Dù là nội miền hay liên miền, chức năng chính của một Router là chuyển gói tin đến mạng đích của nó, để làm được điều này Router cần phải tìm được thơng tin định tuyến được lưu trữ trên bảng định tuyến của nó. Một bảng định tuyến là một file dữ liệu trong RAM được dùng để lưu trữ thông tin đường đi các đường mạng được kết nối trực tiếp hoặc từ xa.
Bảng định tuyến của mỗi giao thức định tuyến là khác nhau, nhưng có thể bao gồm những thơng tin sau :
Địa chỉ đích của mạng, mạng con hoặc hệ thống.
Địa chỉ IP của router chặng kế tiếp phải đến
Giao tiếp vật lý phải sử dụng để đi đến router kế tiếp
Mặt nạ mạng của địa chỉ đích
Khoảng cách đến đích, ví dụ như số lượng chặng để đến đích
Thời gian (tính theo giây) từ khi router cập nhật lần cuối Định tuyến có hai loại: định tuyến tĩnh và định tuyến động
Định tuyến tĩnh: Định tuyến tĩnh do người quản trị phải cấu hình cố định
các thông tin đến các mạng khác cho router. Quyết định định tuyến tĩnh không dựa trên sự đánh giá lưu lượng và topo mạng hiện thời. Trong môi trường IP các router không thể phát hiện ra các router mới, chúng chỉ có thể chuyển gói tin tới các router được chỉ định của nhà quản lý mạng. Khi cấu trúc mạng có bất kì thay đổi nào thì người quản trị mạng phải xóa hoặc thêm các thơng tin về đường đi cho router. Các đường đi này là cố định nên trong hệ thống mạng lớn việc bảo trì bảng định tuyến cho router tốn rất nhiều thời gian. Định tuyến tĩnh là cách định tuyến không linh hoạt nên thường phù hợp với hệ thống mạng nhỏ hoặc tuyến đơn ít có biến đổi
về thông tin định tuyến. Hoạt động của định tuyến tĩnh gồm 3 bước chính sau:
o Người quản trị cấu hình các đường đi cố định cho router
o Router cài đặt các thông tin này vào bảng định tuyến
o Gói tin được định tuyến theo các đường cố định đã được cài đặt.
Định tuyến động: Định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin trạng
thái hiện thời của mạng. Thông tin trạng thái có thể đo hoặc dự đốn và tuyến đường có thể thay đổi khi topo mạng hoặc lưu lượng mạng thay đổi. Thông tin định tuyến được cập nhật tự động vào trong các bảng định tuyến của các nút mạng trực tuyến, và đáp ứng tính thời gian thực nhằm tránh tắc nghẽn cũng như tối ưu hiệu năng mạng. Định tuyến động phù hợp đối với mạng lớn, thường biến đổi trong quá trình hoạt động. Giao thức định tuyến được sử dụng để giao tiếp giữa các router với nhau. Giao thức định tuyến cho phép router chia sẻ các thông tin định tuyến mà nó biết cho các router khác. Từ đó router có thể xây dựng và bảo trì bảng định tuyến của nó. Một số giao thức định tuyến động thường được sử dụng như: RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, BRP. Các giao thức này thực thi nhiều hoạt động như là: khám phá mạng và cập nhật, duy trì các bảng định tuyến. Các giao thức định tuyến động này không chỉ tạo ra một đường đi xác định tốt nhất đến các mạng khác mà còn xác định một đường dẫn mới tốt nhất khi đường đi khởi đầu khơng cịn hữu dụng hoặc có sự thay đổi topology. Với những lý do đó, định tuyến động có lợi thế hơn so với định tuyến tĩnh. Các Router mà sử dụng các giao thức định tuyến động chia sẻ bảng định tuyến một cách tự động với các Router khác và bổ sung cho bất cứ sự thay đổi topology mà không liên quan đến quản trị viên mạng. Chúng ta thừa nhận rằng: (1) Tất cả các nút lưu giữ các số liệu nội bộ của chúng và (2) tất cả các nút nhận biết được khi gửi cập nhật tới các nút hàng xóm của nó. Giả định (1) hợp lý khi một nút luôn biết tài nguyên khả dụng trong các liên kết outgoing của nó. Giả định (2) sẽ trở lên hợp lý, nếu một chính sách cập nhật được thực thi. Trong phần này, chúng ta có thể sử dụng một chính sách cập nhật dựa trên ngưỡng. Mỗi nút duy trì một bảng link-to-node. Bảng này đưa ra liên kết sử dụng để dẫn tới một nút hàng xóm và nguồn khả dụng dọc theo liên kết. Một nút có thể dễ dàng xây dựng bảng định tuyến bằng cách trao đổi các gói tin Hello với hàng xóm của nó. Mỗi nút xây dựng một bảng link-to-node.
2.3.1. Cơ chế trao đổi thông tin để xây dựng bảng định tuyến
Mỗi router duy trì một bảng định tuyến. Trong việc tiếp nhận một thăm dò nhu cầu kết nối, một router sử dụng bảng định tuyến để quyết định liên kết đầu ra. Chúng ta xem xét một nút:
N1(v)biểu thị các nút gần kề với nút v trong mạng
E1(v)biểu thị các liên kết kết nối nút v tới các nút trong N1(v) N2(v) biểu thị các nút gần kề với các nút trongN1(v)
E2(v) biểu thị các liên kết kết nối các nút trong N1(v)tới các nút trong
) (
2
v N
Bảng định tuyến của nút v chứa thông tin về các số liệu của tất cả các liên kết trong E1(v) và E2(v). Các mục vào (entry) tương ứng với E1(v) được gọi là các mục vào mức một 1
v
R của v; các mục vào tương ứng vớiE2(v) được gọi là các mục vào mức hai 2
v
R của v. Các mục vào mức hai được biểu diễn như một bộ của
2 1
, j
i l
l trong đó li1E1(v) và l2j E2(v). Nếu một nút u là một thành viên của cả
) (
1
v
N và N2(v), thì nó được biểu diễn chỉ như là một mục vào mức một. Để xây dựng và duy trì bảng định tuyến, nút v phải nhận bản cập nhật về các tham số
QoS trong tất cả các mục vào mức hai của nó từ các nút trong N1(v). Việc này được thực hiện bởi việc trao đổi các bản tin đặc biệt gọi là các gói tin Hello2 với một tần suất xác định được điều khiển bởi chính sách cập nhật. Các gói tin Hello2 được xây dựng bằng cách sao chép danh sách hàng xóm và các thơng số QoS có được từ bảng định tuyến của các router. Tại nút v, các mục vào mức một trong bảng định tuyến được tạo ra bằng cách sao chép bảng định tuyến của nút v. Các mục vào mức hai trong bảng định tuyến được tạo ra bằng cách kiểm sốt việc nhận các gói tin Hello2. Tất cả các mục vào mức hai tồn tại trong bảng định tuyến được cập nhật bởi gói tin Hello2. Ngồi ra, một vài mục vào mới được thêm vào các mục vào mức hai hiện tại.
2.3.2. Các chính sách cập nhật
Ý tưởng chính của việc gửi các gói tin Hello2 là để truyền tải những sự thay đổi trong tài nguyên sẵn có của một router tới các router khác. Nếu một router gửi các gói tin Hello2 mỗi khi có một sự thay đổi xuất hiện, thì mạng có thể bị quá tải. Để giảm quá tải này, một chính sách cập nhật được thi hành.
Chính sách cập nhật này sẽ được lựa chọn khi các gói tin Hello2 được gửi. Một chính sách cập nhật đơn giản có thể dựa trên các bộ định thời và nó có thể giống như là một bản cập nhật được gửi đi cứ mỗi T giây. Các giao thức như OSPF và RIP gửi các bản cập nhật ở những khoảng thời gian đều nhau. Trong khi cách tiếp cận trên có thể chấp nhận được cho định tuyến nỗ lực tối đa, thì nó lại khơng phù hợp với định tuyến QoS. Lý do là, trong khoảng thời gian cập nhật, tài nguyên sẵn có trong các router có thể thay đổi đáng kể. Nếu sự thay đổi này không được truyền đến các router khác, chúng sẽ có thơng tin khơng chính xác và do đó hiệu suất định tuyến QoS sẽ giảm sút. Ngồi ra, rất khó để mơ hình sự khơng chính xác trong các mục vào bảng với một cơ chế cập nhật như vậy. Chính sách cập nhật được sử dụng trong mạng OSPF có thể được cải tiến như sau [5]. Mỗi nút nhớ số liệu quảng cáo mới nhất trên mỗi liên kết. Nếu tỷ số giữa giá trị quảng cáo mới nhất và giá trị hiện tại cao hơn (hoặc thấp hơn) một giá trị ngưỡng τ thì cập nhật được kích hoạt. Nút tạo các gói tin Hello2 và gửi chúng tới tất cả hàng xóm của nó. Lợi thế của việc sử dụng chính sách cập nhật ngưỡng có thể dễ dàng được sử dụng mơ hình xác suất để ứng phó với sự khơng chính xác .
Nếu băng thơng b được quảng cáo trên một liên kết, và nếu τ là 2, thì sau
đó bất cứ khi nào, metric hiện thời sẵn có trên liên kết đó có thể được mơ hình như là một phân bố đều trên [b/2,2b]. Một khi sự khơng chính xác được mơ hình hóa, có một vài phương pháp để thực hiện định tuyến hiệu quả các thông tin khơng chính xác như vậy. Tuy nhiên, thuật toán ở đây giả thiết rằng thông tin sẵn có trong các bảng là chính xác và chuyển tiếp các thăm dò phù hợp. Kết quả là, sự thực thi của thuật toán trong các điều kiện của sự thiết lập cuộc gọi có thể là kém hơn. Các kết quả thử nghiệm được trình bày ở Chương 3, trong phần so sánh hiệu suất của các phương pháp tiếp cận dựa vào flooding và chuyển tiếp dựa vào bảng hai mức. Các giao thức định tuyến hiện tại như RIP và OSPF có thể được chỉnh sửa một chút để có một cơ chế cập nhật dựa trên một ngưỡng. Nếu RIP được sử dụng, router gửi băng thơng sẵn có trên liên kết vốn có của nó cùng với các tuyến đường cho lưu lượng nỗ lực tối đa. Thay vì việc gửi các thông tin cập nhật định kỳ, các bản cập nhật có thể được kích hoạt bởi chính sách ngưỡng. Đối với OSPF, một vài mở rộng được đề xuất để hỗ trợ định tuyến QoS. Chỉ một sự thay đổi thêm vào có thể là, một router cần gửi thơng tin băng thơng chỉ tới các hàng xóm của nó và khơng cần thiết phải gửi nó tới tất cả các router trên mạng.
2.3.3. Cơ chế chuyển tiếp
Cơ chế chuyển tiếp có thể được sử dụng cho bất kỳ số liệu QoS nào. Băng thông được coi như metric QoS và rõ ràng là cơ chế chuyển tiếp liên quan đến băng thông. Một phác thảo của cơ chế chuyển tiếp gói tin được đưa ra sau đây và một biểu đồ cũng được đưa ra trong Hình 2.2.
Mỗi nút v duy trì một bảng định tuyến trong đó có cả hai loại mục nhập vào. Cấu trúc của bảng định tuyến như bảng 2.1 dưới đây:
Bảng 2.1. Bảng chuyển tiếp tại nút v
Liên kết Hop kế tiếp Metric khả dụng
1 1 l v1 x1B 1 n l vn xnB 2 1 1 1,l l u1 xkB l1m,lm2 um xrB
Hình 2.2. Cơ chế chuyển tiếp gói tin tại một nút Nhận bản tin Nhận bản tin Loại bản tin Bản copy đầu tiên? Đích? Giải phóng BW dành riêng cho kết nối đó và chuyển tiếp lỗi tới router phía ra N Loại bỏ bản tin Đánh dấu thăm dò cho kết nối đã nhận N Y Lỗi Yêu cầu Link kết nối router phía ra đủ BW? Nhận BW và lưu id của router Y Nguồn? Kết nối được thiết lập thành công Y Chuyển tiếp ack tới router trước đó N Đích? Chuyển tiếp thăm dị tới tất cả hàng xóm mức 2 thích hợp. Lưu id của router trước đó Y N Đích hiện tại trong bảng định tuyến Y Chuyển tiếp thăm dị tới đích thơng qua các link thích hợp. Lưu id của router trước đó Gửi 1 ack tới hàng
xóm trước đó Danh sách hàng xóm trong mục vào thăm dò ? N N
Chuyển tiếp thăm dị tới tất cả hàng xóm thích hợp trong danh sách. Lưu id của router trước đó
N Y ack Gửi lỗi tới router phía ra Y
1
v
R là tập hợp các mục vào tương ứng với các hàng xóm trực tiếp của nút
v. 2
v
R là tập hợp các mục vào tương ứng với các hàng xóm mức hai, cụ thể là
) (
2
v
N . Một hàng xóm u của nút v, được cho là thích hợp, nếu liên kết (v,u) có
thể hỗ trợ băng thơng u cầu. Q trình thiết lập kết nối có ba giai đoạn cụ thể là Thăm dò, ack, và Xử lý thất bại. Giai đoạn đầu tiên là Thăm dị và nó bắt đầu khi một nguồn gửi một yêu cầu kết nối. Mỗi yêu cầu kết nối được nhận biết bởi một định danh duy nhất cid. Các yêu cầu kết nối cũng có thể được gọi là thăm
dị, là một bộ theo mẫu [k, QoS(bandwidth = B), s, t, cid, {l}]. Trong đó các định dạng tham dị s được hiểu như là nguồn yêu cầu kết nối cid với các yêu cầu tham số như là QoS(bandwidth = B) tới đích t, và k là router đã chuyển tiếp thăm dò
tới nút v. Một nguồn tin có thể thiết lập trường k tới id của nó và gửi thăm dị {l} đề cập đến danh sách các hàng xóm mà nút v nên chuyển tiếp thăm dò này.
Trong việc nhận thăm dị này, v kiểm tra xem có phải nó là thăm dị đầu tiên nút
v nhận được cho kết nối này. Nếu khơng thăm dị sẽ bị loại bỏ như là bản sao.
Nếu thăm dò là lần đầu tiên cho kết nối cid, nút v ghi nhận rằng, nó đã nhận một thăm dị cho kết nối cid. Nó lưu giữ số nhận dạng id của router hướng ngược lại, gọi tắt là pv(cid), router đã chuyển tiếp thăm dò tới nó, trong một bảng. Mục vào của bảng được duy trì cho một khoảng thời gian T, đó là thời gian thiết lập kết
nối tối đa. Sau thời gian T, các mục vào được xóa sạch. Router v kiểm tra xem
có phải đích đến hiển thị trong bảng định tuyến của nó như là mục vào mức một hoặc như là mục vào mức hai. Nếu đích đến hiển thị, và nó là thích hợp, thì thăm dị được chuyển tiếp tới liên kết tương ứng.
Nếu đích đến khơng có mặt trong bảng định tuyến, có nghĩa là đích đến vượt quá hai chặng. Trong tình huống như vậy, danh sách các láng giềng {l} mà
nút v chuyển tiếp thăm dò tới được kiểm tra. Thăm dò được chuyển tiếp tới tất
cả những hàng xóm đủ điều kiện trong danh sách. Nếu đích đến vượt quá hai chặng và danh sách {l} là rỗng, thì router v xây dựng một danh sách của riêng nó. Nếu u là một hàng xóm đủ điều kiện của v, thì một danh sách của tất cả các
láng giềng thích hợp của u, là lu, được xây dựng. Router v sau khi chuyển tiếp thăm dò với {lu} tới u. Điều này được lặp lại cho tất cả các hàng xóm đủ điều
kiện của v. Quá trình chuyển tiếp được lặp lại trong tất cả các router cho đến khi đích nhận được một thăm dị. Tuyến đường có được bởi tham dị đầu tiên đến được đích được gọi là “con đường dự kiến”. Trong suốt giai đoạn đó, chỉ nguồn tài nguyên sẵn có được kiểm tra và khơng thực hiện dự trữ băng thơng.
Đích đến trong việc tiếp nhận thăm dò đầu tiên cho một kết nối cid, bắt
đầu giai đoạn ack (phúc đáp) bằng cách gửi một xác nhận tới người gửi nó. Xác nhận này tương tự như thăm dị nhưng khơng có trường danh sách hàng xóm. Một router nhận được một ack, kiểm tra xem các liên kết mà trên đó các ack đến có đủ băng thơng để hỗ trợ các u cầu. Nếu liên kết có đủ băng thơng, router dự trữ băng thông yêu cầu cho kết nối cid và lưu id của router hướng ra, gọi tắt là
) (cid
nv . Bảng rỗng vẫn được duy trì trong khoảng thời gian T sau đó nó được
xóa. Router sau đó sẽ chuyển tiếp ack tới router ngược hướng đi của nó trên
đường dẫn dự kiến sử dụng giá trị pv(cid) mà nó đã lưu giữ trong suốt giai đoạn thăm dị. Q trình tiếp tục cho đến khi nguồn nhận một ack. Nếu nguồn nhận
được một ack, thì kết nối được thiết lập. Nếu bất kỳ một router nào trên đường
dẫn dự kiến khơng dự trữ băng thơng đã u cầu, thì nó bắt đầu giai đoạn Xử lý