Vấn đề của việc tìm kiếm các đƣờng dẫn rời rạc trong một mạng đã đƣợc quan tâm nhiều trong các tài liệu do lý thuyết của nó cũng nhƣ ý nghĩa thiết thực của nó cho nhiều ứng dụng, chẳng hạn nhƣ định tuyến tin cậy hoặc định tuyến có thế phục hỗi. Các đƣờng dẫn giữa một cặp nút nguồn và nút đích trong một mạng đƣợc gọi là liên kết riêng biệt nếu chúng không có liên kết chung (tức là chỗng chéo), và nút riêng biệt, nếu, ngoài các nút nguồn và đích, chúng không có các nút chung. Với sự phát triển của các mạng quang và triến khai của các mạng MPLS hoặc GMPLS, vấn đề của việc tìm kiếm các đƣờng dẫn rời nhau đang nhận đƣợc sự quan tâm mới nhờ phục hỗi nhanh chóng sau một lỗi mạng. Trong các mạng truyền thông mạnh, kết nối thông thƣờng bao gồm hai đƣờng dần kết nối hoặc đƣờng dẫn nút riêng biệt: một đƣờng dẫn hoạt động và một đƣờng dẫn sao lƣu dự phòng. Một luồng lƣu lƣợng dịch vụ sẽ đƣợc chuyển đến đƣờng dẫn sao lƣu dự phòng nếu đƣờng dẫn hoạt động bị lỗi. Cân bằng tải, một khía cạnh quan trọng khác cho các mạng truyền thông là để tránh tắc nghẽn mạng và tối ƣu hóa thông lƣợng mạng, cũng đòi hỏi các đƣờng dần tách biệt để phân phối các luồng lƣu lƣợng. Sự mạnh mẽ và cân bằng tải là hai khía cạnh của định tuyến dựa trên QoS.
Nhìn chung một thuật toán các đƣờng dần liên kết riêng biệt có thể đƣợc mở rộng cho một thuật toán nút riêng biệt với các khái niệm về sự chia tách nút, tức là thay thế một nút bằng hai nút đƣợc liên kết với nhau thông qua liên kết với các trọng số giá trị 0, và do đó chúng ta tập trung vào tìm hiểu định tuyến dựa trên QoS liên kết riêng biệt.
Một phƣơng pháp trực quan để xác định hai đƣờng dẫn liên kết riêng biệt ngắn nhất giữa một cặp nút nguồn và đích gồm hai bƣớc: bƣớc đầu tiên là khôi phục lại đƣờng dẫn ngắn nhất giữa một cặp nút trong sơ đồ hƣớng. Bƣớc thứ hai là lƣợc bót tất cả các liên kết của đƣờng dẫn từ sơ đồ hƣớng và tìm đƣờng dẫn ngắn nhất trong sơ đồ hƣớng đã rút gọn. Phƣơng pháp này có ít nhất hai nhƣợc điểm: (1) cứ cho rằng tồn tại hai đƣờng dần liên kết riêng biệt, không có đảm bảo rằng chúng sẽ đƣợc tìm thấy. (2) đƣờng dẫn kết nối riêng biệt thứ hai có thể có chiều dài lớn hơn đáng kể so với đƣờng dần ngắn nhất đầu tiên. Để vƣợt qua những bất lợi, các phƣơng pháp khác đã đƣợc đƣa ra để tìm kiếm một cặp đƣờng dần kết nối riêng biệt với tổng chiều dài là nhỏ nhất. Trên thực tế, các kỹ thuật này không dễ dàng mở rộng cho định tuyến dựa trên QoS liên kết riêng biệt, thứ cần phải tuân theo các ràng buộc và có tổng chiều dài là tối thiểu. Kuipers và Vawn Mieghem có đề xuất thuật toán định tuyến đa rằng buộc liên kết riêng biệt (DIMCRA), thuật toán thể hiện tốt hơn so với các phƣơng pháp đơn giản loại bỏ một đƣờng dẫn và tìm đƣợc đƣờng dẫn riêng biệt thứ hai.
2.1.4 . Phương pháp định tuyến dựa trên dự đoán
Phƣơng pháp định tuyến dựa trên dự đoán (PBR) đã đƣợc đề xuất nhƣ là một đề án tính toán trƣớc trong các mạng truyền tải quang. Đã có nhiều nồ lực đƣợc thực hiện để áp dụng PBR cho các mạng IP truyền thống. Có nhiều đề xuất xử lý liên quan tới các vấn đề về tính toán trƣớc hoặc dự đoán, nhƣ ba đề xuất sau: (i) định tuyến hot-potato "dự đoán" đƣờng dẫn tốt nhất đến đích dựa trên thông tin về độ trễ của các yêu cầu đến từ đích đó, (ii) đề xuất dự đoán tải thông tin tƣơng lai trong một liên kết dựa trên các mẫu đo đƣợc trƣớc đó của tải thông tin trong liên kết đó, và (iii) một biến thể của định tuyến hot-potato. Trái ngƣợc với những đề xuất này, các liên kết dự đoán PBR với sự khả dụng của các đƣờng dẫn thay vì dự đoán tải thông tin truy cập đến.
PBR dựa trên những ý tƣởng của sự dự báo nhánh trong kiến trúc máy tính. Bằng cách mở rộng khái niệm về dự đoán nhánh tới kiến trúc máy tính, nó sẽ là cần thiết đế đăng ký lịch sử của trạng thái mạng từ quan điểm của nút nguồn, nghĩa là
các nút nguồn chứa một đăng ký cho mọi tuyến từ nút đó, nút mà đƣợc cập nhật thông tin trạng thái mạng, cần lƣu ý rằng các đăng ký đó không đƣợc cập nhật bởi các bản tin cập nhật truyền thống (bao gồm cả thông tin trạng thái mạng), nhƣng tại các chu kỳ thời gian nhất định. Thông tin thu đƣợc từ các đăng ký lịch sử đƣợc sử dụng để truy cập các bảng dự đoán. Trên thực tế, trong mọi nút nguồn có một bảng dự báo cho mỗi đƣờng dẫn khả thi từ nút nguồn đó. Các bảng dự báo có các mục khác nhau, mỗi mục lƣu giữ thông tin về một mô hình khác nhau bằng một bộ đếm hai bít. Dự báo thực hiện đọc giá trị của một bộ đếm hai bit. Một đƣờng dẫn đƣợc lựa chọn chỉ với giá trị là 0 hoặc 1.
Thuật toán đƣợc sử dụng để lựa chọn các đƣờng dần đƣợc giải thích bằng một ví dụ. Chúng ta giả sử rằng giữa các cặp nguồn - đích có hai tuyến đƣợc tính toán, nhƣng thuật toán có thể đƣợc thực hiện trong nhiều hơn hai đƣờng dẫn. Việc đăng ký lịch sử thì chỉ ra băng thông trong chu kỳ cuối cùng với 2 bit.
Hình dƣới đây trình bày cho ví dụ sau: khi một yêu cầu mới đòi hỏi 40% băng thông của nút nguồn, lộ trình đầu tiên đƣợc kiếm tra. Thông tin mới nhất về băng thông chiếm dụng cho thấy là 40% băng thông đã đƣợc sử dụng trong đƣờng đầu tiên. Cả hai giá trị băng thông đƣợc cộng vào 40%+40%, và nếu nó nhỏ hơn 100% thì bảng dự đoán của tuyến đầu tiên đƣợc kiểm tra, nếu không thì các bảng dự đoán tiếp theo sẽ đƣợc kiếm tra. Trong trƣờng hợp này, tổng băng thông là 80% (>75%) và chỉ số để truy cập vào báng dự đoán đầu tiên là 0 (00 trong mã hóa 2 bit). Với chỉ số này trong bảng dự đoán của tuyến đƣờng đầu tiên đƣợc truy cập và bộ đếm đƣợc đọc. Giả sử bộ đếm là 2, thì sau đó dự đoán không sử dụng tuyến đƣờng đầu tiên này và có thể tuyến đƣờng thứ hai sẽ đƣợc kiểm tra. Trong tuyến đƣờng thứ hai băng thông bị chiếm dụng trong chu kỳ cuối là 25%. Băng thông mới này sẽ là 40%+25%=65%, tƣơng ứng với một chỉ mục của 1 (01 với mã hóa 2 bit). Với chỉ số này trong bảng dự đoán của tuyến đƣờng thứ hai đƣợc truy cập và giá trị bộ đếm là 1. Giá trị bộ đếm này có nghĩa là dự báo là sử dụng tuyến đƣờng thứ hai này do đó thuật toán sẽ chọn tuyến đƣờng thứ hai này.
Hình 2.15 - Ví dụ về việc dự đoán với 2 lộ trình
Nhƣ đã nêu ở trên, các đăng ký lịch sử đƣợc cập nhật mỗi chu kỳ với thông tin về băng thông bị chiếm cho nút nguồn ở mỗi đƣờng dẫn. Trong ví dụ cuối cùng, khi thuật toán lựa chọn đƣờng dẫn thứ hai, băng thông mới bị chiếm dụng bởi nút này trong đƣờng dẫn thứ hai này sẽ là 65%. Điều quan trọng cần lƣu ý rằng băng thông chiếm dụng này chỉ là băng thông mà nút biết, nhƣng nó có thế không phải là sự chiếm dụng thực sự. Tình huống này xảy ra do việc loại bỏ các bản tin cập nhật, khi các nút nguồn khác có thế sử dụng nhiều băng thông hơn trong các liên kết của cùng một đƣờng dẫn và nút nguồn, thông tin chiếm dụng sẽ không đƣợc cập nhật. Chỉ có bảng dự đoán của các đƣờng dẫn đƣợc lựa chọn là đƣợc cập nhật. Nếu kết nối đƣợc thiết lập thì bộ đếm tƣơng ứng của bảng dự báo bị giảm, nhƣng nếu kết nối bị chặn thì bộ đếm đƣợc tăng lên. Trong ví dụ trên, nếu kết nối đƣợc thiết lập bộ đếm của mục nhập 01 của bảng dự đoán của các đƣờng dẫn 2 sẽ là 0, nhƣng nếu kết nối bị chặn bộ đếm sẽ là 2.
2.2 Định tuyến QoS liên miền
Định tuyến liên miền đƣợc mong đợi là càng đơn giản càng tốt. Tính ổn định và tính co dãn là các đặc trƣng quan trọng nhất ở mức này. Nhƣ vậy việc định tuyến không thể dựa chủ yếu trên thông tin trạng thái mạng động. Thay vào đó, sự trao đổi thông tin QoS giữa các miền định tuyến phải là khá tĩnh. Định tuyến liên miền phải có các chức năng cơ bản sau:
• Xác định rõ đích thực hiện. • Tránh định tuyến lòng vòng. • Hỗ trợ việc gộp địa chỉ.
• Xác định xem có đƣờng nào tới đích hỗ trợ đƣợc các yêu cầu QoS hay không.
• Xác định đa đƣờng tới đích, dựa trên các lớp dịch vụ (đây là tuỳ chọn).
Trong suốt những năm qua số lƣợng các hệ thống tự trị (AS) kết nối với Internet đã gia tăng lớn, mà theo đó làm tăng nhu cầu trên phạm vi mạng. Bất chấp gánh nặng này, giao thức cống biên BGP đã chứng tỏ là một giao thức định tuyến linh hoạt. Những điểm mạnh đã làm BGP trở nên phổ biến là: thứ nhất giao thức này đƣợc thiết kế để giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng các nhu cầu kết nối với một quy mô rất lớn. Thứ hai, nó đã chứng minh đƣợc khả năng cung cap on định cho các mạng lớn nhất từng đƣợc triển khai, và thứ ba, nó đƣợc ƣu đãi với chính sách dựa trên các tính năng định tuyến cho phép từng miền quản trị ở các cạnh của một kết nối BGP để quản lý sự truyền tải luồng lƣu lƣợng vào và ra của nó theo ƣu tiên cụ thể và nhu cầu của nó. Cuối cùng, đáng chú ý là BGP có các cơ chế rất linh hoạt cho phép dễ dàng phát triển và mở rộng cho giao thức
Mặc dù BGP có nhiều điểm mạnh nhƣng nó cũng còn một vài điểm yếu. Ví dụ, trong nhiều trƣờng hợp BGP yêu cầu hàng chục phút để phục hỗi từ một tuyến đƣờng hoặc một liên kết thất bại. Hơn nữa, mặc dù BGP cho phép một hệ thống tự trị để quản lý linh hoạt truyền tải luồng ra của nó, nó cho thấy một mức độ khan hiếm của điều khiển để quản lý và cân bằng lƣu lƣợng đi vào một hệ thống tự trị nhƣ thế nào qua nhiều đƣờng dẫn có thể. Thêm vào đó, mỗi router BGP chỉ thông
báo tuyến đƣờng tốt nhất mà nó biết đến bất kỳ đích nào đƣợc cho thêm vào đầu. Điều này có nghĩa là, các đƣờng dần thay thế có thể đƣợc sử dụng bởi bất kỳ nguồn lƣu lƣợng nào sẽ không đƣợc nhận ra bởi vì động thái lƣợc bớt cố hữu của BGP. Các biện minh cho hành vi này là BGP về bản chất đƣợc thiết kế để giải quyết khả năng mở rộng và ổn định tổng thể thay vì liên quan đến các vấn đề nhƣ phục hồi nhanh chóng từ một thất bại liên kết cụ thể, hoặc độ trễ biên hoặc tỉ lệ mất gói qua internet cho một khối thêm vào phần đầu.
2.2.1 . Các mở rộng QoS và kỹ thuật lưu lượng sử dụng BGP
Nhiều nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất đang cố gắng để tăng cƣờng BGP với các khả năng mới nhƣ kỹ thuật lƣu lƣợng, và các mở rộng QoS, chủ yếu là vì tính phố biến và thành công của BGP tại thời điểm hiện tại. Điều quan trọng là mặc dù phiên bản chƣa mở rộng của BGP thể hiện chức năng hữu hạn nhƣng nó thực sự là một giao thức định tuyến phức tạp, nơi mà các lỗi và sự thiết lập cấu hình lỗi không phải là hiếm khi xảy ra. Hơn nữa, một vài nhóm nghiên cứu đã mở rộng BGP với sự khám phá và các khả năng báo hiệu mạng riêng ảo VPN ở lớp 2 và lớp 3. Kết quả là, những đề xuất để tăng cƣờng BGP không chỉ có xu hƣớng biến nó thành giao thức phức tạp hơn, mà còn cho thấy nếu nhƣ sự bổ sung của tất cả các cải tiến này trong một môi trƣờng thực không thể chôn vùi giao thức này.
2.2.2 . Các phương pháp che phủ
Thay vì tăng cƣờng BGP, một sự lựa chọn cho định tuyến QoS liên miền là phƣơng pháp che phủ, một phƣơng pháp đã trở thành một ứng cử viên thích hợp để giải quyết vấn đề. Ý tƣởng chính đằng sau các khái niệm che phủ là để tách riêng phần điều khiển chiến lƣợc của quá trình định tuyến từ các thiết bị BGP. Trong ý nghĩa này, hai cách tiếp cận khác nhau cho vấn đề các chính sách đƣợc điều khiển và báo hiệu nhƣ thế nào. Các cải tiến BGP có xu hƣớng cung cấp việc truyền tín hiệu trong dải, trong khi phƣơng pháp che phủ cung cấp sự truyền tín hiệu ngoài dải. Trong trƣờng hợp này, điều quan trọng cần lƣu ý là hiện nay cách duy nhất cho kỹ thuật lƣu lƣợng liên miền trong các mạng IP là bằng phƣơng pháp cấu hình
thông minh BGP. Do đó, cuối cùng cả hai cơ chế dựa vào sự điều chỉnh thích hợp BGP để thực hiện theo các chính sách lƣu lƣợng tƣơng ứng của chúng. Điều đáng chú ý là, trong khi các phƣơng pháp tiếp cận trƣớc đây cung cấp những cải tiến đáng kể cho internet định tuyến thấp, sau này thì hiệu quả hơn khi các thay đối định tuyến xảy ra thƣờng xuyên hơn. Trong khi các sự mở rộng quan trọng và các cải tiến đáng kể BGP chắc chắn sẽ đƣợc nhìn thấy, thì cấu trúc lớp che phủ đặt ra là một ứng cử viên mạnh mẽ để cung cấp định tuyến QoS liên miền ngoài dải giá trị gia tăng và linh hoạt. Đặc biệt, điều này trở lên hoàn toàn phù hợp khi mô hình lƣu lƣợng liên miền cần phải thích nghi linh hoạt và phản ứng nhanh chóng với các điều kiện thay đối của mạng trung bình và cao, nơi mà các giải pháp trƣớc đây dƣờng nhƣ không thể thực hiện tại thời điểm hiện tại.
Kiến trúc lớp phủ thích hợp khi các miền truyền thông đƣợc multihomed, và do đó có thể cần một số loại cơ chế để nhanh chóng thay đối hoạt động lƣu lƣợng của chúng tùy thuộc vào các điều kiện mạng. Multihoming là xu hƣớng mà phần lớn các hệ thống tự trị sơ khai thực hiện trong internet ngày nay, mà chủ yếu là cố gắng để đạt đƣợc cân bằng tải và khả năng chịu lỗi trong kết nối mạng. Thực tế là, gần 80% của hơn 17000 hệ thống tự trị cấu thành internet là hệ thống tự trị sơ khai, nơi mà đa số các bộ phận đƣợc multihomed. Thêm vào đó, hiện nay các đặc tính lƣu lƣợng liên miền tiết lộ rằng một hệ thống tự trị sẽ trao đổi lƣu lƣợng với phần lớn internet, chỉ một số ít hệ thống tự trị chịu trách nhiệm về lƣu lƣợng lớn nhất hiện tại. Hơn nữa, lƣu lƣợng này chủ yếu là trao đổi giữa các hệ thống tự trị không đƣợc kết nối trực tiếp; thay vào đó chúng thông thƣờng là 2, 3, 4 chặng cách xa. Nhƣ vậy, có thể hình thành một kiến trúc lớp phủ phân bố hoàn toàn và lớp định tuyến đƣợc thiết kế cự thể để cung cấp định tuyến đảm bảo QoS liên miền giữa các hệ thống tự trị đƣợc multihomed không ngang hàng đƣợc lựa chọn theo chiến lƣợc.
Động lực quan trọng nhất cho lƣu lƣợng ảnh hƣởng theo cách này là với chỉ một số rất nhỏ thực thể lớp che phủ, nhƣng nằm ở vị trí chiến lƣợc đƣợc lựa chọn từ xa các hệ thống tự trị multihomed đủ để kiểm soát một phần quan trọng của lƣu lƣợng cho loại hệ thống tự trị triển khai rộng rãi nhất trong Internet hiện nay. Một
lợi thế lớn của chƣơng trình này là không thực thể che phủ nào là cần thiết trong bất kỳ hệ thống truvền tải nào đang kết nối các hệ thống tự trị từ xa trong mô hình che phủ. Nhƣ vậy, sự phức tạp của sự cung cấp QoS động đƣợc đẩy tới mép của mạng bằng một cấu trúc lớp che phủ đƣợc phân phối. Trong đề xuất này một cặp thực the