CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN.Khái niệm và phân loại

Các giao thức định tuyến Khái niệm, phân loại PGS Trương Diệu Linh Bộ môn Truyền thông & Mạng máy Jnh 5/8/17 Mục lục Ø Định tuyến Ø Phân loại các giao thức định tuyến Ø Các giải thuật định tuyến Ø Kết luận 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Chức năng chính của tầng mạng (network layer) là vận chuyển dữ liệu giữa các cặp nút khơng liền kề Từ đó có 2 nhiệm vụ: –  chọn đường cho các dữ liệu giữa các máy/ thiết bị đầu cuối –  Chuyển jếp dữ liệu theo đường đi đã chọn •  Việc chọn đường được thực hiện bởi các roujng protocol –  Roujng protocol Jnh đường đi bằng các thuật tốn chọn đường –  Kết quả Jnh tốn được lưu trong các router phục vụ q trình chuyển jếp dữ liệu jếp theo •  Việc chuyển jếp dữ liệu được thực hiện bởi các routed protocol –  Chuyển jếp dữ liệu giữa các cổng của router theo đường đi đã được xác định ở trên •  Định tuyến được nghiên cứu trong mạng máy Jnh, viễn thơng, giao thơng vận tải cũng như trong các bài tốn phân phối tài ngun nói chung 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routed protocol) Hình 1: Giao thức định tuyến, IP protocol 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routing protocol) Hình 2: Giao thức định tuyến, RIP, IGRP 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routing protocol) –  Giao thức định tuyến được dùng trong khi thực hiện giải thuật/ thuật tốn định tuyến để trao đổi thơng jn giữa các mạng, cho phép các router xây dựng bảng định tuyến một cách linh hoạt •  Thu thập thơng jn mạng: topo, tài ngun •  Trao đổi dữ liệu giữa các nút trong q trình Jnh tốn đường đi •  Thiết lập bản định tuyến –  Các giao thức/ giải thuật định tuyến thường được thực thi bởi các router –  Một số ví dụ về các giao thức định tuyến trên mạng Internet là RIP, IGRP, OSPF, BGP, và EIGRP –  Một số ví dụ về các giao thức định tuyến trên mạng mobile wireless ad hoc networks là AODV, DSR, OLSR 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản u Thiết bị định tuyến - Mô hình chức routers: Hình 8: Mơ hình chức routers 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản u Thiết bị định tuyến - Mơ hình chức routers: ü Packet Forwarding: ü Khi nhận gói tin tới, router kiểm tra gói tin xem có lỗi khơng? ü Nếu khơng lỗi, kiểm tra header gói tin để lấy địa thiết bị đích ü Đối chiếu bảng định tuyến để đưa định chuyển tiếp gói tin ü Routing Protocol Message Processing: ü Xử lý gói tin liên quan tới giao thức/ giải thuật định tuyến có thay đổi topology mạng để cập nhật lại bảng định tuyến ü Specialized Services (dịch vụ riêng): ü Trong số trường hợp routers trang bị thêm số dịch vụ riêng để theo dõi/ quản trị mạng Ví dụ dịch vụ ACL (Access List Control) Cisco IOS 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản u Bảng định tuyến (routing tables): Hình 9: Ví dụ bảng định tuyến 5/8/17 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản u Bảng định tuyến (routing tables): u Routers sử dụng giao thức định tuyến để xây dựng, cập nhật trì thơng tin bảng định tuyến u Các thơng tin thông thường gồm: ü  Protocol type - đặc tả giao thức định tuyến sử dụng để xây dựng phần tử bảng định tuyến, ü  Next-hop associations - Thông tin router sử dụng chức chuyển tiếp gói tin ü  Routing metric sử dụng làm đơn vị cho tiêu chí định tuyến ü  Ví dụ RIP sử dụng hop count làm đơn vị định tuyến ü  IGRP sử dụng băng thông, tải, trễ, đơn vị tin cậy để tạo đơn vị định tuyến riêng 5/8/17 10 Phân loại giao thức định tuyến u Cấu hình định tuyến tĩnh Linux: ü Chúng ta cần cấu hình định tuyến tĩnh, thêm thông tin vào bảng định tuyến để ping tới dãy địa 192.168.3.X từ dãy địa 192.168.1.X Điểm nối mạng subnet gateway có địa 192.168.1.10 ü Do mạng subnet 192.168.1.*, router cấu hình định tuyến tĩnh sau: ü Cấu hình máy trạm thuộc subnet 192.168.1.X: •  $ route add default gw 192.168.1.10 ü Cấu hình router gateway nối với subnet 192.168.1.X sau: •  $ route add -net 192.168.3.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.3.10 5/8/17 16 Phân loại giao thức định tuyến u  Định tuyến động thường sử dụng loại giải thuật định tuyến: ü  Distance-vector: ü  Thực tính đường giải thuật Bellman ford ü  Tính tốn phân tán ü  Từng nút mạng khám phá dần đường tốt cách trao đổi bảng định tuyến tạm thời với nút xung quanh ü  Link-state: ü  Mỗi nút thu thập thông tin liên kết với nút khác để xây dựng đồ thị mạng ü  Mỗi nút sử dụng giải thuật Dijkstra tự tính đường ngắn đến đinh xây dựng bảng định tuyến 5/8/17 17 Phân loại giao thức định tuyến •  Hệ tự trị (autonomous system): •  Internet hình thành từ số lớn hệ tự trị/ vùng/miền, hệ tự trị dùng giao thức định tuyến riêng bên trong, •  Giao thức định tuyến hoạt động bên hệ tự trị gọi giao thức định tuyến nội vùng (interior gateway protocol) •  Giao thức định tuyến hoạt động hệ tự trị gọi giao thức định tuyến liên vùng (exterior gateway protocol) 5/8/17 18 Phân loại giao thức định tuyến u Phân loại theo phạm vi u Định tuyến nội vùng ü EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol ü IGRP: Interior Gateway Routing Protocol ü IS-IS: ISO IS-IS & OSPF: Open Shortest Path First u Định tuyến liên vùng u BGP: Border Gateway Protocol Hình 15: Phân loại giao thức định tuyến 5/8/17 19 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến không phân cấp ü Xác định đường từ đầu đến cuối u Định tuyến phân cấp ü Định tuyến mạng đa miền ü Xác định danh sách miền cần qua trước ü Xác định đường cụ thể miền sau 5/8/17 20 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Giảm kịch thước mạng giảm kích thước bảng định tuyến, giảm lượng thông tin trao đổi, tăng tốc độ hội tụ ü Do đó, cần phải có phân cấp việc chọn đường (giống mạng điện thoại) ü Các routers chia thành miền (region/ domain/area ) ü Mỗi router biết tất chi tiết cách chọn đường vùng khơng (cần) biết thông tin region khác, ü Các liên mạng kết nối với xem vùng (region), 5/8/17 21 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Một vấn đề đặt mạng nên phân cấp mức? ü Kamou & Kleinrock (1979) với liên mạng có N subnets mức phân cấp tối ưu lnN ü Ví dụ: ü Một liên mạng bao gồm 720 mạng con, với giao thức định tuyến động bình thường, cần 720 thơng tin (entry) định tuyến cho router Nếu liên mạng chia làm 24 vùng khác với vùng bao gồm 30 routers, router cần 30 routing entries cho 30 routers region 23 routing entries cho định tuyến ngoại vùng 5/8/17 22 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Ví dụ chọn đường phân cấp với vùng khác nhau: 5/8/17 23 Phân lọai giao thức định tuyến u Định tuyến nguồn (source routing) ü Nguồn gửi liệu đặc tả đường liệu ü Cho phép nguồn lựa chọn đường tốt số tất khả ü Cho phép nguồn bắt buộc gói tin theo đường, thuận tiện quản lý chất lượng ü Sử dụng nhiều mạng chuyển mạch kênh Ví dụ SONET, WDM u Định tuyến hop-by-hop ü Các nút mạng trung gian (router) định đường liệu tùy thuộc trạng thái mạng địa đích ü Sử dụng nhiều mạng chuyển mạch gói VD: Internet 5/8/17 24 Phân lọai giao thức định tuyến •  Phân loại theo đích: –  Anycast: muljcast:1nguồn–1 nhóm đích broadcast –  Unicast 5/8/17 25 Phân lọai giao thức định tuyến u  Anycast: ü  Dữ liệu từ nguồn chuyển đến nút gần (về mặt topo) số nút nút nhận ü  Tất nút nhận nhóm có địa u  Unicast: ü  Mỗi địa đích tương ứng với nút nhận ü  Dữ liệu từ nguồn gửi tới nút u  Multicast: ü  Một địa tương ứng với nhóm nút ü  Nút nguồn gửi liệu đồng thời cho nhiều nút đích q trình truyền nhận u  Broadcast: ü  Dữ liệu truyền từ nguồn đồng thời đến tất đích 5/8/17 26 Phân loại giao thức định tuyến u Broadcast: ü Cách thực •  Gửi liệu riêng rẽ đến người nhận: n-unicast –  Tốn băng thơng •  Sử dụng mạng để tạo phân phối •  Vận chuyển gói tin đến đích theo khung từ gốc 5/8/17 27 Phân loại giao thức định tuyến •  Muljcast –  Sử dụng cây khung đến nhóm các nút đích để phân phối dữ liệu 5/8/17 28 Phân loại giao thức định tuyến •  Phân loại theo mạng: Các giao thức mang đặc trưng của mạng –  Mạng quang: •  Thường dùng chuyển mạch kênh è định tuyến nguồn •  Mỗi kết nối dùng một bước sóng từ đầu đến cuối •  Định tuyến cho các kết nối bao gồm ˆm đường đi cho kết nối và gán bước sóng cho nó –  Mạng sensor •  Đặc trưng mạng là hạn chế về năng lượng, các nút mạng lúc on/off •  Giải thuật định tuyến phải đơn giản, hạn chế đường đi qua nhiều nút •  Vấn đề phát hiện hàng xóm –  Mạng di động 5/8/17 •  Các nút mạng khơng cố định, topo biến đổi thường xun 29 Phân loại giao thức định tuyến •  Phân loại theo chất lượng dịch vụ –  Định tuyến có dự phịng: •  Địi hỏi mỗi kết nối phải có 1 đường đi dự phịng •  Vấn đề để dành tài ngun dự phịng –  Tài ngun dành riêng, tài ngun chia sẻ •  Đường đi chính và dự phịng khơng hỏng đồng thời •  Trường hợp một lỗi, nhiều lỗi đồng thời •  Dễ dẫn đến bài tốn NP-khó –  Định tuyến đảm bảo băng thơng •  Băng thơng dọc theo mọi liên kết phải được đảm bảo đủ theo u cầu •  Định tuyến phải Jnh đến tài ngun đang có và có chính sách “đặt chỗ” –  Định tuyến đảm bảo độ trễ tối đa •  Độ trễ từ đầu đến cuối khơng vượt q một ngưỡng •  Định tuyến theo ràng buộc tổng (addijve constraint) –  Định tuyến đảm bảo cân bằng tài nguyên 5/8/17 30