Vƣợt qua ranh giới miền quản trị một giao thức định tuyến liên miền [14] đƣợc sử dụng để trao đổi thông tin, và để lựa chọn đƣờng dẫn tốt nhất để đạt đến bất kỳ đích nào theo những nguyên tắc cụ thể và nhu cầu của mỗi miền. Ngƣợc lại với trƣờng hợp nội miền, với định tuyến liên miền có một giao thức định tuyến chuẩn thực tế, giao thức cổng đƣờng biên BGP. Phiên bản hiện tại của BGP là một giao thức định tuyến theo vector, nó chỉ nhận biết về các mối liên kết giữa các miền quản trị khác nhau. Nói cách khác, BGP không quản lý hoặc trao đổi bất kỳ loại thông tin nội miền nào, do đó, tình trạng nội mạng trong bất kỳ miền quản trị nào cũng không bị tiết lộ bởi BGP. Tóm lại, trong khi định tuyến nội miền quản lý việc lựa chọn đƣờng đi tốt nhất trong một miền quản trị duy nhất, thì định tuyến liên miền lại giữ cho Internet nhƣ một đơn vị duy nhất.
Định tuyến nội miền Định tuyến liên miền
Miền 1
Miền 2
Miền 3
BGP hiện tại cung cấp một phản ứng lại chậm và giao thức định tuyến có giới hạn, mà không đủ để xử lý hầu hết các nhu cầu xuất hiện cho các chức năng liên miền. Trong số những yêu cầu liên miền này không có các cơ chế hiệu quả về giá và hiệu quả cao để cung cấp các mức độ khác nhau của QoS end-to-end, trong đó giao thức định tuyến liên miền thì lại có tầm quan trọng tuyệt đối. Nói cách khác, phiên bản hiện tại của BGP thiếu năng lực định tuyến dựa trên QoS, cái mà đã đƣợc công nhận nhƣ một nhu cầu mạnh mẽ của nhóm đặc trách kỹ thuật internet (IETF) từ giữa năm 1998. Do đó, nhiều nỗ lực đang đƣợc thực hiện để giải quyết vấn đề định tuyến dựa trên QoS ở mức độ liên miền trong các mạng IP.
Nhƣ vậy, cả ở mức độ nội miền và ở mức độ liên miền đều cần giải quyết các vấn đề định tuyến dựa trên QoS. Luận văn chọn phƣơng án sử dụng một giao thức định tuyến cơ bản là OSPF, từ đó mở rộng các thuật toán và các cơ chế định tuyến liên quan để đảm bảo QoS. Một vấn đề cần quan tâm nhất là vấn để tăng tải do truyền thông tin định tuyến, nhất là khi chọn đƣờng đảm bảo các ràng buộc về QoS. Luận văn chọn đi sâu phân tích một vài cơ chế liên quan đến lan tràn thông tin định tuyến bằng “flooding”. Điều này sẽ đƣợc trình bày ở chƣơng 2
Tóm lại: Chương 1 đã giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát về định tuyến dựa trên QoS, chỉ ra các vấn đề cơ bản của định tuyến đảm bảo QoS như metric, thuật toán…Chương 2 sẽ trình bày về định tuyến dựa trên QoS trong mạng có phân cấp định tuyến-mạng phổ biến hiện nay (định tuyến QoS nội miền và liên miền) và phân tích cơ chế trao đổi thông tin định tuyến.
CHƢƠNG 2 – CƠ BẢN VỀ CÁC CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN QoS [2]
Định tuyến Internet có thể đƣợc chia thành 2 phần riêng biệt, mỗi phần có một đặc điểm và mục đích rất khác nhau, cụ thể là định tuyến nội miền và định tuyến liên miền. Chƣơng 2 trình bày về định tuyến QoS nội miền và liên miền, sau đó tổng kết về các cơ chế cơ bản nhất trong định tuyến QoS. Nội dung của chƣơng này phục vụ cho các trình bày về mở rộng thuật toán định tuyến OSPF cho QoS ở Chƣơng 3.
2.1. Định tuyến QoS nội miền
Đối với định tuyến dựa trên QoS nội miền, ngƣời ta chủ động bố trí nhiều sơ đồ với các thuật toán khác nhau trong cùng một miền. Ngƣời quản lý có quyền lựa chọn loại định tuyến dựa trên QoS bất kỳ trong miền này, độc lập với định tuyến dựa trên QoS trong các miền khác. Ở mức này ngƣời ta khuyến khích sự đa dạng các dịch vụ định tuyến dựa trên QoS trải suốt từ việc tính toán đƣờng động dựa trên thông tin trạng thái hiện thời cho tới các đƣờng dự trữ tính hỗ trợ một số ít các lớp dịch vụ.
Tuy nhiên, định tuyến dựa trên QoS nội miền yêu cầu một vài đặc điểm chung, nhƣ đƣợc liệt kê dƣới đây:
Sơ đồ định tuyến phải tìm đƣờng đáp ứng yêu cầu QoS của luồng lƣu lƣợng, nếu tồn tại một luồng lƣu lƣợng nhƣ thế. Ngƣợc lại nó phải chỉ ra rằng luồng lƣu lƣợng đó không đƣợc phép.
Để tối ƣu hoá việc sử dụng tài nguyên, sơ đồ định tuyến phải có thông báo đƣờng bị ngắt mỗi khi đƣờng bị ảnh hƣởng bởi những thay đổi topo trong mạng.
Sơ đồ định tuyến phải hỗ trợ các luồng cố gắng tối đa, những luồng này không có các yêu cầu dành trƣớc tài nguyên. Nói cách khác, các giao thức và ứng dụng cố gắng tối đa hiện thời không cần phải thay đổi trong miền định tuyến dựa trên QoS.
Sơ đồ định tuyến đƣợc mong đợi là phải hỗ trợ định tuyến dựa trên QoS đa đích.
Sơ đồ định tuyến phải có quyền kiểm soát cho phép ở mức cao hơn, để hạn chế sự sử dụng tài nguyên tổng thể của các luồng riêng.
Trong phần này ta tập trung vào định tuyến dựa trên QoS nội miền, còn định tuyến dựa trên QoS liên miền sẽ đƣợc đề cập trong phần kế tiếp. Các vấn đề chính khi lựa chọn một đƣờng dẫn, chẳng hạn nhƣ sự phức tạp, độ chính xác của thông tin định tuyến và sự ổn định định tuyến đƣợc phân tích dƣới đây. Sau đó, định tuyến đa đích, định tuyến liên kết rời và định tuyến dựa trên dự báo cũng đƣợc trình bày ở phần cuối.
2.1.1. Vấn đề thuật toán lựa chọn đƣờng đi
Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng bởi các thuật toán định tuyến dựa trên QoS tính toán đƣờng dẫn đa ràng buộc thì thƣờng theo một thỏa hiệp giữa sự tối ƣu của đƣờng dẫn và độ phức tạp của thuật toán. Các nghiên cứu của các thuật toán tính toán đƣờng dẫn mới nhằm cải thiện độ phức tạp và chất lƣợng của đƣờng dẫn vẫn còn là một vấn đề mở trong lĩnh vực định tuyến dựa trên QoS.
2.1.1.1. Quá tải trong thuật toán định tuyến dựa trên QoS động
Mục tiêu của giao thức định tuyến dựa trên QoS có thể bị thỏa hiệp bởi việc áp đặt thêm tải trong mạng. Tải trọng đƣợc giới thiệu bởi các phƣơng pháp định tuyến dựa trên QoS bao gồm:
Quá tải xử lý do việc tính toán thƣờng xuyên hơn và phức tạp hơn.
Việc lƣu trữ bổ sung cần thiết để hỗ trợ các giao thức định tuyến dựa trên QoS.
Các quá tải truyền thông gây ra bởi sự gia tăng lƣợng thông tin định tuyến đƣợc trao đổi trong mạng.
Cần lƣu ý rằng tất cả những yếu tố này tác động chặt chẽ tới khả năng mở rộng mạng, tức là khả năng mở rộng trở thành một vấn đề phải đƣợc giải quyết bởi bất kỳ đề xuất định tuyến dựa trên QoS nào.
Các quá tải xử lý gây ra bởi định tuyến dựa trên QoS là do 2 yếu tố chính, cụ thể là, sự phức tạp của thuật toán tính toán đƣờng dẫn và tần suất tính toán đƣờng dẫn. Vì số các ràng buộc cần đƣợc thỏa mãn bởi các thuật toán định tuyến ngày càng tăng lên. Độ phức tạp của thuật toán tính toán đƣờng dẫn trở lên cao hơn, đòi hỏi khắt khe hơn trong việc xử lý các nguồn tài nguyên. Sau đó, trong trƣờng hợp của phƣơng pháp tính toán trƣớc đƣờng dẫn, các đƣờng dẫn đảm bảo QoS đã cài đặt bảng định tuyến phải đƣợc cập nhật tình trạng mạng, và trong trƣờng hợp tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu, các đƣờng dẫn phải đƣợc
toán tính toán đƣờng dẫn đƣợc sử dụng thƣờng xuyên hơn trong các giao thức định tuyến truyền thống, do đó đòi hỏi xử lý các nguồn tài nguyên nhiều hơn. Mặc dù hầu hết các đề xuất định tuyến dựa trên QoS sử dụng tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu, cách định tuyến này có hai nhƣợc điểm. Thứ nhất, nó gây ra trễ trƣớc khi bắt đầu chuyển tiếp lƣu lƣợng. Thứ hai, nó đòi hỏi phải áp dụng các thuật toán tính toán đƣờng đi cho mỗi yêu cầu kết nối, do đó đƣa thêm quá tải xử lý trên các bộ định tuyến, đặc biệt là khi tỷ lệ đến của các yêu cầu kết nối không cao. Tính toán trƣớc đƣờng dẫn là cách tiếp cận khác để xử lý các vấn đề của quá tải xử lý kết hợp với tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu do tác dụng phụ của sự thiếu chính xác cuối cùng của quyết định định tuyến [7]-[8].
Định tuyến dựa trên QoS làm tăng nhu cầu lƣu trữ trong bộ định tuyến do sự tăng lƣợng thông tin trạng thái mạng và do kích thƣớc của các bảng định tuyến dựa trên QoS. Thông tin đƣợc lƣu giữ trong các bộ định tuyến bao gồm các metric mô tả trạng thái của các liên kết trong mạng nhƣ trễ, tỷ lệ mất mát và sử dụng, và dữ liệu thống kê về lƣu lƣợng kết hợp đƣợc chuyển tiếp thông qua bộ định tuyến. Kích thƣớc của các bảng định tuyến dựa trên QoS đƣợc xác định bởi loại lƣu lƣợng sử dụng, và có thể thay đổi từ chỉ một đƣờng vào cho mỗi đích đến trong mạng. Mặc dù định tuyến dựa trên QoS cần nhiều tài nguyên hơn, nhƣng dung lƣợng bộ nhớ của các bộ định tuyến hiện tại hoàn toàn đủ khả năng đáp ứng, do đó nó không phải là một hạn chế nghiêm trọng cho việc triển khai các giải pháp định tuyến dựa trên QoS trong mạng.
Trong trƣờng hợp các giao thức trạng thái liên kết, quá tải truyền thông là do tải của quá trình “flooding” sử dụng trong việc trao đổi thông tin trạng thái liên kết giữa các bộ định tuyến trong mạng. Do các bộ định tuyến cần phải cập nhật trạng thái mạng để hỗ trợ các quyết định định tuyến chính xác, thông tin trạng thái cần phải đƣợc phân phối thƣờng xuyên và vì thế có thể làm tăng quá tải truyền thông. Tác động của vấn đề này phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ số lƣợng các tham số QoS, thang thời gian của quyết định định tuyến, mô hình định tuyến và sự tức thời của việc tính toán đƣờng dẫn. Giao thức định tuyến dựa trên QoS dựa trên sự thăm dò có thể cũng đƣa ra quá tải truyền thông trong mạng. Trong trƣờng hợp này, quá tải là do các bản tin thăm dò đƣợc sử dụng để thu thập trạng thái của liên kết trong mạng hoặc để kiểm tra đƣờng dẫn thay thế cần thiết cho các yêu cầu kết nối cụ thể. Số chi phí truyền thông do bản tin thăm dò tùy thuộc vào số lƣợng các bản tin tham dò ban hành, kích thƣớc và tần suất phát ra của chúng. Các bản tin báo hiệu phát ra bởi các giao thức định tuyến dựa trên QoS, giao thức mà thực thi tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu và thiết lập
đƣờng dẫn là các yếu tố khác góp phần vào chi phí truyền thông. Các bản tin báo hiệu đƣợc sử dụng để yêu cầu tính toán các đƣờng dẫn cụ thể cho việc tính đƣờng dẫn theo yêu cầu và để cài đặt đƣờng dẫn đảm bảo QoS tƣơng ứng trên các nút dọc theo các đƣờng dẫn đảm bảo QoS. Cách tiếp cận này gây gia tăng cả về truyền thông và quá tải xử lý.
Việc giảm quá tải truyền thông có thể đƣợc thực hiện theo 2 cách bổ sung. Đầu tiên là giới hạn số lƣợng các bản tin định tuyến bằng cách giới hạn tần suất phát ra của bản tin cập nhật và bằng cách giới hạn số lƣợng các bộ định tuyến mà có đủ điều kiện để nhận bản tin cập nhật. Sự phân bố các bản tin cập nhật có thể đƣợc thực hiện ngay khi một sự thay đổi trạng thái xảy ra trong mạng. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có thể dẫn đến quá tải truyền thông trên mạng và cũng có thể tạo ra sự bất ổn định. Thay vì phân phối các bản tin cập nhật ngay lập tức khi có một sự thay đổi, quá trình phân phối đƣợc điều khiển chung bởi chính sách kích hoạt. Quá trình “flooding” sử dụng bởi giao thức trạng thái liên kết gây ra lƣợng tải mà có thể tiêu thụ lƣợng tài nguyên quá mức trong mạng, đặc biệt là khi sử dụng trong các định tuyến có hoạch định dựa trên QoS. Việc lựa chọn các giải pháp “flooding” phù hợp có thể giảm chi phí gây ra bởi sự phát ra của các bản tin cập nhật trạng thái liên kết trên toàn mạng.
Thứ hai là giảm kích thƣớc của bản tin định tuyến. Sự quảng bá các số liệu định lƣợng, thay vì quảng bá các giá trị tức thời, là một phƣơng pháp phổ biến để tránh các quá tải truyền thông quá mức của các giao thức định tuyến động. Cách tổ chức phân cấp của mạng cho phép kết hợp thông tin định tuyến giữa các cấp độ khác nhau và làm giảm lƣợng thông tin phải đƣợc phân phối và lƣu trữ, trong khi giảm số lƣợng các thiết bị định tuyến liên quan đến việc trao đổi thông tin định tuyến. Các tƣ tƣởng chiến lƣợc cho việc kết hợp thông tin định tuyến phải có trong việc xem xét mức độ của sự kết hợp và hiệu quả hoạt động định tuyến.
Khi kích thƣớc của mạng phát triển, tải gây ra bởi các giải pháp định tuyến dựa trên QoS có thể trở nên quá mức, ảnh hƣởng đến hiệu năng mạng. Vấn đề mở rộng quy mô liên quan đến lƣợng thông tin chảy trên mạng, tới sự phức tạp của thuật toán tính toán đƣờng dẫn, và tới lƣợng thông tin lƣu trữ và xử lý tại các bộ định tuyến. Các cơ chế có thể đƣợc sử dụng để điều khiển quá tải định tuyến và góp phần vào việc mở rộng quy mô bao gồm các số liệu định lƣợng và chính sách kích hoạt, lựa chọn flooding, tổng hợp thông tin và tính
Các quá tải kết hợp với định tuyến dựa trên QoS là một hạn chế quan trọng để triển khai nó. Cụ thể, quá trình flooding sử dụng để phân phối thông tin trạng thái của mạng là một yếu tố quan trọng trong quá tải định tuyến dựa trên QoS. Quan điểm của các phƣơng án định tuyến dựa trên QoS mới mà không dựa vào “flooding” hoặc khắc phục những khiếm khuyết của nó là một vấn đề cần đƣợc xem xét thêm.
2.2.1.2. Định tuyến dựa trên QoS theo thông tin không chính xác
Việc sử dụng các thông tin định tuyến không chính xác bởi thuật toán tính toán đƣờng dẫn có thể gây ảnh hƣởng tới việc thực thi của các giao thức định tuyến dựa trên QoS. Vì vậy, ngƣời ta mong muốn rằng tình trạng của mạng lƣu giữ ở tất cả các router luôn đƣợc cập nhật và phản ánh tình trạng của mạng một cách chi tiết và đầy đủ. Tuy nhiên, có một số yếu tố ngăn không cho thực hiện mục tiêu này, nhƣ mô tả dƣới đây.
Sự phân phối không thƣờng xuyên của bản cập nhật trạng thái liên kết định tuyến là một trong những nguồn không chính xác của thông tin định tuyến. Trong trƣờng hợp việc phân phối thông tin định tuyến đƣợc thực hiện định kỳ, những thay đổi trong trạng thái mạng xảy ra giữa hai lần cập nhật sẽ không đƣợc lan rộng, và do đó các đƣờng dẫn đang sử dụng vẫn nhƣ cũ, dẫn đến phân phối lƣu lƣợng không chính xác trong mạng. Một tình trạng tƣơng tự xảy ra khi sự điều khiển việc phân phối các thông điệp định tuyến đƣợc thực hiện bởi các chính sách cập nhật, chẳng hạn nhƣ dựa trên ngƣỡng hoặc dựa trên lớp. Nếu các thông số điều khiển chính sách cập nhật đƣợc cấu hình với độ nhạy thấp để hạn chế lƣợng truyền thông quá tải, thông tin trạng thái liên kết trong các bộ định tuyến sẽ trở thành cũ và các thuật toán tính toán đƣờng dẫn có thể đƣa ra quyết định định tuyến sai.
Các đề xuất vận dụng thông tin trạng thái không chính xác phải đối phó với một thỏa hiệp giữa quá tải giao thức cần thiết để giữ thông tin trạng thái cập nhật và sự thiếu chính xác phát sinh do giới hạn của sự phát ra của bản cập nhật.