c. Quá trình nố i tách:
3.1 Chọn đ−ờng truyền gói 1 Mở đầu
3.1.1 Mở đầu
Tạo tuyến truyền gói trong mạng chuyển mạch gói (packet switched network - PSN) là chức năng cơ bản của lớp mạng trong mô hình OSI, nó có nhiệm vụ dẫn gói tin đi qua mạng tới đích. Các thuật toán chọn tuyến sẽ phụ thuộc vào hình thái dịch vụ của ng−ời sử dụng, tức là chọn tuyến cho dữ liệu đồ DG (Datagram) hay cho mạch ảo VC (Virtual Circuit). Trong mạng DG, hai gói liên tiếp của cùng một cặp ng−ời sử dụng có thể đi qua các tuyến khác nhau, và thuật toán chọn tuyến sẽ đ−ợc áp dụng cho từng gói đơn lẻ. Ng−ợc lại, trong mạng VC ph−ơng án chon tuyến đ−ợc thực hiện mỗi khi thiết lập kênh ảo. Tất cả các gói của một cặp ng−ời sử dụng chỉ đ−ợc lần l−ợt chuyển đi theo một con đ−ờng dẫn duy nhất, do thuật toán này quyết định,trừ tr−ờng hợp xảy ra tắc nghẽn trên đ−ờng dẫn trong mạng hoặc phải chọn lại tuyến vì một lý do nào đó.
Thuật toán chọn tuyến là phần mềm lớp mạng có nhiệm vụ quyết định xem gói gửi tới (incomming packet) sẽ đ−ợc chuyển ra theo đ−ờng dây ra (output line) nào.
Chọn tuyến trên mạng th−ờng bao gồm tổ hợp phức của nhiều thuật
−
1
3 2 2
Hình 3-1 (a). Các gói của cùng một cặp ng−ời sử dụng dùng những tuyến thông tin khác nhau. Việc chọn tuyến đòi hỏi phải đ−ợc thực hiện cho từng gói riêng biệt.
1
3
2 4
5
Hình 3-1(b). Tất cả cá gói của cùng một cặp ng−ời sử dụng dùng chung một tuyến thông tin. Phép chọn tuyến đ−ợc thực hiện khi kênh ảo đ−ợc thiết lập.
đổi dịch vụ hoặc thông tin cho nhau. Sự phức hợp cũng do một số nguyên nhân: thứ nhất, việc chọn tuyến đòi hỏi định h−ớng giữa tất cả các trạm chuyển mạch trong mạng chứ không phải chỉ có quan hệ giữa một cặp modul nh− tr−ờng hợp của lớp liên kết dữ liệu (Data link) hay lớp vận tải (transport).Thứ hai, hệ thống chọn tuyến phải đối đầu với các sự cố của nút chuyển mạch và đ−ờng truyền dẫn, đôi khi đòi hỏi phải có sự chọn tuyến trong cùng một quá trình truyền tin và luôn phải thu thập thông tin mới nhất về các hoạt động của toàn mạng thông qua cơ sở dữ liệu. Thứ ba, để có đ−ợc hoạt tính cao, thuật toán chọn tuyến truyền phải có khi phải thay đổi tuyến đã xác lập nhằm tránh những vùng tắc nghẽn mới xuất hiện trong mạng.
3.1.2 Chức năng
Vấn đề chọn tuyến truyền, tóm lại có hai nhiệm vụ cơ bản: thứ nhất là phải chọn tuyến sao cho đạt đ−ợc hoạt tính cao, có nghĩa là phải chọn đ−ợc đ−ờng dẫn có hiệu quả nhất, trong phần tiếp theo ta sẽ lần l−ợt xét một số thuật toán cho phép ta chọn tuyến truyền theo các yêu cầu nhất định; thứ hai là phải phổ cập thông tin liên quan đến chọn tuyến (bao gồm cả các sự cố của các nút mạng cũng nh− các đ−ờng truyền và tình hình khắc phục giữa chúng ) tới tất cả các nút chuyển mạch trong mạng.
Trong việc chọn tuyến truyền gói, có hai thông số đánh giá định l−ợng dịch vụ cần phải quan tâm và đồng thời chúng cũng đ−ợc dùng đánh giá tính khả hoạt của các thuật toán chọn tuyến là tính khả thông (Throughput) và trễ trung bình (Average Packet Delay). Nh− vậy thực ra việc chọn tuyến có quan hệ mật thiết với quá trình điều khiển luồng (xem hình 1.2), bởi vì hai thông số này cũng dùng để đánh giá hoạt động của việc điều khiển luồng.
Khi l−ợng tải t−ơng đối nhỏ, mạng sẽ chấp nhận toàn bộ, có nghĩa là: Khả thông = Tải đ−a tới
Khi l−ợng tải v−ợt quá giới hạn nào đó, một phần tải bị từ chối bởi thuật toán điều khiển luồng và
Khả thông = Tải đ−a tới - Tải bị từ chối
L−ợng tin truyền trong mạng sẽ chịu trễ trung bình của gói truyền trên tuyến do thuật toán chọn tuyến quyết định. Bên cạnh dó, khả thông phụ thuộc một cách gián tiếp vào thuật toán chọn tuyến vì mô hình điều khiển luồng đặc tr−ng bao gì cũng xác lập, sự cân bằng gi−a trễ và khả thông, nói
Điều khiển luồng
Tạo tuyến cho gói Tải đ−a tới Khả thông
Trễ Tải bị
từ chối
cách khác, mô hình điều khiển luồng bắt đầu hạn chế l−ợng tải đ−a vào khi trễ trung bình v−ợt quá giới hạn xác định. Nh− vậy nếu phép chọn tuyến đảm bảo cho trễ gói càng nhỏ thì phép đièu khiển luồng càng cho nhiêù gói truy nhập vào mạng và làm tăng khả thôngkhả thông của mạng. Mối t−ơng quan giữa chúng có sự hồi tiếp nh− hình 1.2 đã chỉ ra. Sự phụ thuộc của trễ truyền gói trung bình vào thuật toán chọn tuyến đ−ợc mô tả bởi hình 3.3
Nh− vậy bài toán chọn tuyến có thể phát biểu d−ới dạng nh− sau:
Đòi hỏi phải chọn đ−ợc tuyến truyền trông phạm vi mạng sao cho nó đạt đ−ợc khả thông cao nhất cùng với giá trị của trễ truyền gói trong tr−ờng hợp mạng có tải áp đặt lớn, và giảm trễ truyền gói trung bình trong tr−ờng hợp tải áp đặt nhỏ.
Nói một cách ngắn gọn thì trong tr−ờng hợp nào thuật toán chọn tuyến cũng đ−ợc yêu cầu làm giảm trễ trung bình của gói.
3.1.3 Phân loại
Thông th−ờng phép chọn đ−ờng truyền gói trong mạng chuyển mạch gói đ−a đến việc chọn tuyến truyền với giá thành tối thiểu (Least - cost Routing), trong đó giá thành là một thông số đánh giá của hệ thống, ví dụ nh−
trễ truyền, thời gian xếp hàng, độ dài đ−ờng truyền,tỉ lệ lỗi trên tuyến truyền. .. Tuy nhiên, ngoài giá thành, một số thông số khác cũng phải tính đến khi thiết lập đ−ờng truyền:
• Dung l−ợng của đ−ờng truyền
• Số l−ợng các gói đang chờ để đ−a vào đ−ờng truyền • Phân bố tải trên mạng
• Các yêu cầu bảo mật đối với đ−ờng truyền • Kiểu truyền tải so với dạng của đ−ờng truyền
•Số l−ợng các đ−ờng nối trung gian giữa trạm truyền và trạm nhận • Khả năng ghép nối với trạm trung gian và cả trạm nhận cuối cùng Dù cho thông số mạng có thay đổi theo tiêu chuẩn nào thì vẫn phải tính đến ba điều kiện: Trễ Khả thông Chọn tuyến tốt Chọn tuyến tồi
Hình 3.3: Đặc tuyến trễ - khả thông cho phép đánh giá thuật toán chọn tuyến
+ Trễ trung bình gói (Delay) + Khả thông (Throughput) + Khả nối (Connectivity)
Nh− chúng ta đã nói trong phần chức năng,việc chọn tuyến truyền có hai nhiệm vụ cơ bản: thứ nhất là phải chọn tuyến sao cho đạt đ−ợc hoạt tính cao, có nghĩa là phải chọn đ−ợc đ−ờng dẫn có hiệu quả nhất; thứ hai là phải phổ cập thông tin liên quan đến chọn tuyến bao gồm cả các sự cố của các nút mạng cũng nh− các đ−ờng truyền và tình hình khắc phục giữa chúng, tới tất cả các nút chuyển mạch trong mạng. T−ơng ứng với hai công việc này đòi hỏi phải có hai loại kỹ thuật thực hiện riêng cho từng loại. Việc thực hiện nhiệm vụ thứ nhất chính là cách tính toán tìm đ−ờng dẫn mà ta hay gọi là thuật toán tìm tuyến truyền. Các lý thuyết giải thuật để tìm tuyến truyền thì có rất nhiều và rất đa dạng, nh−ng kỹ thuật chuyển mạch gói quan tâm tới hai thể loại chính: chọn tuyến truyền phân nhánh (Bifurcated Routing) và chọn tuyến truyền ngắn nhất (Shortest-Path Routing). Kĩ thuật thứ nhất còn có tên là chọn tuyến nhiều đ−ờng dẫn gói (Multipath Routing), đ−ợc thiết kế sao cho nó có thể tối thiểu hoá trễ trung bình của gói trên phạm vi toàn mạng. Kĩ thuật thứ hai, chọn tuyến ngắn nhất, chủ yếu quan tâm tới trễ ng−ời sử dụng và nó chọn ra đ−ờng dẫn có giá thành tối thiểu cho một cặp ng−ời sử dụng. Việc thực hiện nhiệm vụ cơ bản thứ hai của việc chọn đ−ờng do các thuật toán thu nhận và truyền thông tin chọn đ−ờng thực hiện. Mỗi giao thức chọn đ−ờng có những ph−ơng pháp khác nhau để lấy đ−ợc thông tin chọn đ−ờng và truyền thông tin chọn đ−ờng. Nếu dựa vào việc các thông tin chọn đ−ờng có th−ờng xuyên đ−ợc cập nhật hay không thì ta có thể phân thành hai loại: Thuật toán chọn đ−ờng thích nghi (Adaptive) và thuật toán chọn đ−ờng không thích nghi (Nonadaptive). Các thuật toán không thích nghi thì không quyết định đ−ờng truyền gói dựa trên cơ sở phép đo thông số truyền tải tức thời và topology của mạng. Các đ−ờng dẫn từ một nút i tới một nút j nào đó đ−ợc tính toán tr−ớc và nạp vào mạng khi mạng khởi hoạt (Network Booting).Vì thế loại hình này đôi khi còn đ−ợc gọi là chọn tuyến tĩnh (Static Routing). Ng−ợc lại, các thuật toán chọn đ−ờng thích nghi sẽ cho phép thay đổi tuyến truyền gói dựa vào các thay đổi thông số truyền tải và cấu hình của mạng. Có ba nhóm thuật toán loại này:
• Chọn tuyến tập trung (Centralized Routing) gồm các thuật toán tổng thể sử dụng các thông tin thu thập đ−ợc từ toàn bộ mạng để đ−a ra các kết quả tối −u.
• Chọn tuyến cách ly (Isolated Routing) có các thuật toán vận hành trên từng trạm riêng biệt và dựa vào thông tin nó thu thập đ−ợc tại trạm này, ví dụ nh− độ dài của hàng, . ..
• Chọn tuyến phân bố (Distributed Routing) là tổ hợp của cả hai hình thức trên.
Thực chất, các thuật toán hiện nay đang đ−ợc sử dụng đều là các thuật toán thích nghi, chúng cũng chính là các thuật toán chọn tuyến truyền ngắn nhất đã trình bày ở trên. Sự đa dạng chỉ là do cách gọi khác nhau tạo nên.
Trong phần sau, ta sẽ xét sơ l−ợc thuật toán phân nhánh (đa đ−ờng dẫn ), vì nó ít đ−ợc sử dụng, phần còn lại chủ yếu tập trung vào các thuật toán chọn tuyến ngắn nhất.