Các giao thức định tuyến. Các giải thuật định tuyến. PGS. Trương Diệu Linh. Bộ môn Truyền thông & Mạng máy Tính

Các giao thức định tuyến Các giải thuật định tuyến PGS Trương Diệu Linh Bộ môn Truyền thông & Mạng máy Gnh 1/22/18 Các giải thuật tìm đường u Link-state: Dijkstra u Distance vector: Bellman Ford u Flooding u Giải thuật tìm đường phân cấp u Giải thuật tìm hai đường phân biệt Suurball u Giải thuật Prim-Dijktra u Định tuyến cho trạm di động u Định tuyến mạng Ad-hoc 1/22/18 Các giải thuật định tuyến u Thuật toán định tuyến/ tìm đường phận tầng mạng có nhiệm vụ định đường ra/ vào gói tin truyền lên đó, u Thuật tốn tìm đường địi hỏi tính chất sau: ü Tính xác, ü Tính đơn giản, ü Khả mở rộng ü Tính ổn định, ü Tính cơng tối ưu 1/22/18 Cây đường ngắn - SPT u v x w z y v w u z x y u  SPT – Shortest Path Tree u  Các cạnh xuất phát từ nút gốc tới u  Đường từ nút gốc tới nút v, đường ngắn nút gốc nút v u  Mỗi nút có SPT riêng nút Các giải thuật tìm đường u Tìm đường từ nguồn đến tất nút khác thường dựa khung u Cây khung có gốc nguồn qua tất đỉnh đồ thị u Nguyên tắc tối ưu giải thuật tìm đường: ü Cây khung tối thiểu: tổng trọng số ü Một khung tối thiểu khơng phải ü Một khung tối thiểu không chứa vòng lặp nào, 1/22/18 Biểu diễn mạng đồ thị u Đồ thị với nút (bộ định tuyến) cạnh (liên kết) u Chi phí cho việc sử dụng liên kết c(x,y) ü Băng thơng, độ trễ, chi phí, mức độ tắc nghẽn… u Giả thuật chọn đường: Xác định đường ngắn hai nút u v x w z y Các giải thuật tìm đường kiểu linkstate: Dijkstra u  Giải thuật chọn đường ngắn Dijkstra (1959): ü  Thuật toán Dijkstra, mang tên nhà khoa học máy tính người Hà Lan Edsger Dijkstra, thuật toán giải toán đường ngắn nguồn đơn đồ thị có hướng ü  Thuật tốn thực tìm đường từ đỉnh đến tất đỉnh lại đồ thị có trọng số khơng âm ü  Thuật tốn Dijkstra bình thường có độ phức tạp m số cạnh, n số đỉnh đồ thị xét ü  Để minh họa giải thuật tìm đường, thơng thường người ta ký hiệu N số nodes mạng, i j nhãn node mạng 1/22/18 Dijkstra l  l  l  l  l  l  Ký hiệu: G = (V,E) : Đồ thị với tập đỉnh V tập cạnh E c(x,y): chi phí liên kết x tới y; = ∞ nút kế d(v): chi phí thời đường từ nút nguồn tới nút đích v p(v): nút trước nút v đường từ nguồn tới đích T: Tập nút mà đường ngắn xác định Dijkstra u Init(): Với nút v, d[v] = ∞, p[v] = NIL d[s] = u Update(u,v), dó (u,v) u, v cạnh G if d[v] > d[u] + c(u,v) then d[v] = d[u] + c(u,v) p[v] = u Dijkstra Init() ; T = Φ; Repeat u: u ∈ T | d(u) bé ; T = T ∪ {u}; for all v ∈ neighbor(u) v ∉T update(u,v) ; Until T = V 10 Chọn đường cho thiết bị di độngMobile IP u  Mỗi thiết bị di động có home location u  Tồn khơng gian chia thành vùng (area) u  Mỗi vùng có foreign agent, quản lý thiết bị đến thăm vùng ü  Mỗi vùng có home agent quản lý thiết bị vùng di chuyển thăm vùng khác ü  Khi thiết bị di động vào vùng thiết bị di động phải đăng ký với foreign agent (hoặc base station), thủ tục đăng ký thông thường sau: 1.  Foreign agent quảng bá định kỳ gói tin báo hiệu tồn Các thiết bị đầu cuối di động tóm gói tin này, ngược lại gửi gói tin báo hiệu, “Có foreign agent vị trí khơng”, 2.  Host di động đăng ký với foreign agent để cung cấp địa thủ tục xác thực, 3.  Foreign agent liên lạc với home agent để xác thực thông tin nàt 4.  Home agent kiểm tra thơng tin bảo mật, sau báo hiệu ngược với foreign agent 5.  Foreign nhận thông báo từ Home agent, thơng báo cho host di động xác thực thủ tục hoàn tất cho phép việc kết nối thực thi với host di động 1/22/18 50 Chọn đường cho thiết bị di độngMobile IP ü Khi gói tin gửi đến thiết bị động, gói tin định tuyến đến vùng home thiết bị ü Home agent xác định địa foreign agent quản lý thiết bị di động ü Home agent đóng gói lại gói tin, gửi cho foreign agent ü Foreign agent chuyển gói tin cho thiết bị nhận ü Home agent gửi cho người gửi địa foreign agent 1/22/18 51 Chọn đường cho thiết bị di độngMobile IP Hình 32: Thủ tục chọn đường cho gói tin di động 1/22/18 52 Chọn đường cho thiết bị di độngMobile IP •  Q trình truyền ngược từ thiết bị di động đến 1 host khác •  Thiết bị di động gửi về Foreign Agent –  Với địa chỉ nguồn khơng thuộc Foreign Network, gói an có thể bị lọc mất trong mạng •  Foreign Agent gửi theo cơ chế đường ngầm về Home Agent (đóng gói lại) •  Home Agent gửi đến host đích 1/22/18 53 Chọn đường cho thiết bị di độngMobile IP Reverse Tunneling HA MH home network Internet sender FA CH receiver 1/22/18 foreign network MH sends to FA FA tunnels packets to HA by encapsulation HA forwards the packet to the receiver (standard case) 54 Giải thuật tìm đường mạng adhoc ü MANET = Mobile wireless ad-hoc network= Mạng tùy biến không dây ü MANET tập hợp nút mạng có khả nối không dây với không theo hạ tầng định sẵn ü Mỗi nút vừa hoạt động nút đầu cuối (host) vừa thiết bị chuyển tiếp liệu (router) ü Lựa chọn nút chuyển tiếp liệu dựa tình trạng kết nối mạng ü Topo mạng ad-hoc nói chung động, chuyển động nút, xuất nút việc nút cũ rời khỏi mạng ü Các nút mạng phải thường xuyên khám phá topo: nghe thông báo xuất nút khác, thông báo xuất thân ü Các giao thức định tuyến kế thừa giải thuật định tuyến truyền thống tối ưu/ thay đổi để phù hợp với đặc điểm mạng ad-hoc 1/22/18 55 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc u  Các giao thức thiết kế cho mạng ad hoc cần đảm bảo tiêu chí sau: ü Thích ứng nhanh topo mạng thay đổi ü Trong trường hợp nút mạng di chuyển nhanh, giao thức hoạt động theo chế tập trung giảm hiệu rõ rệt phải tốn nhiều thời gian để thu thập thông tin trạng thái phát tán lại cấu hình mạng thay đổi khác rồi, ü Đảm bảo hiệu môi trường truyền nút đứng yên, ü Các gói tin khơng bị lặp gây nên tượng tắc nghẽn, hao hụt băng thông mạng tài nguyên nút mạng ad hoc thường hạn chế, ü Bảo mật gói tin: ü truyền dẫn mơi trường khơng dây dễ nguy bị công phương pháp xâm nhập đường truyền, phát lại, thay đổi gói tin tiêu đề, điều hướng thơng điệp định tuyến 1/22/18 56 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc 1/22/18 57 Giải thuật žm đường cho mạng Adhoc •  Table driven (proacave) rouang –  Các nút định tuyến dựa trên bảng định tuyến được lưu và cập nhật thường xun tại các nút •  On demand (reacave) rouang –  Thực hiện žm đường khi có u cầu vận chuyển dữ liệu và được thực hiện tại nguồn (source rouang) 1/22/18 58 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc •  Table driven (proacave) rouang –  Bảng định tuyến duy trì một danh sách các đích và đường –  Thơng an topo mạng thường xun được trao đổi giữa các nút mạng để duy trì hình ảnh cập nhật về topo –  Các giao thức loại này khác nhau về: •  Loại thơng an trao đổi giữa các nút •  Cách các thơng an được trao đổi giữa các nút mạng –  Nhược điểm •  Lượng dữ liệu phải duy trì •  Phản ứng chậm với sự thay đổi cấu trúc mạng và lỗi •  OLSR, DSDV 1/22/18 59 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc •  On demand (reacave) rouang –  Khi một nút nguồn muốn gửi thơng an đến 1 nút đích, nó mới khởi động q trình žm đường •  Gửi gói an Route Request đi tồn mạng –  Nhược điểm: •  Độ trễ để žm kiếm đường đi lớn •  Q nhiều gói an trên mạng khi u cầu đường đi –  AODV, Dynamic source rouang … 1/22/18 60 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc •  Hybrid (proacave, reacave) rouang: –  Một số đường đi triển vọng được chuẩn bị sẵn theo kiểu proacave –  Với những u cầu từ những nút mạng mới, đường đi được žm kiếm theo kiểu reacave •  Các giao thức phân cấp –  Lựa chọn hình thức định tuyến proacave hay reacave tùy theo độ sâu của các nút mạng –  VD: Cluster based rouang 1/22/18 61 AODV –  AODV: Ad hoc On-Demand Distance Vector Rouang (RFC 3561) –  giao thức định tuyến phổ biến mạng ad hoc, sử dụng gói tin route request, route reply để xây dựng thơng tin định tuyến Hình 34: Ví dụ tìm đường cho mạng ad hoc với giao thức AODV 1/22/18 62 AODV •  Mạng im lặng cho đến khi có một u cầu kết nối •  Nút cần truyền an phát gói an Route request broadcast tồn bộ mạng •  Các nút chuyển aếp gói an đồng thời lưu lại thơng an nút gửi •  Nếu nút chuyển aếp đã có đường đi đến đích, nút này gửi lại nguồn đường đi tạm thời •  Nút nguồn chọn đường đi ngắn nhất 1/22/18 63 Kết luận u  Các giao thức định tuyến với trọng tâm kế giải thuật tìm đường, xây dựng đường ngắn nhất, khung nhỏ Ford-Bellman, Dijkstra, Kruskal, Suurballe u  Các giao thức định tuyến khác chủ yếu do: ü  Môi trường, đường dẫn mạng khác ü  Topo mạng khác ü  Các thiết bị đầu cuối có đặc tả khác u  Các giao thức định tuyến nâng cao hướng đến: ü  Chất lượng dịch vụ (cost, bandwidth, delay, etc) ü  Bảo mật ü  Tiêu hao lượng/ tài nguyên sử dụng 1/22/18 64