Thiết kế mạng với đường truyền ngắn nhất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - V T THI T K V I ĐƯỜNG TR T ẠNG N NG N NH T LUẬN VĂN THẠC SĨ K THUẬT C N N H TH N T N Hà Nội - Năm 2014 Chuyên ngành: Công nghệ thông tin BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - V T THI T K V I ĐƯỜNG TR T ẠNG N NG N NH T LUẬN VĂN THẠC SĨ K THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ thông tin N ƯỜ HƯỚN DẪN KHOA HỌC: PGS.TS: Nguyễn Đức Nghĩa Hà Nội - Năm 2014 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I : BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠNG VỚI ĐƢỜNG TRUYỀN NGẮN NHẤT 1.1 Bài toán thiết kế mạng với đường truyền ngắn 11 n n Đ ều o n 11 o n n 16 Định tuyến tối thiểu-Hop so với mạng trễ: M t CHƢƠNG : M H NH QU HOẠCH NGU minh họa 19 N H N H P MIP CHO BÀI TOÁN Đ NH TU ẾN ĐƢỜNG TRU ỀN NGẮN NHẤT VỚI RÀNG BU C Đ TRỄ CỦ LI N 2.1 N i un ẾT 23 i to n đ n tuyến đườn truyền n ắn n ất với r n u đ tr li n kết 23 n i to n đ n tuyến đườn truyền n ắn n ất với r n u đ tr li n kết 25 ts ướn tiếp nx y n t u t to n đ i i i to n I 27 Đ ều chỉnh trọn lượng (WA) 28 2.3.2 Mô luyện kim (SAN) 29 2.3.3 Nới lỏng Lagrange (LR) dựa cách tiếp cận kép 30 CHƢƠNG 3: THU T TOÁN NHÁNH C N ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN MIP 34 đ t n qu t u t to n t u t to n n n n 34 n -Doig i i quy oạ n uy n tuyến t n 37 CHƢƠNG : CÀI Đ T VÀ TH C i đặt n n tr n tr n NGHIỆM 43 tl i i toán quy hoạch tuyến t n n uy n p t o t u t toán nhánh c n 43 Giới t i u 4.2.1 m intlinpro tr n tl 47 p p 47 4.2.2 Mô t 47 423 48 KẾT LU N 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 LỜI CẢM ƠN T i xin o yt l n m ytn o H i n lu n v n t iết n s u sắ tới G i nC n iđ n ướn in v n t n t n n qu n t m o, m n - ruyền n - rườn ại o t i tron su t qu tr n t kiến đ n p qu u y, t i o n t n lu n v n n y i xin n i un , v nt n i nC n ạy truyền đạt ot in m n n n kiến t y, C in v i o rườn ruyền ại o n n i ri n đ t n t n , kin n i m qu u tron su t n i n n n m qu i xin nt n m n i đ n , n ười t n đ ất l n tin t n i p t i y n t m t uy n v n i n lu n v n i n ết l n u tron qu tr n tr v t t pv LỜI C M ĐO N i- y, ại vi n lớp o H n t n t i ưới s n C v n in v iướn ruyền o C n n t n tin k m kết lu n v n t t n i p l qu tr n n i n n G uy n n , ại o H kết qu n u tron lu n v n t t n i p l trun t ất k rườn - u i nC n i ,k n s o p lu n n tr n n o k n H vi n: ớp: C o n n m2 y C - 2012A D NH MỤC CÁC H NH Hình 1.1 Minh họa quy tắc tách luồng ECMP 12 Hình 1.2 So sánh chức Fortz-Thorup Chức M/M/ chi phí liên kết (hiển thị cho c e =1) 18 Hình 1.3 Bốn-nút mạng "kim cƣơng" với ví dụ để minh họa "nghịch lý" hành vi gói gói mạng 19 D NH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Thuật ngữ tiếng anh Đề xuất tiếng việt Viết tắt Open Shortest-path fist đườn n ắn n ất đ u ti n OSPF Called equal-cost multi-path n đư n ECMP ip đ đườn Interme-diate system to Interme-diate system H t n trun i n n y đến t n trun i n k Internet Protocol Gi o t int rn t Transmission Control Protocol Gi o t điều k i n truyền Demand volume units n v k i lư n y u Link capacity units nv Branch-and-cut Branch-and-bound Mixed integer programming Simulated annealing Lagrangian relaxation IP u n TCP DVU n suất li n kết LCU i tin tr n i y PPS p tr n tuyến t n LP Packets per second Linear programming IS-IS n v Nhánh BC n BB p tr n s n uy n p n luy n kim ới l n Lagrang n p MIP SAN LR LỜI NÓI ĐẦU Các thu t toán đường truyền ngắn đ đư c giới thi u cơng trình c a Bellman, Ford Dijkstra t nh n n m 95 S khác bi t gi a hai thu t toán Bellman-Ford Dijkstra cách sử dụng đườn ngắn đ chuy n thơng tin c n thiết đến máy tính Trong b i c nh mạng chuy n mạ tuyến, đặc bi t thu t toán c a Bellman-For đ t đ nh tuyến theo vector kho n i v Int rn t đ nh đẩy s phát tri n c a giao th c , tron k i đ t u t toán c Dijkstr đ mở đường cho s r đời c a giao th c đ nh tuyến thông báo trạng thái liên kết [Hui00] Lu n v n n y t p trun v o đến i ot i ot t đ n tuyến s u k i n đư mở đườn n ắn n ất đ u ti n (O n trung gian khác (IS-IS) - l n t i to n t iết kế mạn ( D s) li n qu n đ n tuyến p n sử ụn p F) v i ot t iến n s tri n k i n trun i n n y đến Int rn t tron n i miền giao iến n ất ườn đ nh tuyến đ i ng ngắn c a cơng suất lưu lư n đ - hàng hóa c n bao g m vi ưu t m n t n o li n kết mạng với vi th ng tr n lư ng liên kết C hai loại đ ng thời tái t i i to n khác đ i tác c n tron tron trường h p đườn đ nh tuyến ngắn tr ng liên kết (x đ nh nhu c u dòng ch y) mà biến đ nh, ch khơng ph i dịng u i to n n y đ n n đư c s c u Internet nh n n m đ n k cho vi c nghiên c u đ nh tuyến nđ y ron lu n v n n y m xin đề p to n t iết kế (li n qu n đến t i ưu đ n tuyến O yếu vi x y n v F / I -IS u n v n t m đườn đ n tuyến n ắn n ất, x m x t (MIP) đư đề o ụ o m4 n : Chƣơng “Bài toán i to n li n qu n đến mụ ti u t i ưu Chƣơng k o s t m v m qu p n p p i to n k n quy oạ i to n đ n tuyến đườn truyền n ắn n ất với r n p tron C n i t n tr n lư n ) đườn truyền n ắn n ất t iết kế mạn với đườn truyền n ắn n ất” iới t i u n n ym tv i i n u v tr n n uy n u đ tr t n p li n kết sử ụn đ i i Chƣơng tr n yp n p pn n v n to n n n i to n m t tron n tr n nđ i i i i tl , iới t i u i to n i to n m n nđ i i Chƣơng tr n n s n tr n tl i to n y i đặt t u t to n sử ụn t u t to n n n I v n u m t s kết qu t n to n t o t u t to n I I l m i đặt đ CHƢƠNG I : BÀI TOÁN THIẾT Ế MẠNG VỚI ĐƢỜNG TRU ỀN NGẮN NHẤT uy n tắ i i s đ n tuyến n ắn n ất tron mạn n đ n tron vi tính i u qu t tính i u qu đư t n đến t (v vi đạt đư , tron đ chi phí Nút s đo i n đư tiếp t o ip ip iến lư (lưu lư n ) o , vi t n i ot o n trườn o s đo tron t i li n kết n đư p np t li n kết), đư i ot C nl t p i l rạn pn t đườn metric đư p iết đến li n kết m tri tn s ip ụn đ n tuyến trun đ n (tất đ li n kết n đư n Dijkstra li n kết m tri t li n kết đư tt tr n lư n li n kết ằn p n t đườn đ n tuyến o tất ệ ốn rọn lượn l ên kế i n đ n tuyến trạn o m i li n kết tron mạn ệ ốn l ên kế metric oặ t kế nố n n ắn n ất OSPF IS-IS sử ụn m t s p i n tr n kết n i) tạo r li n kết ụ t t u t to n đ n tuyến đườn n ắn n ất cho vi n t, ế đ n tuyến tr n li n mạng tràn toàn trạn t i t i t n to n v t yđ i i t n qu m t c i l trạn t i kết n i tron m t i o t i m t n t n n đư đ p n đ o t hop n m t tr n lư n vơ ạn), p OSPF, tr n n p tới tất mạn n y t ườn đư ằn s đo n đ n tuyến n i n ười k ởi tạo (v ụ, n t m m t li n kết k n đư t tn li n kết, v sử ụn đườn đ n n t yđ im t s đo li n kết (m t t n tin k o m i li n kết tron i) đư lưu tr tron iv m tl đ n tuyến p sử ụn đ n tuyến đườn (đ sử ụn m đến k o m i m đến tạp v đ n tuyến ằn đườn với ụ, k i m t li n kết t ất ại, s u đ n đư n t đư i n đ n tuyến p i đ n đến tới m t n t ằn iđ tuyến n ắn n ất tới n đ n m t s đo mạn , v đ n tuyến t t i i n ằn cách phân p i, k n qu n iều đườn truyền n Ý tưởn l đ n ắn n ất vi đườn truyền Ưu m n ắn n ất l n tạp o nđ i i i l tính k tế p il iến l sử ), oặ n i u D l miền ướ i to n n ị Gi i đư ấp n n đư i to n quy oạ n uy n tuyến tư n ưn với i to n đ ot tm n t i ưu l x0 = (3/2,5/2) ặt f   , P = {P0} p n ướ = {P0} t i to n P0 , t p n n t i ưu i to n quy oạ tuyến t n n với n l : x0 = (3/2,5/2) tư n n oạ t pDr t n t p D1,D2: D1 = { x  D: x1 ≤ }, D2 = { x  D: x1  }, t u đư i to n quy oạ tuyến t n tư n n l P1, P2 n n ưới o P1 t t u đư p n n x1 = ( , / ) v i tr n ưới n n ưới o P2 t t u đư p n n x2 = ( , / ) v i tr n ưới l - 5/2 l - 7/2 ặt P = P \ P0  { P1,P2 } ướ P = { P1,P2 } C n P2 l t p to n quy oạ n ưới n p n n t i ưu i n với n l x2 = (2,3/2) tuyến t n tư n n oạ nđ x t t p D2 r t n t p D3 , D : D3 = { x  D2: x2 ≤ }, D4 = { x  D2: x2  }, t u đư i i to n quy oạ n uy n tuyến t n tư n n n ưới o P3 t t u đư n n ưới o P4 t t p n n l P3,P4 n x3 = (9/4, ) v i tr n ưới l -13/4 l k n p n ặt ướ 3: n i to n quy oạ ấp n n đư P = P \ P2  P3 = { P1, P3 } 41 tuyến t n tư n n với n C n P3 l t p to n quy oạ n ưới n p n n t i ưu i n với n l x3 = (9/4,1) tuyến t n tư n n oạ nđ x t t p D3 r t n t p D5 , D : D5 = { x  D3: x1 ≤ }, D6 = { x  D3: x2  }, t u đư i n đ n l - n ưới o P5 t t u đư n ưới p n Do k i o P6 t t n p n n ưới n s n x5 = ( , ) v n k lụ tư n i to n quy oạ i tr n ưới n l x = (2,1) tuyến t n tư n i to n P1 l -5/2 > f = - n n t loại đư i to n n với n nx t ,t l l n y i to n P1 = { P3 } P = P \ P3 = ướ u t to n kết t Do f = -3 <  n n đ y n t i ưu n P5,P6 ấp n n đư ặt p n n uy n tuyến t n tư n n lại i tr k lụ : f = - , p n n k n i to n quy oạ n l i tr t i ưu n 42 i to n v x = ( , ) l CHƢƠNG : CÀI Đ T VÀ TH oạ C n n y tr n y i đặt n uyên n ụn v o vi n pv truyền n ắn n ất vớt r n Cài ặt ch u NGHIỆM n tr n tr n đ tr i i tl i to n đ i i i to n qui i to n đ n tuyến đườn li n kết ng tr nh tl gi i ài toán qu ho ch tu ến tính nguyên h n h p theo thu t toán nhánh c n x y t n n uy n I ) n p n ( ix i i tron tron i đặt l n Int r i to n qui oạ Matlab linprog.m ụn đ m IP1 tr n tl đ i i i to n qui oạ in r ro r mmin ro l ms – viết tắt l tuyến t n , t sử ụn ỹ t u t uy t n( r n y lời i i l it i n mI n oun m kiếm t o ạn [x,val,status]=IP1(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub,M,e) th c hi n vi c gi i i to n I s uđ y f*x với điều ki n A*x