Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Chương 8: Tìm đường trong mạng chuyển mạch cung cấp cho người đọc các kiến thức: Tìm đường trong mạng chuyển mạch mạch, tìm đường trong mạng chuyển mạch gói, các giải thuật tìm đường đi ngắn nhất. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu tham khảo phục vụ học tập và nghiên cứu.
dce 2008 Chương Tìm đường mạng chuyển mạch BK TP.HCM Tìm đường mạng chuyển mạch mạch Tìm đường mạng chuyển mạch gói Các giải thuật tìm đường ngắn dce 2008 Tìm đường mạng chuyển mạch mạch • Tìm đường – Tìm đường kết nối qua mạng node đầu cuối cho mạng sử dụng hiệu • Chức – Xác định kết nối từ thuê bao gọi đến thuê bao gọi qua loạt chuyển mạch trung kế • Các yêu cầu đặt vấn đề tìm đường – Hiệu • Xử lý tải mạng vào cao điểm • Giảm thiểu số lượng thiết bị mạng (node trunk) – Khả co giãn • Có trường hợp lưu thông mạng vượt tải thiết kế • Mạng phải đảm bảo khả hoạt động mức độ trường hợp Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu dce 2008 Tìm đường phân cấp • Static Hierachical Routing • Các chuyển mạch kết nối theo cấu trúc phân cấp (thông thường theo cấu trúc cây) – Đường hình thành từ node lên • Tăng tính co giãn – Các trung kế (trunk) kết nối thêm vào cắt ngang cấu trúc – Cung cấp đường thay • Tĩnh – Khơng thích nghi theo điều kiện thay đổi mạng – Mạng phải thiết kế để chịu tải nặng oversize – Cấu trúc tĩnh đáp ứng với lỗi Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu dce 2008 Tìm đường phân cấp FINAL Regional center FINAL HU (high-usage trunks) Sectional center FINAL Primary center FINAL Toll center Local (End) office tandem switch Alternate Hierarchical Routing Toll connecting Telephone Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu dce 2008 Tìm đường động • Tìm đường động (Dynamic Routing) – Cho phép thay đổi việc tìm đường tùy theo lưu thơng mạng – Dùng cấu trúc ngang cấp cho node mạng – Đường thiết lập hai thuê bao thay đổi tùy theo khả tải băng thông đường truyền thời điểm thiết lập kết nối – Phức tạp linh động • Một số phương pháp tìm đường động – Dựa vào thống kê biến động mạng (tải, băng thông, ) theo thời gian, cịn gọi Time-dependent Routing • Alternate routing – Dựa vào biến động mạng (tải, băng thông, ) để trao đổi cập nhật thơng tin tìm đường node mạng, từ tìm đường tối ưu cập nhật vào bảng routing node chuyển mạch mạng, gọi State-dependent Routing • Adaptive routing – Kết hợp hai phương pháp Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu dce 2008 Alternate routing • Các đường trạm (end office) liệt kê trước • Bộ chuyển mạch nguồn chọn lựa đường thích hợp • Các đường liệt kê theo thứ tự ưu tiên – Ưu tiên kết nối trực tiếp – Thứ tự ưu tiên dựa vào thống kê lưu thơng mạng – Fixed alternate routing • Thay đổi thứ tự ưu tiên đường theo thời điểm khác – Dynamic alternate routing Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu dce 2008 Tìm đường mạng chuyển mạch gói • Vấn đề phức tạp, định mạng chuyển mạch gói • Các đặc tính u cầu – Chính xác – Đơn giản – Mạnh mẽ (robustness) • Khả chuyển gói điều kiện lỗi q tải • Khơng gói khơng làm đứt virtual circuit – Ổn định • Hệ thống có khả thay đổi theo điều kiện mạng thường có xu hướng khơng ổn định đáp ứng chậm • Congestion oscillation – Cơng vs tối ưu • Một số hệ thống ưu tiên chuyển gói đến trạm gần • Tối ưu thơng lượng khơng cơng – Hiệu • Tìm đường địi hỏi phải tăng cường xử lý tăng cường lưu thông mạng • Chi phí cho tìm đường phải lợi ích (ví dụ tăng tính mạnh mẽ, cơng bằng) Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu dce 2008 Tiêu chuẩn đo tính hiệu • Là tiêu chuẩn dùng để chọn đường – Số chặng đường (hop) tối thiểu • Đơn giản • Tối thiểu việc sử dụng tài nguyên – Chi phí (cost) tối thiểu • Mỗi đường link gán chi phí • Chi phí – Data rate (tỉ lệ nghịch) – Delay gói xếp hàng (tỉ lệ thuận) Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu dce 2008 Chi phí đường Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 10 dce 2008 Thời điểm nơi định việc tìm đường • Thời điểm định – Trên sở mạch ảo gói – Datagram: định tìm đường thực riêng cho gói – Virtual circuit: định tìm đường thực lúc kết nối • Trong nhiều thiết kế, đường virtual circuit thay đổi theo điều kiện mạng • Nơi định – Node định tìm đường – Phân tán (Distributed) • Mỗi node tự định tìm đường – Tập trung (Centralized) • Nhiệm vụ tìm đường gán trước cho số node – Tại nguồn gởi (Source) • Nguồn gởi chịu trách nhiệm tìm đường • Cho phép người dùng chọn đường theo tiêu chí họ Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 11 dce 2008 Giải thuật Dijkstra 2 3 1 Lần chạy M 1,4 1,4,2 1,4,2,5 1,4,2,5,3 , , , , ,6 D2 2 2 2 Node Path 1–2 1–2 1–2 1–2 1–2 1–2 D3 4 3 Node Path 1–3 1–4–3 1–4–3 1–4–5–3 1–4–5–3 1–4–5–3 Data Communication and Computer Networks D4 1 1 1 Node Path 1–4 1–4 1–4 1–4 1–4 1–4 D5 ∞ 2 2 Node Path 1–4–5 1–4–5 1–4–5 1–4–5 1–4–5 D6 ∞ ∞ ∞ 4 Node Path 1–4–5–6 1–4–5–6 1–4–5–6 ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 26 dce 2008 Giải thuật Dijkstra Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 27 dce 2008 Giải thuật Bellman-Ford • Input – Đồ thị G(V, E) V tập đỉnh, E tập cạnh có trọng số – Đỉnh nguồn S: S ∈ V • Output – Đồ thị có chu trình âm → khơng tồn đường ngắn – Đường ngắn từ đỉnh nguồn S đến tất đỉnh lại • Ký hiệu – D(h)i: đường ngắn từ node nguồn S đến node i có tối đa h đoạn (link) – dij: trọng số cạnh nối từ node i đến node j dij = i trùng j dij = Eij i khác j Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 28 dce 2008 Giải thuật Bellman-Ford • Giải thuật – Bước 1: khởi động • D(1)N = dSN, ∀N ∈ V\{S} (đường ngắn từ S đến N có tối đa đoạn) 2 3 1 – Bước 2: cập nhật đường ngắn • D(h+1)N = {D(h)j + djN} ∀j ∈ V\{S} – Bước 3: lặp lại bước khơng có đường ngắn tìm thấy dừng – Kết D(h)N đường ngắn từ node nguồn S đến node N Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 29 dce 2008 Giải thuật Bellman-Ford 2 3 1 Lần Node chạy D(h)2 Path 1–2 2 1–2 1–2 1–2 Node D(h)3 Path 1–3 1–4–3 1–4–5–3 1–4–5–3 Node D(h)4 Path 1–4 1–4 1–4 1–4 Data Communication and Computer Networks Node D(h)5 Path ∞ 1–4–5 1–4–5 1–4–5 Node D(h)6 Path ∞ 10 1–3–6 1–4–5–6 1–4–5–6 ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 30 dce 2008 Giải thuật Bellman-Ford Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 31 dce 2008 Bài tập • Tìm đường ngắn từ node – Theo giải thuật Dijkstra – Theo giải thuật Bellman-Ford 2 3 4 Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 32 dce Correct? 2008 1 4 2 3 4 5 L M D2 N2 D3 N3 D4 N4 D5 N5 D6 N6 D7 N7 1 1-2 1-3 1-4 - - - - - 1, 1-2 1-3 1-4 1-3-5 - - 1-3-7 1, 3, 4 1-2 1-3 1-4 1-3-5 - - 1-3-7 1, 3, 4, 1-2 1-3 1-4 1-3-5 1-2-6 1-3-7 1, 3, 4, 2, 1-2 1-3 1-4 1-3-5 1-2-6 1-3-7 1, 3, 4, 2, 5, 1-2 1-3 1-4 1-3-5 1-2-6 1-3-7 1, 3, 4,2,5,7,6 1-2 1-3 1-4 1-3-5 1-2-6 1-3-7 Data Communication and Computer Networks - ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 33 dce Correct? 2008 1 4 2 3 4 5 h D2 N D3 N3 D4 N4 D5 N5 D6 N6 D7 N7 1-2 1-3 1-4 - - - 1-2 1-3 1-4 1-3-5 1-2-6 1-2-7 1-2 1-3 1-4 1-3-5 1-2-6 1-2-7 Data Communication and Computer Networks - - - ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 34 dce 2008 Bài tập • Tìm đường ngắn từ node A – Theo giải thuật Dijkstra – Theo giải thuật Bellman-Ford E B G A C D H F K Data Communication and Computer Networks J ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 35 dce 2008 Bài tập • Tìm đường ngắn từ node A – Theo giải thuật Dijkstra – Theo giải thuật Bellman-Ford 1 E A B 1 G C D H F K Data Communication and Computer Networks J ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 36 dce 2008 Dijkstra vs Bellman-Ford • Bellman-Ford – Việc tính tốn cho node n phải biết thơng tin chi phí liên kết node kề n chi phí tổng cộng từ node s đến node kề node n [i.e., Lh(j)] – Mỗi node cần lưu trữ tập chi phí đường tương ứng đến node khác – Có thể trao đổi thông tin với node kề trực tiếp – Có thể cập nhật thơng tin chi phí đường dựa thông tin trao đổi với node kề thông tin chi phí liên kết • Dijkstra – Mỗi node cần biết topology tồn mạng – Phải biết chi phí liên kết tất liên kết mạng – Phải trao đổi thông tin với tất node khác mạng Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 37 dce 2008 Đánh giá • Phụ thuộc vào thời gian xử lý giải thuật • Phụ thuộc vào lượng thơng tin u cầu từ node khác • Phụ thuộc vào việc thực • Cùng hội tụ lời giải điều kiện topology tĩnh chi phí khơng thay đổi • Nếu chi phí liên kết thay đổi, giải thuật tính lại để theo kịp thay đổi • Nếu chi phí liên kết thay đổi theo lưu thông, lưu thông lại thay đổi theo đường chọn – Phản hồi – Có thể rơi vào trạng thái khơng ổn định Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 38 dce 2008 ARPANET – Tìm đường • Thế hệ – 1969 – Distributed adaptive – Dùng thời gian trễ ước tính làm tiêu chuẩn để đánh giá hiệu – Dùng giải thuật tìm đường Bellman-Ford – Các node trao đổi thơng tin (các vector thời gian trễ) với node kề – Cập nhật bảng tìm đường dựa thơng tin đến – Không quan tâm đến tốc độ đường truyền, quan tâm chiều dài hàng đợi node – Chiều dài hàng đợi cách đo xác thời gian trễ – Đáp ứng chậm với nghẽn mạch Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 39 dce 2008 ARPANET – Tìm đường • Thế hệ thứ – – – – – – 1979 Dùng thời gian trễ làm tiêu chuẩn đánh giá hiệu Thời gian trễ đo trực tiếp Dùng giải thuật tìm đường Dijkstra Thích hợp cho mạng có tải trung bình nhẹ Khi mạng tải nặng, có tương quan thời gian trễ đo thời gian trễ gặp phải • Thế hệ thứ – – – – 1987 Việc tính tốn chi phí liên kết thay đổi Thời gian trễ trung bình đo 10 giây cuối Bình thường hóa dựa giá trị kết trước Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 40 ... 1-2 1-3 1-4 - - - - - 1, 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 - - 1-3 -7 1, 3, 4 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 - - 1-3 -7 1, 3, 4, 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 1-2 -6 1-3 -7 1, 3, 4, 2, 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 1-2 -6 1-3 -7 1, 3, 4, 2, 5, 1-2 1-3 ... D7 N7 1-2 1-3 1-4 - - - 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 1-2 -6 1-2 -7 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 1-2 -6 1-2 -7 Data Communication and Computer Networks - - - ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 34 dce 2008 Bài tập • Tìm đường ngắn... 1-3 -5 1-2 -6 1-3 -7 1, 3, 4, 2, 5, 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 1-2 -6 1-3 -7 1, 3, 4,2,5,7,6 1-2 1-3 1-4 1-3 -5 1-2 -6 1-3 -7 Data Communication and Computer Networks - ©2008, Dr Dinh Duc Anh Vu 33 dce Correct?