người dùng
VC
Virtual Channel
Kênh ảo
VLSM
Variable-Length Subnet Masks
Mặt nạ mạng con có độ dài thay
đổi
VP
Virtual Path
Đường ảo
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
4
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
Một số thuật ngữ trong tài liệu
Từ tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
Adjacency Relationship
Quan hệ cận kề
Authentication
Nhận thực
Backbone
Xương sống (Mạng xương sống là những mạng cấp
cao nhất, thường có tốc độ truyền dẫn cao)
Bandwidth
Băng thông / Độ rộng băng thông
Broadcast
Quảng bá
Connection-oriented
Hướng kết nối
Entry
Mục (trong một bảng chứa thông tin, nếu các dòng
mang thông tin có dạng như nhau, có một hoặc một
số cột có thể dùng làm khoá để tìm các dòng, thì mỗi
dòng sẽ được gọi là một entry)
Flooding
Lan tràn
Foreign agent
Agent ngoài
Forwarding
Chuyển tiếp thông tin
Handoff Management
Điều khiển chuyển vùng
Hop
Bước / Bước nhảy (Đoạn đường nối hai node kề nhau
được gọi là một hop)
Internetwork
Liên mạng
Local Exchange
Điểm chuyển mạch nội hạt
Location Registration
Đăng ký vị trí
Loop
Vòng lặp
Multicast
Đa điểm
Multiprotocol
Đa giao thức
Neighbour
Lân cận
Network Resourse
Tài nguyên mạng
Parent Node
Node cha / Node cấp trên
Path-Determination
Xác định đường truyền
Poison reverse
Đầu độc ngược
QoS
Chất lượng dịch vụ
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
5
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
Router
Bộ định tuyến
Routing
Định tuyến / Chọn đường
Sequence number
Số thứ tự
Spanning tree
Cây đường đi
Split Horizon
Chia cắt hai hướng (tương đương khái niệm chẻ
ngang trong một số tài liệu khác)
Supernet
Siêu mạng
Supnet
Mạng con
Traffic Engineering
Kỹ thuật lưu lượng
Triggered Update
Cập nhật có điều kiƯn
Trunk - reservation
Dù tr÷ trung kÕ
Two-link route
Tun hai link / Tuyến hai liên kết
Trần Thanh Tú Lớp cao học §TVT – kho¸ 2003
6
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
Lời nói đầu
Định tuyến là một chức năng không thể thiếu trong bất kỳ mạng viễn thông
nào. Mỗi khi thực hiện thiết kế, xây dựng một mạng mới, hay cải tiến một mạng đà có,
người thiết kế mạng phải đặc biệt quan tâm tới vấn đề định tuyến, bởi hoạt động
của một mạng có hiệu quả hay không, chất lượng của các dịch vụ cung cấp trên mạng có
thoả mÃn được yêu cầu của người sử dụng mạng hay không phụ thuộc rất nhiều vào
việc định tuyến trong mạng đó.
Do tính chất quan trọng của mình mà việc định tuyến cần liên tục được cải
tiến, thay đổi để có thể đáp ứng được với sự phát triển của mạng viễn thông. Từ những
thời kỳ ban đầu của mạng điện thoại, việc định tuyến chỉ được thực hiện một cách thủ
công nhờ các điện thoại viên, cho tới bây giờ, quá trình định tuyến được thực hiện một
cách hoàn toàn tự động, với chất lượng, tốc độ cao để có thể cho phép cung cấp các
dịch vụ ngày càng đa dạng trong các mạng thế hệ mới.
Trải qua một quá trình phát triển mạnh, rất nhiều phương pháp, kỹ thuật định
tuyến đà được đưa ra. Nghiên cứu về các kỹ thuật định tuyến là một lĩnh vực nghiên
cứu rất rộng lớn bởi mỗi mạng cần có một chiến lược định tuyến cho riêng mình, phù
hợp với mục đích truyền dẫn, phù hợp với công nghệ mạng, phù hợp với yêu cầu của những
người sử dụng mạng để trao đổi thông tin... Không thể áp đặt hoàn toàn một chiến
lược định tuyến của một mạng lên một mạng khác. Do đó, đối với người thiết kế mạng,
khi xác định kỹ thuật định tuyến để sử dụng trong một mạng mới, cần phải nắm được
những điều cơ bản về định tuyến. Từ đó, có thể định ra được chiến lược định tuyến
thích hợp cho mạng của mình. Ngoài ra, đối với những người nghiên cứu mạng, kỹ thuật
định tuyến trong mạng cũng là một điều rất đáng quan tâm.
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông nêu ra các vấn
đề cơ bản về định tuyến, cùng với kỹ thuật thuật định tuyến trong một số mạng điển
hình. Đồ án được xây dựng nhằm mục đích tự tìm hiểu, trang bị thêm kiến thức cơ
bản, nâng cao hiểu biết cho người viết, củng cố nền tảng cho quá trình công tác,
nghiên cứu mạng sau này. Đồng thời, nếu có thể, làm một tài liệu tham khảo cho
những người quan tâm.
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT kho¸ 2003
7
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
Đồ án bao gồm 4 chương:
Chương 1 - Tổng quan về định tuyến: Đưa ra những khái niệm cơ bản
về việc định tuyến trong mạng viễn thông.
Chương 2 - Định tuyến trong một số mạng viến thông chính: Giới thiệu
kỹ thuật định tuyến trong một số mạng cụ thể.
Chương 3 - Các thuật toán định tuyến: Giới thiệu một số thuật toán tìm
đường ngắn nhất, một số thuật toán định tuyến cơ bản.
Chương 4 - Chương trình mô phỏng: Giới thiệu chương trình mô phỏng
thuật toán Mentor để xây dưng một tôpô mạng
Vấn đề định tuyến không phải là một vấn đề mới mẻ. Nhưng đó là một lĩnh
vực nghiên cứu rất rộng. Với thời gian có hạn, đặc biệt là do kiến thức còn nhiều hạn
chế, em chỉ đưa ra được một lượng rất nhỏ những khái niệm, thông tin về vấn đề định
tuyến. Do vậy, sai sót là điều khó tránh khỏi. Bởi vậy, em mong nhận được những ý
kiến đóng góp của các thầy, các cô, cùng các bạn để hoàn thiện hơn nữa đồ án của
mình.
Em xin cảm ơn thầy giáo GS. TS. Trần Đức Hân, người đà hướng dẫn em hoàn
thành đồ án tốt nghiệp cao học này.
Hà Nội ngày 15 tháng 10 năm 2005
Học viên
Trần Thanh Tú
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
8
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
Chương 1: Tổng quan về định tuyến
1.1. Khái niệm về định tuyến
Định tuyến là một công việc quan trọng trong quá trình truyền tin trong mạng
thông tin. Nó được thực hiện ở tầng mạng (tầng 3 theo mô hình tham chiếu OSI). Mục
đích của định tuyến là chuyển thông tin của người sử dụng từ điểm nguồn đến
điểm đích.
Quá trình định tuyến (routing) bao gồm hai hoạt động chính, đó là: xác định
đường truyền (path determination) và chuyển tiếp thông tin (forwarding) theo đường
đó (còn được gọi là switching). Việc truyền thông tin đi theo con đường đà chọn có thể
nói là khá đơn giản (về mặt thuật toán), trong khi đó, việc xác định đường truyền phức
tạp hơn rất nhiều.
Trong các mạng thông tin khác nhau, việc xác định đường truyền cũng diễn ra
khác nhau. Tuy nhiên, cách xác định đường truyền nào cũng bao gồm hai công việc cơ
bản. Thứ nhất là thu thập và phân phát thông tin về tình trạng của mạng (ví dụ như
trạng thái đường truyền, tình trạng tắc nghẽn...) và của thông tin cần truyền (ví dụ như
lưu lượng, yêu cầu dịch vụ...). Các thông tin này sẽ được sử dụng làm cơ sở cho việc
xác định đường truyền. Thứ hai là chọn ra đường truyền khả dụng (cũng có thể là
đường truyền tối ưu) dựa trên các thông tin trạng thái trên. Đường truyền khả dụng là
đường truyền thoả mÃn mọi yêu cầu của thông tin cần truyền (ví dụ: tốc độ) và điều
kiện của mạng (ví dụ: khả năng của đường truyền). Còn đường truyền tối ưu (theo một
tiêu chuẩn nào đó) là đường truyền tốt nhất trong những đường truyền khả dụng.
Trong mỗi mạng thông tin, có thể sư dơng mét trong hai kiĨu forwarding:
híng kÕt nèi (connection-oriented) và phi kết nối (connectionless)
1.2. Các phương pháp truyền thông tin
1.2.1. Truyền thông tin theo kiểu lan tràn
Phương pháp truyền tin theo kiểu lan tràn hoạt động rất hiệu quả trong những
mạng động: vị trí node đích hoặc cấu hình mạng thay đổi liên tục, hoặc lưu lượng trong
mạng thay đổi với lượng lớn, liên tục.
Hoạt động của phương pháp này như sau: thông tin từ nguồn được truyền tới tất
cả các điểm lân cận. Từ những điểm này, thông tin lại tiếp tục được chuyển đi tới các
điểm lân cËn cđa nã. ViƯc trun nµy chØ kÕt thóc khi điểm đích đà nhận được thông
tin.
Để có thể kết thúc việc phân phát các gói tin, thường sử dụng một trong hai cách
sau:
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT – kho¸ 2003
9
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
Mỗi node lưu lại thông tin về các gói tin nó đà nhận và phát lan tràn. Khi
nhận được một gói tin đến từ node lân cận, nó sẽ kiểm tra xem gói đó đÃ
nhận được lần nào chưa. Nếu đó là gói chưa nhận được lần nào, sẽ lưu thông
tin về gói đó trong bộ nhớ và phát tràn lan sang các node lân cận. Nếu đÃ
nhận được gói đó trong quá khứ, sẽ không thực hiện việc phát tràn lan nữa.
Trong mỗi gói tin được phát tràn lan, có một trường mang thông tin về số
bước nhảy (hop-count) của gói đó (chính là số link nó đà đi qua). Mỗi khi
một node chuyển tiếp một gói tin sang các node lân cận, giá trị hop-count
của gói đó sẽ được tăng lên một. Nếu giá trị mới này lớn hơn một giá trị giới
hạn nào đó, gói tin sẽ không được phát tràn lan nữa, còn nếu nhỏ hơn, nó
tiếp tục được phát lan tràn. Giá trị tới hạn thường được chọn tuỳ vào kích
thước mạng.
Theo phương pháp phát này thông tin sẽ đến được đích theo con đường nhanh
nhất, mà không cần phải tính toán, không cần lưu giữ bảng định tuyến. Tuy nhiên
khuyết điểm của nó lại rất lớn, cụ thể là:
ã Kỹ thuật này cơ bản dựa trên sự nhân rộng lưu lưọng tải.
ã Việc gia tăng cường độ lưu thông, gia tăng hàng loạt điểm trì hoÃn dẫn đến
gia tăng trì hoÃn điểm nối điểm, ngay cả khi gói được truyền trên tuyến
nhanh nhất hiện hành.
ã Mỗi gói phải chứa địa chỉ hoàn chỉnh và các thông tin nhận dạng.
ã Mỗi chuyển mạch phải ghi lại tất cả các gói mà chúng bắt gặp trong thời
gian đủ lớn để đảm bảo các gói trùng (của gói nhận được trước) được phát
hiện và loại bỏ. Tương tự các chuyển mạch phải được cảnh báo thường
xuyên về khả năng các gói copy sẽ đến rất nhiều sau khi gói copy đầu tiên
chuyển giao thành công cho host đích
Phương pháp lan tràn hiếm khi được dùng để truyền thông tin người sử dụng.
Nhìn chung, nó thường chỉ được sử dụng trong mạng để phân phát các thông tin cần
thiết hoặc hỗ trợ cho hoạt động của mạng. Ví dụ, truyền tin lan tràn có thể được dùng
khi thiết lập kênh ảo (VC) trong mạng ATM: mét node khi thiÕt lËp VC tíi mét node
kh¸c trong mạng, nó chỉ việc gửi tràn lan gói tin tìm đường. Các gói tin này luôn ghi
lại con đường nã ®· ®i qua. ë phÝa node ®Ých, khi nhËn được gói tin đầu tiên, sẽ báo
nhận về nguồn theo con đường của gói tin đó và VC được thiết lập cũng theo con
đường này.
1.2.2. Truyền thông tin theo con đường ngẫu nhiên
ở phương pháp truyền này, mỗi khi thông tin tới một node, nếu đó không phải
là đích thì nó sẽ tiếp tục được truyền đi theo một hướng ngẫu nhiên nào đó (miễn là
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
10
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
không phải hướng mà qua đó nó vừa nhận được dữ liệu). Mục tiêu của phương pháp là
thông tin lang thang trong mạng cuối cùng rồi cũng đến được đích. Việc chọn hướng
này có thể là hoàn toàn ngẫu nhiên, cũng có thể là ngẫu nhiên theo trọng số. Nếu chọn
ngẫu nhiên theo trọng số thì các trọng số thường được xác định dựa vào thống kê về kết
quả của các lần truyền trước.
Cũng giống như phương pháp lan tràn, truyền tin ngẫu nhiên có ưu điểm là bằng
một con đường xuyên qua mạng, thành phần lưu thông cuối cùng rồi cũng sẽ đến được
đích. Truyền tin ngẫu nhiên giảm bớt rắc rối của sự nhân rộng các thành phần lưu
thông. Nếu tất cả các liên kết và node đồng dạng thì có thể phân phối cùng khả năng
cho mỗi tuyến. Tuy nhiên do khác nhau về năng lực liên kết nên các khả năng giữa các
tuyến không giống nhau, trong trường hợp này một tuyến tại mỗi node sẽ được chọn là
50% khả năng và hai tuyến khác mỗi tuyến 25% khả năng. Tuy nhiên phương pháp này
có khuyết điểm là: Khi dữ liệu lưu thông theo các giá (cost) trung bình được phân phối
tuỳ thuộc khả năng lựa chọn tuyến, chiều dài trung bình từ nguồn đến đích sẽ có
khuynh hướng dài hơn hầu hết các đường có thể đi trực tiếp. Do đó các thông sẽ bị trì
hoÃn giữa các điểm lâu hơn so với thời gian trì hoÃn ngắn nhất trên một tuyến nào đó
thực sự tồn tại qua mạng.
Tóm lại, trong phương pháp truyền ngẫu nhiên, việc tính toán đường truyền rất
ít, tổng lưu lượng đường truyền sử dụng chắc chắn sẽ nhỏ hơn so với phương thức tràn
lụt. Tuy vậy, thời gian ®Ĩ d÷ liƯu cã thĨ ®i tíi ®Ých sÏ lín, không thể xác định trước.
1.2.3. Truyền thông tin nóng (Hot Potato)
Khi thông tin truyền tới một node, node đó sẽ xác định hướng truyền có thời gian
chờ đợi ít nhất và truyền thông tin theo hướng đó. Theo cách truyền này sẽ giảm được
kích thước của bộ nhớ đệm tại mỗi node.
1.2.4. Truyền thông tin dựa vào bảng định tuyến
ở mỗi node trong mạng có lưu giữ một bảng định tuyến. Bảng này có chứa
nhiều mục (entry). Mỗi mục mang thông tin về hướng truyền (đường truyền) cho một
đích (có thĨ lµ mét node, cịng cã thĨ lµ mét nhãm node). Mỗi khi cần truyền thông tin
đến một đích, node nguồn lại tìm kiếm trong bảng định tuyến của mình, chọn ra entry
phù hợp nhất đối với node đích. Sau đó, thông tin sẽ được truyền đi theo hướng dẫn
trong entry này.
Mạng chuyển mạch kênh thiết lập một đường truyền vật lý hoặc logic giữa hai
node trước khi truyền thông tin. Sau đó, tất cả thông tin (của một lần kết nối) sẽ được
chuyển đi theo đường này. Nhiệm vụ của việc định tuyến là phải chỉ ra được con đường
tốt nhất giữa mỗi cặp node trong mạng.
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
11
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
Trong mạng chuyển mạch gói, để cung cấp các dịch vụ hướng kết nối giữa hai
node, một con đường ảo sẽ được tạo ra mỗi khi thiết lập kết nối. Con đường này sẽ
được sử dụng để truyền tất cả các gói tin trong lần kết nối đó. Bởi vậy, mỗi gói tin cần
phải có thông tin về đường ảo của mình. Bảng định tuyến ở mỗi node sẽ chứa thông tin
để có thể xác định được hướng ®i tiÕp theo cho c¸c gãi tin cđa c¸c con đường ảo khác
nhau.
Ngoài các dịch vụ hướng kết nối, mạng chuyển mạch gói còn có khả năng cung
cấp các dịch vụ phi kết nối nhờ sử dụng phương pháp định tuyến datagram. Với định
tuyến datagram, con đường cho mỗi gói không được xác định trước, và chỉ được xác
định từng bước một qua quyết định định tuyến ở mỗi node trung gian. Do đó, mỗi gói
tin phải mang theo mình thông tin đầy đủ về địa chỉ của node đích. Thêm nữa, mỗi gói
tin từ cùng một node nguồn được chuyển tới node đích theo những con đường khác
nhau, nên ở node đích, thứ tự của các gói tin sẽ lộn xộn và cần phải sắp xếp lại, nên
mỗi gói tin phải mang số thứ tự kèm theo.
Nhưng dù là mạng hướng kết nối hay phi kết nối, thì vẫn phải thực hiện việc
tính toán tạo bảng định tuyến. Bảng định tuyến có thể mang dữ liệu cố định (trực tiếp),
hoặc thay đổi theo thời gian.
Hình 1-1 minh họa đơn giản về định tuyến trực tiếp (trong một mạng chuyển
mạch gói - PSN). Trên đó một ma trận định tuyến ngắn nhất trình bày có 36 lối vào cho
6 node. Mỗi lối vào chỉ ra node kế tiếp dọc theo đường ngắn nhất từ node này đến node
khác. Ví dụ các gói đang ở node 6 có đích đến là node 2 sẽ được hướng dẫn đến node
4. Bảng định tuyến có đặc điểm:
ã Trên bảng định tuyến chỉ có những hàng đơn liên hệ đến từng chuyển
mạch riêng.
ã Một vài lối vào trong bảng có hai tuyến có khả năng xảy ra, nhưng
trong thực tế để đảm bảo tính rõ ràng thì chỉ một tuyến được chọn vào
một thời điểm và được đặt vào bảng trong quá trình hoạt động.
Ưu điểm của định tuyến trực tiếp là hoạt động của nó được xác định rõ ràng,
mọi thông tin lưu thông giữa nguồn và đích sẽ đi theo cùng một tuyến tuỳ thuộc vào
bảng định tuyến. Khi một tuyến đà được thành lập trên cơ sở các tiêu chuẩn như đường
ngắn nhất, đường có thời gian trì hoÃn nhỏ nhất . . . các gói sẽ đi theo một cách trung
thành trừ phi bảng định tuyến được thay đổi bởi các hoạt động hay bởi trung tâm điều
khiển mạng.
Hạn chế:
ã Cấu trúc cồng kềnh.
ã Khó thích ứng với các thay đổi về cấu hình mạng, cũng như đáp ứng
thích hợp với các hậu quả khi node hay đường dây bị hư hay quá tải.
Trần Thanh Tú Lớp cao học §TVT – kho¸ 2003
12
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiÖp cao häc
4
2
1
6
3
Destination
1
2
3
4
5
6
Destination
1
2
3
4
5
6
5
Route to
1
2
1
4
5
4
Destination
1
2
3
4
5
6
Destination
Route to
1
2
3
4
3
3 or 4
Route to
1
2
3
4
5
6
Route to
1
2
1 or 6
4
6
6
1
2
3
4
5
6
Route to
1
1
3
1 or 6
5
6
Destination
1
2
3
4
4
6
Route to
3 or 4
4
3
4
5
4
Route to
3
2
3
6
5
6
Ma trận định tuyến đến
Từ node
Đến node
1
2
3
4
5
6
1
1
1
1
3
3 or 4
2
2
1
2
2
4
3
3
1
1 or 6
3
3
4
4
4
1 or 6
6
4
5
3
5
5
6
5
6
3 or 4
4
6
6
6
-
Hình 1.3. Định tuyến trực tiếp theo danh mục
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
13
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
Trong thực tế các yếu tố dữ liệu trong một mạng luôn thay đổi, vì vậy bảng định
tuyến tương ứng phải được cập nhật thường xuyên. Để tính toán bảng định tuyến, cần
phải đặt ra những tiêu chuẩn để lựa chọn giữa các con đường với nhau. Thông thường,
người ta gán cho mỗi link trong mạng một giá trị gọi là cost (có khi còn được gọi là
weight). Thủ tục định tuyến sẽ dựa trên cost của các link (link cost) để hoạt động. Giá
trị cost gán cho mỗi link được tính toán dựa trên các tham số khác nhau. Có những
tham số cố định như: dung lượng, kích thước bộ đệm ở hai đầu, trễ truyền lan, mức độ
bảo mật, giá cả sử dụng link . . . Cũng có những tham số liên tục thay đổi nh: møc ®é
chiÕm dơng link, møc sư dơng bé ®Ưm, trễ trung bình của mỗi gói tin, tỉ lệ lỗi . . .
Để rõ hơn ta xét ví dụ về ®Þnh tun theo danh mơc thÝch nghi (Adaptive
Directory Routing) (trong một mạng chuyển mạch gói PSN): Hoàn toàn tương tự như
định tuyến trực tiếp, trong đó mỗi chuyển mạch có một bảng định tuyến trong bộ nhớ
để chỉ ra tuyến tối ưu tới đích. Tuy nhiên, các lối vào ở trong bảng có thể thay đổi
trong thực thi tuỳ vào sự thay đổi các điều kiện hoạt động trong mạng như tắc nghẽn
lưu thông hay sự cố đường truyền và chuyển mạch. Do các lựa chọn phụ không còn cần
thiết nữa. Đường truyền hiện hành về nguyên tắc luôn là đại diện cho tuyến tối ưu nhất
theo các tiêu chuẩn đà chọn vào thời điểm yêu cầu. Một phương án định tuyến dựa trên
việc tối thiểu trì hoÃn truyền có thể thực hiện dễ dàng vì mỗi chuyển mạch trong mạng
đủ thông minh để ước lượng khoảng thời gian để truyền một gói mới đi đến một
chuyển mạch kế. Mỗi chuyển mạch có thể ước lượng chính xác nếu biết mỗi đường nối
đến nó có tốc độ bit bao nhiêu, cũng như tỉ lệ lỗi và số lượng các bit trong hàng đợi
muốn truyền qua đường này. Nếu các node trao đổi thông tin trì hoÃn với các node kế
nó thì mỗi node có thể ước lượng toàn thể trì hoÃn truyền đến tất cả các đích trong
mạng.
Minh hoạ cho nguyên tắc bảng trì ta có thể tham khảo hình vẽ 1-2. Tốc độ bit
được chỉ định cho mỗi đường. Giả sử mỗi gói có 1000 bit, trên hình cũng trình bày số
lượng các gói xếp hàng còn để lại tại mỗi chuyển mạch. Tại mỗi node, thấy có một
bảng trì hoÃn, nó được tính toán bởi mối node trên cơ sở tốc độ truyền và lưu lượng
giao thông trên mỗi đường. ở đây các bảng trì hoÃn chỉ đề cập các đường dẫn đến các
đích được nối trực tiếp với chuyển mạch mà thôi, nhằm làm cho sự ước lượng được
xem là hoàn toàn chính xác.
2
4
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
1
14
6
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
From
2
2
2
2
2
2
To Delay
1
104
2
3
4
0
5
89
6
Đố án tèt nghiÖp cao häc
From To
4
1
4
2
4
3
4
4
4
5
4
6
Delay
35
0
0
From To Delay
1
1
1
2
105
1
3
105
1
4
54
1
5
1
6
From
6
6
6
6
6
6
From To Delay
3
1
208
3
2
3
3
3
4
3
5
312
3
6
To Delay
1
2
3
17
4
0
5
0
6
From To Delay
5
1
5
2
71
5
3
104
5
4
5
5
-
39
5
6
312
Ghi chú:
Thời gian trễ tính bằng mili giây
Hình 1 - 4 Định tuyến thích nghi dùng một
bảng trì hoÃn tại mỗi nede chuyển mạch
Sự thiết lập bảng định tuyến:
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
15
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
Để hiểu rõ hơn về hoạt động của giải thuật định tuyến hÃy tập trung tìm hiểu
bảng định tuyến tại node 5 (hình 1-3). Bắt đầu là bảng trì hoÃn truyền mà node 5 xây
dựng cho chính nó từ các nhận biết về tốc độ định tuyến và lưu lượng giao thông. Bảng
5 chỉ đề cập đến thời gian trì hoÃn trên các đường nối trực tiếp đến nó. Trì hoÃn đến
node 2 là 71ms; đến node 3 là 104ms và đến node 6 là 312ms. Mỗi node trao đổi bảng
trì hoÃn cho nhau để làm cơ sở ước lượng kế tiếp, trên đây là node 5 trao ®ỉi víi node
2, 3 vµ 6, bé xư lý cđa node 5 kết hợp các thông tin từ các bảng và tính toán cho ra một
bảng định tuyến sẵn có cho đến khi thông tin mới được cập nhật.
Delay
From
To
Delay
2
1
104
2
2
-
2
3
2
4
0
2
5
89
2
6
From
To
Delay
From
To
Delay
3
1
208
5
1
200
2
5
2
71
2
5
3
104
3
5
4
96
2
From
To
5
1
5
2
71
3
2
5
3
104
3
3
5
4
3
4
5
5
-
3
5
312
5
5
-
-
5
6
312
3
6
39
5
6
218
3
From
-
To Delay
6
1
6
2
-
6
3
17
6
4
0
6
5
0
6
6
Hình 1-3 Thiết lập bảng định tuyến tại node 5
Nếu ta gi¶ sư r»ng thêi gian xư lý cho mét gãi đến tại một node là 25ms, vậy thì
thông tin định tuyến sẽ được xác định như thế nào từ node 5 đến node 1. Mặc dù node
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
16
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiƯp cao häc
5 kh«ng nèi trùc tiÕp víi node 1 nhưng được nối trực tiếp với node 2 và node 3. Node 5
sẽ chọn trì hoÃn nào nhỏ nhất. Trong trường hợp này trì hoÃn từ node 2 đến node 1 là
104ms, trì hoÃn từ node 5 đến node 2 là 71ms, trì hoÃn tại node 2 là 25ms, cả thảy trì
hoÃn là 200ms. Thời gian khi trì hoÃn từ node 3 đến node 1 là 208ms lớn hơn nhiều
nên bị loại.
Hàng cuối cùng của bảng định tuyến biểu hiện sự thích nghi linh hoạt của xử lý
định tuyến. Node 5 nối trực tiếp đến node 6, thời gian trì hoÃn là 312ms trong bảng trì
hoÃn của node 5. Tuy nhiên node 3 cũng nối trực tiếp đến node 6 với trì hoÃn là 89ms.
Trì hoÃn từ node 5 đến node 3 là 104ms việc trì hoÃn tại node 3 là 25ms. Vậy tổng trì
hoÃn qua node 3 chỉ là 218ms nhỏ hơn 8ms do đó định tuyến từ node 5 qua node 6 sẽ
không trực tiếp đến 6 mà qua 3 mới đến 6. Điều này trong định tuyến đường dài vật lý
chưa hẳn là đường dài luận lý.
Theo như trên thì cuối cùng bảng định tuyến chỉ ra rằng tại thời điểm hiện hành
thông tin được định tuyến qua 2 hoặc 3. Vì trạng thái của mạng thay đổi thường xuyên
nên trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 200ms hay ít hơn nữa những thông tin
trong bảng định tuyến sẽ trở nên lạc hậu. Ví dụ tất cả các luồng thông tin đều được
định tuyến qua node 2 và 3 bởi vì trì hoÃn đến 6 quá lớn so với các node khác. Nhưng
vì không có ai gửi đến 6 và hàng đợi trên đường này được giảm. Kết quả là sau khi
bảng định tuyến dùng trong 200ms, thì thời gian trì hoÃn từ 5 đến 6 giảm còn 112ms.
Đối với những mạng cập nhật bảng định tuyến theo thời gian, khoảng thời gian
giữa hai lần cập nhật là một giá trị quan trọng. Nếu giá trị này quá lớn, cost của mỗi
tuyến đường theo như bảng định tuyến không còn đúng với thực tế, tức là các con
đường đó không còn đảm bảo đúng theo tiêu chuẩn. Nếu khoảng thời gian này quá
ngắn, lượng công việc tính toán tạo bảng định tuyến sẽ tăng lên rất nhiều, các bảng
định tuyến liên tục thay đổi. Đồng thời, nếu các node không đồng bộ trong việc cập
nhật bảng định tuyến sẽ gây ra lộn xộn trong việc truyền thông tin.
Nếu có một hàm tính toán cost hợp lý giữa các tham số tĩnh và động, cùng với
chọn được khoảng thời gian cập nhật thích hợp, mạng sẽ hoạt động có hiệu quả cao
nhất, đảm bảo chất lượng dịch vụ mà người sử dụng yêu cầu.
Trong mạng ARPANET giải thuật được thực hiện với sự trao đổi đồng bộ các
bảng định tuyến giữa các node chuyển mạch, khoảng 3 đến 5 lần trong 1s. Việc trao
đổi đồng bộ dẫn đến tính không ổn định (ví dụ 2 node đồng thời thông báo đường tốt
nhất đi đến một điểm trong mạng là qua node kia). Nếu trao đổi bất đồng bộ thì mỗi
node có dịp dùng các thông tin sau cùng có sẵn trong bảng định tuyến của nó trước khi
chuyển thông tin kết hợp đến các node kế. Việc trao đổi rất thường xuyên giữa các
bảng cũng gây ra tình trạng bất ổn định trong mạng, tạo các vòng lặp gói và các gói
con thoi đi lại giữa hai node. Do đó việc cập nhật bảng phải đủ lâu để sử dụng hiệu quả
quá trình sử lý thích nghi. Tốt nhất là thiết lập bảng định tuyến tối ưu khoảng 10s một
lần.
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT kho¸ 2003
17
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
Từ giải thuật trên có thể khẳng định rằng thông tin sự cố trên đường dây hay
node sẽ từ từ xuyên qua mạng. Một đường dây hư sẽ được chỉ ra bởi giá trị hoÃn vô
cùng lớn trong lối vào bảng định tuyến của node nối đến dây này. Một node bị hư sẽ
không thông tin về bảng ước lượng trì hoÃn cho các node kế, do đó nó được xem là
node hư. Khi hoạt động trở lại nó dễ dàng tham gia vào mạng vì nó gửi các bảng ước
lượng trì hoÃn đến các node kế nó ngay sau đó.
Hạn chế chủ yếu có tính khách quan của phương pháp này là việc sử lý phức
tạp, các chuyển mạch phải có thể phát hiện ra các điều kiện của mạng, đảm bảo năng
lực xử lý để cập nhật và đưa ra hướng giải quyết tối ưu.
1.3. Phân loại các phương pháp định tuyến
1.3.1. Tổng quan
Một kỹ thuật định tuyến phải thực hiện hai chức năng chinh sau đây:
ã Quyết định chọn đường theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó.
ã Cập nhật thông tin định tuyến, tức là thông tin dùng cho chức năng 1.
Có rất nhiều kỹ thuật định tuyến khác nhau. Sự phân biệt giữa chúng chủ yếu
căn cứ vào các yếu tố liên quan đến hai chức năng kể trên. Các yếu tố đó thường là:
ã Sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng.
ã Sự phân tán của các chức năng định tuyến trên các node mạng.
ã Các tiêu chuẩn tối ưu ®Ó chän ®êng.
Tõ ®ã ta cã thÓ cã kü thuËt định tuyến tĩnh (Static routing, Fixed ruoting hay còn
gọi là định tuyến không thích nghi) / kỹ thuật định thích nghi (kỹ thuật định tuyến
động, Adaptive routing) ; kỹ thuật ®Þnh tuyÕn tËp trung (Centralized ruoting) / kü thuËt
®Þnh tuyÕn phân tán (Distributed ruoting); . . .
Các phương pháp định tuyến cũng có thể phân loại dựa vào cách tạo tuyến
đường (định tuyến nguồn/từng bước) hay dựa vào sự phân cấp các node mạng (định
tuyến phân cấp / không phân cấp). . .
1.3.2. Định tuyến thích nghi và không thích nghi
ã Định tuyến không thích nghi là kỹ thuật định tuyến trong đó việc định
tuyến chỉ phải thực hiện một lần khi xây dựng mạng. Sau đó, các thông
tin về việc định tuyến được lưu trong các bảng định tuyến cho các node.
Sau này, khi mạng hoạt động, nếu cost của link thay đổi thì các bảng
định tuyến này cũng không được cập nhật lại. Nếu muốn thay đổi các
thông tin trong bảng định tuyến, người quản lý mạng phải trực tiếp ra
lệnh thực hiện các thuật toán định tuyến để tạo ra thông tin định tuyến
mới. Thông thường, với định tuyến không thích nghi, bảng định tuyến có
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
18
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiƯp cao häc
thĨ ®a ra mét sè con ®êng thay thế khi con đường chính gặp sự cố
(quá tải, hỏng).
ã Định tuyến không thích nghi là kỹ thuật định tuyến trong đó việc tính
toán đường truyền tối ưu được thực hiện nhiều lần trong khi mạng hoạt
động. Cứ sau một khoảng thời gian quy định trước hoặc mỗi khi mạng
có sự thay đổi về cấu hình, trạng thái thì thông tin về mạng lại được gửi
tới những nơi có nhiệm vụ thực hiện định tuyến để tiến hành định tuyến
lại. Có một loại thuật toán định tuyến được gọi là định tuyến thích nghi
cách ly. Theo cách định tuyến này, các node không gửi, cũng không
nhận thông tin thay đổi về tình trạng mạng. Các node lựa chọn con
đường tuỳ theo kết quả của những lần truyền trước được phản hồi lại.
1.3.3. Định tuyến tập trung và định tuyến phân tán
Một cách phân loại phổ biến chia các phương pháp định tuyến ra làm hai loại,
dựa trên cách tính toán định tuyến: định tuyến tập trung và định tuyến phân tán. Khi
việc tính toán được thực hiện tại một điểm và sau đó kết quả được chuyển tới các node
trong mạng, ta gọi đó là định tuyến tập trung. Còn khi việc tính toán được thực hiện ở
các node trong mạng, ta gọi đó là định tuyến phân tán.
Trong định tuyến tập trung, trung tâm tính toán cần phải biết tất cả các thông tin
về mạng. Các node có nhiệm vụ gửi thông tin về cấu hình của phần mạng ở xung
quanh nó về cho trung tâm này. Đồng thời, cần có một khoảng thời gian để có thể
truyền thông tin cập nhật tới tất cả các node. Đối với trung tâm xử lý, phải đảm bảo yêu
cầu rất cao về độ tin cậy trong hoạt động, bởi hoạt động của mạng bị ảnh hưởng rất lớn
nếu trung tâm xử lý này gặp sự cố. Chính vì lý do này mà định tuyến tập trung không
được sử dụng nhiều trong các mạng hiện tại.
Các thuật toán định tuyến ngắn nhất dựa trên thuật toán Dijkstra, đặc biệt là
thuật toán Floyd thích hợp với việc xử lý tập trung bởi các thuật toán này khi thực hiện
tính toán cần có đầy đủ thông tin về mạng. Các thuật toán này cũng có thể được dùng
trong mô hình xử lý phân tán. Nhưng, khi đó, các node đều cần phải biết thông tin về
toàn bộ cấu hình mạng, nên mỗi khi mạng có thay đổi, thông tin này cần phải được
chuyển tới tất cả các node, làm cho chi phí của việc định tuyến tăng lên rất cao.
Định tuyến phân tán giúp nâng cao độ tin cậy của mạng, khi có một node hỏng,
việc định tuyến ở các node xung quanh cũng không bị ảnh hưởng. Thêm nữa, bảng
định tuyến tại mỗi node nhanh chóng được cập nhật hơn.
1.3.4. Định tuyến nguồn / từng bước
Các phương pháp định tuyến cũng có thể phân loại dựa vào cách tạo ra tuyến
đường. Nếu tuyến đường được xác định ngay từ ở node nguồn, các node trung gian trên
Trần Thanh Tú Lớp cao học §TVT – kho¸ 2003
19
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đố án tốt nghiệp cao học
đường đi chỉ làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin thì ta gọi là định tuyến nguồn (Source
routing hay Host-Intelligent). Còn nếu tuyến đường không được xác định ngay từ đầu,
mà được phân thành nhiều đoạn do các node khác nhau chọn, thì ta gọi là định tuyến
từng bước (Hop-by-Hop hay Router-Intelligent).
Theo phương pháp định tuyến nguồn, mỗi gói tin khi truyền trên mạng đều phải
mang theo toàn bộ thông tin về tuyến đường của mình. ở mỗi node chỉ việc căn cứ vào
thông tin này mà chuyển tiếp gói tin. Còn theo cách định tuyến từng bước, mỗi gói tin
chỉ cần mang địa chỉ đích là đủ. Do đó, tiêu để của gói tin sẽ bé hơn.
Định tuyến từng bước đáp ứng nhanh hơn với những thay đổi trong mạng
(những thay đổi này ảnh hưởng tới gói tin ngay khi gói tin đang được truyền trong
mạng). Nhưng đồng thời, định tuyến từng bước có thể làm cho các gói tin bị chuyển đi
theo vòng. Còn định tuyến nguồn đảm bảo gói tin sẽ đi thẳng tới đích.
1.3.5. định tuyến phân cấp và không phân cấp
Trong định tuyến không phân cấp, tất cả các node được coi là ngang hàng với
nhau. Trong khi đó, định tuyến phân cấp phân các node ra thành nhiều cấp khác nhau.
Các node thuộc các node khác nhau có những khả năng định tuyến thông tin khác
nhau.
Định tuyến phân cấp đơn giản hơn nhiều so với định tuyến không phân cấp, tuy
nhiên, kết quả không tốt bằng.
Trong định tuyến phân cấp, các node chỉ cần biết thông tin về các node đồng
cấp, cùng vùng, mà không cần biết cấu hình của mạng ở các vùng khác, cấp khác. Để
định tuyến sang một node ở vùng khác, nó chuyển công việc lên cho node cấp trên.
Trong định tuyến không phân cấp, bảng định tuyến ở mỗi node chứa thông tin
về tất cả các node trong mạng nó có thể tới. Do đó, cần phải có lượng bộ nhớ lớn hơn
để lưu trữ bảng định tuyến, đồng thời cũng cần nhiều đường truyền dành cho việc trao
đổi thông tin định tuyến giữa các node hơn. Ưu điểm của định tuyến không phân cấp là
nó có thể đáp ứng tốt với vấn đề xử lý lưu lượng, đối phó tốt với lỗi xảy ra, do đó nâng
cao được độ tin cậy của mạng. Trong khi đó, định tuyến phân cấp làm cho hoạt động
của mạng bị phụ thuộc vào các node cấp trên, nếu các node này hỏng, mạng sẽ bị tách
ra thành nhiều phần không liên lạc được với nhau.
Trần Thanh Tú Lớp cao học ĐTVT khoá 2003
20
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
Chương 2: Định tuyến trong một số mạng
điển hình
Trong mạng có kiến trúc phân tầng, tầng mạng (network layer) giữ nhiệm vụ
chuyển gói tin từ điểm nguồn đến điểm đích (end-to-end). Để thực hiện điều này, tầng
mạng phải biết được thông tin về toàn bộ cấu hình của mạng và chọn được con đường
phù hợp trong mạng.
Ta sẽ đi vào xem xét vấnđề định tuyến trong một số mạng cụ thể.
2.1. Định tuyến trong mạng Internet
2.1.1. Bộ giao thức TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP được đặt tên dựa theo hai giao thøc quan träng nhÊt cđa bé
giao thøc nµy: TCP (Transmission Control Protocol) và IP (Internet Protocol).
2.1.1.1. Vấn đề kết nối liên mạng
Mục đích chính khi thiết kế bộ giao thức TCP/IP là thực hiện kết nối các
mạng với nhau, hay gọi là kết nối liên mạng (internetwork hoặc internet), cung
cấp các dịch vụ viễn thông qua các mạng khác nhau. Cần phân biệt hai khái
niệm internet và Internet. internet có nghĩa là liên mạng còn Internet là
mạng Internet toàn cầu vẫn hay được nhắc đến. Internet là một internet.
Kích thước của mạng thường bị giới hạn bởi số lượng người sử dụng, bởi
khoảng cách vật lý. Việc kết nối liên mạng cho phép người sử dụng ở các mạng
khác nhau, ở những vị trí địa lý rất xa nhau có thể trao đổi thông tin với nhau.
Để thực hiện kết nối hai mạng lại với nhau, cần phải có một thiết bị kết nối
với cả hai mạng và có khả năng thực hiện chuyển tiếp gói tin từ mạng này tới
mạng kia; thiết bị này được gọi là bộ định tuyến (router). Cũng có khi, người ta
gọi là bộ định tuyến IP, bởi chức năng định tuyến là mét phÇn cđa giao thøc IP.
H2-1a chØ ra mét vÝ dụ về liên mạng. 1,2,3,4,5 là các mạng con; còn A, B, C,
D, E, F là các bộ định tuyến. Khi thực hiện định tuyến thông tin, các bộ định
tuyến cùng kết nối tới một mạng con được coi là kết nối trực tiếp với nhau
(H2-1b).
Các mạng được kết nối bởi các bộ định tuyến thường được gọi là các mạng
con (subnetwork), lý do là bởi chúng là một phần của mạng lớn bao gồm tất cả
chúng và các bộ định tuyến, chứ không phải là do chúng nhỏ, hay khác gì mạng
thông thường.
Trần Thanh Tú Lớp cao học §TVT – kho¸ 2003
21
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
H2-1: Internetwork
2.1.1.2. Phân lớp
Giống như tất cả các kiến trúc mạng khác, kiến trúc TCP/IP có kiểu phân lớp
(gồm 4 lớp, xem H2-2).
Appication
Application
Presentation
Session
Transport
Transport
Network
Network
Data Link
Network Interface
& Hardware
TCP/IP
Physical
Mô hình tham chiÕu OSI
H2-2: KiÕn tróc ph©n líp TCP/IP
Líp øng dơng (Application): Cung cÊp c¸c giao diƯn cho c¸c øng dơng.
Mét ứng dụng là một tiến trình của người sử dụng đồng hoạt động với
một tiến trình khác. Ví dụ về øng dơng cã thĨ kĨ ®Õn nh Telnet, FTP...
Líp vận chuyển (Transport): Lớp vận chuyển cung cấp khả năng truyền
dữ liệu đầu cuối tới đầu cuối. Giao thức lớp ứng dụng được sử dụng nhiều
nhất là TCP (Transmission Control Protocol), đưa ra khả năng truyền dữ
liệu hướng kết nối tin cậy (có báo nhận), có khả năng điều khiển lưu
lượng, điều khiển nghẽn. Một giao thức lớp ứng dụng khác là UDP (User
Datagram Protocol). Đây là một giao thức phi kết nối, không báo nhận.
Do đó, các ứng dụng dùng UDP làm giao thức vận chuyển cần phải tự
đảm bảo kết nối đầu cuối tới đầu cuối, điều khiển luồng, điều khiển tắc
Trần Thanh Tú Lớp cao học §TVT – kho¸ 2003
22
Kỹ thuật định tuyến trong mạng viễn thông
Đồ án tốt nghiệp cao học
nghẽn nếu yêu cầu. Thông thường, UDP được sử dụng bởi các ứng dụng
cần tốc độ truyền nhanh, mà lại chấp nhận bị mất một lượng nhỏ thông
tin.
Lớp mạng (Network): Lớp mạng tạo ra một mạng ảo cho các lớp trên,
chắn không cho các lớp trên thấy được cấu trúc của lớp vật lý bên dưới.
Giao thức IP (Internet Protocol) lµ giao thøc quan träng nhÊt cđa lớp
mạng. Đây là một giao thức phi kết nối. IP không hỗ trợ truyền dẫn đáng
tin cậy, điều khiển luồng, hay xử lý lỗi.
Lớp giao diện mạng (Network Interface): lớp giao diện mạng, hay còn
được gọi là lớp liên kết dữ liệu, là giao diện với phần cứng mạng. Bộ giao
thức TCP/IP không chỉ ra giao thức nào được sử dụng ở đây, nhưng có
thể sử dụng bất kỳ giao diện mạng nào, điều này cho thấy sự linh hoạt
của lớp mạng.
2.1.1.3. Bộ định tuyến (Router)
Liên mạng
Phía phát
Phía thu
Application
Transport
Network
Network Interface
& Physical
Application
Transport
Network
Network Interface
& Physical
Router
Network
Network Interface
& Physical
Mạng con
Mạng con
H2-3: Bộ định tuyến (Router)
Các bộ định tuyến (router) làm nhiệm vụ kết nối các mạng ở lớp mạng, và
thực hiện chuyển gói tin giữa các mạng (H2-3). Chúng phải biết được cấu trúc
địa chỉ lớp mạng, và phải quyết định cách thức, hướng truyền các gói tin. Khi
thực hiện định tuyến truyền cho gói tin, bộ định tuyến tiến hành đọc địa chỉ đích
của gói tin và định tuyến truyền dựa vào bảng định tuyến. Các bộ định tuyến có
khả năng chọn ra ®êng trun tèt nhÊt cịng nh chän kÝch thíc gói tin phù
hợp nhất.
Trần Thanh Tú Lớp cao học §TVT – kho¸ 2003
23
