Nhằm sỏng tỏ cỏc yờu cầu và khảnăng triển khai ỏp dụng cỏc kỹ thuật định tuyến đạt được hiệu năng cao trong cỏc mụ hỡnh mạng, ta xem xột khảnăng thực thi của định tuyến với cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn định tuyến trờn cỏc khớa cạnh cơ sở bao gồm cỏc kiểu định tuyến: Tập trung, phõn tỏn và phõn cấp.
a, Định tuyến tập trung
Trong mạng sử dụng kỹ thuật định tuyến tập trung, mỗi nỳt duy trỡ thụng tin về toàn bộ trạng thỏi mạng, bao gồm cấu trỳc vật lý của mạng và thụng tin trạng thỏi của từng liờn kết. Giao thức trạng thỏi liờn kết sẽ cập nhật trạng thỏi toàn mạng tại mỗi nỳt (vớ dụ như giao thức OSPF, IS-IS). Dựa vào thụng tin liờn kết trạng thỏi, toàn bộ đường đi sẽđược tớnh toỏn tại mỗi nỳt. Do vậy, nú trỏnh được cỏc vấn đề của tớnh toỏn phõn tỏn, như lặp đến vụ cựng, đường đi lặp vũng. Với phương phỏp tớnh toỏn tập trung, cỏc node cú thể triển khai cỏc thuật toỏn đơn giản, dễ thực hiện để thực hiện tớnh toỏn tỡm đường đi tối ưu.
Tuy vậy, định tuyến tập trung gặp phải một số vấn đề sau.
Thứ nhất, để hỗ trợ chất lượng dịch vụvà đỏp ứng cỏc tham số mạng, trạng thỏi toàn mạng tại mỗi nỳt phải được cập nhật đủ tần suất cần thiết để đỏp ứng cỏc thay đổi liờn tục của cỏc tham số mạng như băng thụng và trễ. yờu cầu này sẽ dẫn đến chi phớ truyền tin khỏ cao đối với cỏc mạng lớn.
Thứ hai, giao thức trạng thỏi liờn kết chỉ cú thể cung cấp thụng tin gần đỳng với trạng thỏi mạng và mức độ sai lệch càng lớn nếu thụng tin chưa được cập nhật. Vỡ vậy, thuật toỏn định tuyến cú thể khụng tỡm ra đường đi cho lưu lượng yờu cầu do thụng tin trạng thỏi khụng chớnh xỏc.
93
Thứ ba, vỡ quỏ trỡnh tớnh toỏn chỉ tập trung tại nỳt nguồn nờn chi phớ là khỏ cao khi cú một lượng lớn cỏc yờu cầu và nhiều ràng buộc. Như vậy, vấn đề của cơ chếđịnh tuyến tập trung chớnh là khảnăng mở rộng kộm. Định tuyến tập trung khú cú thểđược thực hiện với mạng cú quy mụ lớn.
b, Định tuyến phõn tỏn
Trong cỏc mạng sử dụng kỹ thuật định tuyến phõn tỏn, đường đi được tớnh toỏn tại cỏc nỳt trung gian giữa nguồn và đớch. Vỡ vậy, thời gian đỏp ứng yờu cầu định tuyến là ngắn hơn và dễ dàng mở rộng. Định tuyến phõn tỏn cú thể tỡm ra nhiều đường điđồng thời cho cựng một node và làm tăng xỏc suất thành cụng của bài toỏn định tuyến. Hầu hết cỏc thuật toỏn định tuyến cũng yờu cầu mỗi nỳt duy trỡ trạng thỏi toàn mạng (thường dưới dạng cỏc vectơ khoảng cỏch, mỗi bảng chứa thụng tin cho từng tham số), cỏc quyết định định tuyến được thực hiện tại từng nỳt mạng.
Vỡ định tuyến phõn tỏn cũng dựa vào trạng thỏi toàn mạng nờn nú cũng gặp phải một số vấn đề về khảnăng mở rộng như định tuyến tập trung. Ngoài ra, do thụng tin trạng thỏi ở mỗi nỳt khụng hoàn toàn giống nhau nờn cú thể hỡnh thành cỏc đường đi lặp vũng, gõy lóng phớ tài nguyờn mạng. Lặp vũng cũng cú thể được phỏt hiện khi nỳt nhận được cỏc bản tin điều khiển trong khoảng thời gian tớnh theo giõy đồng hồ. Tuy nhiờn, cỏc vũng lặp thường làm cho quỏ trỡnh định tuyến khụng thành cụng vỡ cỏc vector khoảng cỏch khụng cung cấp đầy đủcỏc thụng tin để tỡm đường đi thay thế.
c, Định tuyến phõn cấp
Định tuyến phõn cấp nhằm giải quyết khả năng mở rộng của định tuyến nguồn trong cỏc mạng lớn. Định tuyến phõn cấp cú khảnăng mở rộng rất tốt bởi vỡ mỗi nỳt mạng chỉ duy trỡ thụng tin về trạng thỏi toàn mạng đó giản lược, nghĩa là cỏc nhúm nỳt tương ứng với cỏc nỳt logic. Ở mỗi cấp, trong mụ hỡnh phõn cấp, định tuyến tập trung được sử dụng để tỡm đường đi phự hợp dựa vào trạng thỏi mạng đó giản lược. Vỡ vậy, định tuyến phõn cấp cú nhiều ưu điểm của định tuyến tập trung. Bờn cạnh đú, nú cũng cú ưu điểm của định tuyến phõn tỏn vỡ quỏ trỡnh tớnh toỏn được chia sẻ tại nhiều nỳt mạng.
Tuy vậy, vỡ trạng thỏi mạng đó được tập hợp lại nờn thụng tin này là càng trở nờn khụng chớnh xỏc. Cụ thểhơn, mỗi nỳt logic cú thể là một mạng con cú rất nhiều nỳt và cú nhiều liờn kết vật lý khỏc nhau, nhưng cỏc thụng tin này khụng được thể hiện nếu coi mạng đú là một nỳt logic. Vấn đề này càng trở nờn phức tạp hơn khi cơ chếđịnh tuyến hỗ trợ nhiều tham số QoS. Cú thể cú nhiều đường đi giữa hai nỳt biờn của một logic ứng với cỏc tài nguyờn khỏc nhau trờn cỏc đường đi đú. Làm thếnào để gom cỏc thụng tin vẫn cũn là một vấn đề mởđối với định tuyến phõn cấp.
94
Việc lựa chọn phương phỏp định tuyến đạt được hiệu năng cao nào cũn phụ thuộc và chi phớ của quỏ trỡnh định tuyến và phõn thành 3 loại: Chi phớ giao thức, xử lý và lưu trữ thụng tin.
Chi phớ giao thức: Một yờu cầu cơ bản của cỏc phương phỏp định tuyến là phải theo dừi sự thay đổi của cỏc tài nguyờn mạng hiện cú (như băng thụng liờn kết) nờn thụng tin này sẽ cú giỏ trị với thuật toỏn tỡm đường. Giả sử giao thức trạng thỏi liờn kết được sử dụng để cập nhật trạng thỏi mạng, vỡ cơ chế cập nhật sẽđồng thời gửi thụng tin về tất cả trạng thỏi liờn kết của bộ định tuyến cho cỏc bộđịnh tuyến cũn lại trong mạng, nờn chi phớ xử lý và vận chuyển bản tin sẽ phõn bổ nhiều cho cỏc liờn kết và cỏc nỳt trong mạng. Mặt khỏc giao thức trạng thỏi liờn kết chỉ cần thay đổi cỏc sai khỏc về trạng thỏi để phõn bổ thờm cỏc thụng tin về QoS, nhưng cần phải thờm cơ chế đề xỏc định thiết bị cần gửi bản tin cập nhật. Cụ thểhơn, cỏc bộđịnh tuyến cần xỏc định băng thụng hiện cú tại cỏc liờn kết và xỏc định khi nào cú một sự thay đổi đỏng kể cần cập nhật. Cơ chế khởi động quỏ trỡnh cập nhật sẽ quyết định chớ phớ và hiệu suất của định tuyến.
Cơ chế khởi động cập nhật sẽxỏc định khi nào gửi bản tin cập nhật, mọi sựthay đổi của tài nguyờn được thụng bỏo sẽ cung cấp thụng tin về trạng thỏi mạng rất chớnh xỏc, nhưng chi phớ để chuyển tải thụng tin này là rất lớn. Một phương phỏp đơn giản để hạn chế tần suất cập nhật thụng tin là sử dụng bộ định thời gian. Cơ chế này điều khiển trực tiếp lượng tin cập nhật, nhưng khụng bỏm sỏt mọi thay đổi quan trọng theo thời gian. Để bỏm sỏt mọi thay đổi quan trọng, người ta đỏnh giỏ mức độ thay đổi của tham số. Vớ dụ, phương phỏp dựa vào mức ngưỡng sẽ quyết định gửi bản cập nhật bất cứ lỳc nào giỏ trị mới nằm ngoài phạm vi tớnh theo % của giỏ trị cũ. Phương phỏp này điều khiển dựa vào sựcõn đối giữa độ chớnh xỏc của thụng tin và lượng tin cập nhật dẫn tới hiện tượng lưu lượng tăng đột biến và làm tắc nghẽn mạng.
Vỡ vậy, người ta cú thể sử dụng kết hợp bộđịnh thời với mức ngưỡng đỏnh giỏ thay đổi. Chu kỳ cập nhật xỏc định khoảng thời gian tối thiểu và tối đa giữa hai lần cập nhật. Mức ngưỡng sẽ đỏnh giỏ sự thay đổi của cỏc tham số mạng là đỏng kể hay khụng. Nếu thay đổi của tham số mạng là đỏng kể (tức là vượt ngưỡng cho phộp) và khoảng thời gian từ lần cập nhật trước đến hiện tại lớn hơn mức ngưỡng của chu kỳ cập nhật, thỡ thay đổi sẽ được thụng bỏo cho cỏc nỳt mạng. Nếu quỏ chu kỳ cho phộp mà khụng cú sựthay đổi đỏng kể (cú thể do mức ngưỡng đặt quỏ cao) thỡ bản tin trạng thỏi vẫn sẽ được gửi đi. Như vậy, vấn đề là phải cõn đối giữa chi phớ của tần suất thụng bỏo và độ chớnh xỏc của thụng tin trạng thỏi.
95
Chi phớ yờu cầu xử lý: Chi phớ xử lý bao gồm xử lý cỏc bản tin cập nhật và tớnh toỏn, chọn đường đi. Chi phớ xử lý cỏc bản tin cập nhật truy nhập vào cơ sở dữ liệu dựa vào bản tin nhận được. Nếu số lần cập nhật tăng thỡ chi phớ này sẽtăng theo.
Tớnh toỏn đường đi là thành phần cú nhiều thay đổi hơn cả so với định tuyến nỗ lực tối đa. Cỏc đường đi được tớnh toỏn dựa vào cỏc tớnh chất của yờu cầu và thụng tin về tài nguyờn hiện cú. Cơ chếđịnh tuyến nỗ lực tối đa và định tuyến QoS khỏc nhau ở hai điểm: thuật toỏn thực hiện và điều kiện kớch hoạt thuật toỏn. Điều kiện kớch hoạt thuật toỏn chớnh là nhõn tố quyết định chi phớ tớnh toỏn của cơ chế định tuyến QoS. Cỏc đường đi cú thểđược tớnh theo yờu cầu hoặc được tớnh trước. Trong cơ chếđịnh tuyến nỗ lực tối đa, thụng tin định tuyến được chuyển vào bảng chuyển tiếp gúi FIB (Forward Information Base) theo mụ hỡnh đẩy “push”, tức là giao thức định tuyến đẩy toàn bộ nội dung của bảng định tuyến RIB. Khỏc với định tuyến nỗ lực tối đa, định tuyến QoS sử dụng mụ hỡnh “pull” (kộo), cỏc đường đi được chốn cú chọn lọc vào bảng FIB. Việc chốn cỏc đường vào bảng FIB được thực hiện bởi giao thức bỏo hiệu để thiệt lập đường đi cho loại lưu lượng nào đú.
Nếu đường đi được tớnh theo yờu cầu, thỡ ưu điểm là luụn sử dụng thụng tin mới được cập nhật nờn độ sai lệch với trạng thỏi mạng thực tế là thấp. Tuy nhiờn, nếu yờu cầu đến quỏ nhiều sẽlàm tăng đỏng kể chi phớ tớnh toỏn. cỏch tiếp cận thứhai tương tự như định tuyến nỗ lực tối đa, cỏc đường đi cỏc đường đi sẽđược tớnh trước. Tuy nhiờn, khi yờu cầu vềbăng thụng chưa được biết thỡ bảng định tuyến cần phải được tớnh trước cho từng nỳt đớch với cỏc yờu cầu băng thụng cú thểcú trong tương lai.Chi phớ để tớnh toỏn một đường đi phụ thuộc vào cấu hỡnh mạng và khoảng cỏch tương đối giữa nguồn và đớch. Một nhõn tố quyết định đối với tớnh toỏn yờu cầu là tần suất của cỏc yờu cầu mới.
Ngược lại, tớnh toỏn trước hầu như khụng nhạy cảm với tần suất của cỏc yờu cầu mới, nú chỉ phụ thuộc vào tần suất mà bảng định tuyến được tớnh lại. Trong khi tần suất của yờu cầu mới khụng thểđiều khiển được thỡ tần suất tớnh lại bảng định tuyến lại phụ thuộc vào bộ định tuyến. Việc tớnh toỏn lại bảng định tuyến thường xuyờn sẽ làm tăng độ chớnh xỏc và hiệu suất định tuyến, nhưng cũng đồng thời làm tăng tải cần xử lý. Hơn nữa để xõy dựng bảng định tuyến sẽ phức tạp hơn nhiều so với việc tớnh toỏn một đường đơn và nú đũi hỏi chi phớ giải phúng bộ nhớ và tỏi cấp phỏt bộ nhớ. Ngoài ra, sau khi bảng định tuyến đó được xõy dựng, cần phải thờm một bước chọn đường từ bảng định tuyến - tức là tỡm đường đi thớch hợp khi cú một yờu cầu đến.
Chi phớ xõy dựng bảng định tuyến trong cỏch tớnh trước phụ thuộc vào băng thụng hiện cú của cỏc liờn kết mạng, tập hợp cỏc giỏ trị khỏc nhau sẽ tạo ra cỏc bảng định
96
tuyến khỏc nhau với chi phớ khỏc nhau. Chi phớ cho việc tỡm đường thớch hợp sau khi đó xõy dựng bảng định tuyến là nhỏvà khụng đỏng kể so với cỏc chi phớ khỏc.
Khi một đường được tớnh để phục vụ một yờu cầu mới, chi phớ tớnh toỏn phụ thuộc vào vị trớ đớch của yờu cầu, vị trớ đớch sẽ quyết định số lần lặp của thuật toỏn. Khi chiều dài đường đi tăng lờn, chi phớ tớnh toỏn đường đi sẽ tiến gần đến chi phớ xõy dựng bảng định tuyến; vỡ với nỳt đớch ởxa, cỏc đường đi tới tất cả cỏc nỳt sẽđược tớnh trước khi tới đớch.
Chi phớ lưu trữ thụng tin: Chi phớ lưu trữ liờn quan đến việc mở rộng cơ sở dữ liệu để lưu trữ thờm cỏc thụng tin về tài nguyờn liờn kết hiện cú. Ngoài ra, nếu bảng định tuyến cú tớnh toỏn tới cỏc ràng buộc được dựng thỡ cũng làm tăng thờm chi phớ lưu trữ. Kớch cỡ bảng định tuyến phụ thuộc vào phần thực hiện cụ thể. Như vậy chi phớ hoạt động của định tuyếngồm chi phớ cho giao thức trao đổi thụng tin định tuyến, tớnh toỏn đường đi , và lưu trữ cỏc thụng tin vềtài nguyờn trong cơ sở dữ liệu.
3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Phần đầu của chương 3 trỡnh bày về nguyờn tắc hoạt động của mạng chuyển mạch gúi, cỏc phương phỏp chuyển gúi và kiến trỳc chức năng của hệ thống chuyển mạch gúi điển hỡnh. Trờn cơ sở phõn tớch cấu trỳc chức năng của hệ thống chuyển mạch gúi, vấn đề phõn loại trường chuyển mạch gúi, cũng như phõn tớch và đỏnh giỏ cỏc kiểu trường chuyển mạch gúi điển hỡnh giỳp cho sinh viờn nắm bắt được cỏc ưu nhược điểm của cấu trỳc trường chuyển mạch gúi trong cỏc thiết bị chuyển mạch gúi. Cỏc giao thức định tuyến được chỉ ra trong hai miền mạng điển hỡnh là miền mạng ATM và IP là cỏc giao thức hiện đang sử dụng và được tỏi sử dụng trong một số cụng nghệ chuyển mạch tiờn tiến. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
97
Chương 4
CễNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH TIấN TIẾN