Định tuyến là quá trình xác định con đường mà thông tin sẽ đi từ DTE nguồn đến DTE đích. Thuật toán định tuyến được phân biệt đơn giản nhất là tĩnh hoặc động. Định tuyến tính là quá trình định tuyến không phụ thuộc vào điều kiện của
NHÓM 5 – KTVTA-K51 43
hạn chế tắc nghẽn và giảm thiểu độ trễ.
Thuật toán định tuyến cũng được phân loại trên cơ sở vị trí quyết định nhue tập trung hoặc phân tán. Trong thuật toán tập trung, việc lựa chọn tuyến đường được thức hiện tập trung 1 nơi. Các quyết định được thức hiện trên cơ sở thong tin trạng thái từ nút định tuyến mạng và quyết định này sau đó được truyền đạt đến nút khác. Trong thuật toán phân tán, không điều khiển trung tâm như vậy mà các nút hoặc đưa ra quyết định định tuyến độc lập hoặc các nút chia sẻ thông tin và các quyết định được và hợp tác thực hiện. Thuật toán phân tán có lợi thế là các thông tin có sẵn cho mỗi nút định tuyến về khu vực riêng của mạng có thể sẽ nhiều hơn so với một hệ thống tập trung. Thuật toán tập trung nói chung là đơn giản, tuy nhiên, và có thể dự đoán được
Quyết định định tuyến thường được làm bằng cách giảm thiểu chi phí một số chức năng trên tất cả (hoặc tại ít nhất 1) tuyến đường có thể. Hàm chi phí có thể lien quan đến số lượng các liên kết trong tuyến đường như:
1. Độ trễ
2. Khả năng liên kết 3. Chi phí liên kết 4. Xác suất lỗi dư
Các tính chất mong muốn của một thuật toán định tuyến phân phối động là: 1. Tính toán hiệu quả - việc tính toán tại mỗi nút định tuyến được giảm thiểu. 2. Truyền tin hiệu quả - việc tuyền thông không liên kết kết nối các nút định tuyến
được giảm thiểu.
3. Mạnh mẽ - như định tuyến lưu lượng hiệu quả và hiệu quả dưới băng thông rộng nhất có thể và điều kiện mạng bao gồm lỗi tại các nút hoặc liên kết do sai số của thiết bị
4. Sự ổn định – sự thay đổi đột ngột của điều kiện lưu lượng hoặc mạng dưới điều kiện không sản xuất dao động đáng kể trong bất kỳ giá trị QoS nào như độ trễ. 5. Sự công bằng – tất cả các người sử dụng (của 1 lớp nhất định) đều được phân
xử công bằng bởi các mạng theo kiến nghị của QoS họ nhận được
6. Chi phí tối thiểu – các tuyến đường tối ưu được lựa chọn để giảm thiểu chi phí lựa chọn chức năng.
NHÓM 5 – KTVTA-K51 44
Lựa chọn đƣờng đi và cung cấp gói
Định tuyến bao gồm 2 chức năng chính đó là: (i) việc lựa chon 1 đường đi từ nguồn đến điểm đến trong mạng, (ii) cung cấp các gói tin thong qua tuyến đường này. Ban đầu việc thảo luận tại các trung tâm rất phức tạp. Sau đó nó trở nên dễ dàng hơn nhờ việc sư dụng bảng định tuyến.
Hình 18.23 Một mạng đơn giản (a) và bảng định tuyến (b)
Một bảng định tuyến tại một nút định tuyến đặc biệt bao gồm một sơ đồ giữa các nút đến của gói tin (thương đọc từ tiêu đề của gói tin đến) và các nút định tuyến tiếp theo mà gói tin được gửi đi. Ví dụ về một mạng với bảng định tuyến liên quan được thế hiện như hình 18.23.
Đây là thuật toán định tuyến nhằm xác định nội cung của bảng định tuyến. Trong thực tế, bẳng định tuyến thong thường bao gồm nhiều thông tin như trên hình 18.23. Ví dụ nó có thể chứa các bảng riêng biệt khác nhau ưu tiên gói hoặc lớp dịch vụ khách hàng.
Định tuyến tối ƣu
Lý thuyết đồ thị có thể được sử dụng để tìm ra 1 đường đi bất kỳ giữa các cặp nút mạng để giảm thiểu chi phí (ví dụ như khoảng các vật lý, độ trễ, chi phí cho mỗi bít thông tin được truyền, v..v..). Nếu chi phí chỉ ra con đường dài thì định tuyến tối ưu chỉ ra con đường ngắn nhất và 1 thuật toán tìm ra con đường tối ưu được gọi là thuật toán đường đi ngắn nhất. Ví dụ về thuậ toán đường đi ngắn nhất được đưa ra dưới hình thức các bước dưới đây.
1. Vẽ 1 đồ thị của mạng với trọng lượng của lien kết đại diện cho giá được tối thiểu
Bảng định tuyến nút 2 Đích
NHÓM 5 – KTVTA-K51 45
3. Chọn 1 trong các nút hiện tại (X) và gán nhãn vĩnh viễn tới nút đó
4. Tạm thời gán cho mỗi nút liền kề với nút hiện tại giá của liên kết kết nối với X
5. Tìm kiếm trên đồ thị một nút tạm thời tối thiểu tạm thời, thay đổi nhiệm vụ của nó từ tạm thời đến cố định bằng cách thêm một chỉ số dưới P, và sau đó lựa chọn đây là nút hiện tại mới
6. Ngoại trừ nút có chi phí nhiệm vụ vĩnh viễn, tạm thời gán cho mỗi nút liền kề với nút hiện tại một statement với chi phí tương đương với tổng chi phí của các liện kết nối vào nút hiện tại và gán vĩnh viễn nút hiện tại mới.
7. Nếu như {Giá từ nút X đến nút hiện tại}mới được gán cho nút nhỏ hơn nút được gán trước đó và thay thế các nhiệm vụ cũ bằng nhiệm vụ mới.
8. Quay trở lại bước 5 và tiếp tục cho đến khi assignment tại nút Y là không thay đổi. Chú ý rằng trong thuật toán tìm đường đi tối ưu giữa X và Y ở trên cũng thể được dung để tìm đường đi tối ưu giữa nut X và các nút khác.
Nếu thêm vào bước 9 như sau:
9. Quay trở lại bước 2 và thay thế nút Y bằng nút khác và tiếp tục cho đến khi assignment của tất cả các nút không thay đổi.
Và đường đi tối ưu giữa X và tất cả các nút khác sẽ được tìm thấy. Lặp lại thuật toán bằng cách thay đổi điểm bắt đầu với mỗi nút tìm thấy (tránh trường hợp trùng nhau không cần thiết) các tuyến đường tối ưu của tất cả các cặp nút.
Ma trận biểu diễn
Ma trận biểu diễn của topo mạng (phần 17.5.4) có thể được tổng quát hóa các yếu tố của ma trận cho thấy nó không chỉ bao gồm các nút được kết nối mà còn có cả giá của lien kết giữa các cặp kết nối. Một ma trận chi phí như vậy rất thích hợp để máy tính thực hiện một thuật toán tìm kiếm đường đi tối ưu qua mạng nhờ sử dụng lý thuyết đồ thị cơ bản. Các yếu tố có thể là tuyến đường dài, độ trễ hoặc một vài thước đo hiệu suất khác.
Ma trận cũng có thể được sử dụng để đại diện cho khả năng chuyển tiếp (bit/s) của liên kết từ nút i tới nút j. Nếu liên kết sẵn sàng, bảng 15.3, với khả năng tương tự trong mối hướng thì = . Bắt đầu từ liên kết kết nối nó với chính nó thì yếu tớ đường chéo của ma trận bằng 0, như = 0.
NHÓM 5 – KTVTA-K51 46
Hình 18.24 minh họa một mạng và chi phí tương ứng được mô tả dưới dạng ma trận giả liên kết đối ứng (tức là chi phí là như nhau cho dòng chảy thông tin từ cả 2 hướng). Hình vẽ mô tả một cách rất chi tiết về mạng và ma trận khả năng của nó.
Hình 18.24 Ví dụ về một mạng (a) và ma trận chi phí tương ứng của nó (b)
VÍ DỤ 18.4
Tìm ra đường đi tối ưu giữa nút B và nút E trong mạng 7 nút được xác định bởi ma trận chi phí:
Hình 18.25 Mạng và ma trận chi phí tương ứng
Mạng biểu diễn dưới dạng chi phí nhất định được minh họa trong hình 18.35. Các đường dẫn tìm thấy ở mỗi nút được tìm thấy nhờ việc áp dụng các thuật toán định tuyến tối ưu ở trên với B là nút bắt đầu được liệt kê dưới đây (Thứ tự của các đường dẫn là là một trong những yêu cầu có thể)
NHÓM 5 – KTVTA-K51 47
Do đó tuyến đường tối ưu giữa nút B và nút E (theo thứ tự ngược) là EFAB và chi phí cho tuyến đường này là 4. Lưu ý rằng đôi khi việc quyết định phụ thuộc hoàn toàn vào sự lựa chọn nút tiếp theo, nếu việc thay đổi tạm thời xuất hiện tại nhiều hơn 1 nút. Điều này chỉ ảnh hưởng tới thứ tự đường dẫn chứ không làm thay đổi kết quả cuối cùng về tuyến đường tối ưu.
Các thuật toán đường đi ngắn nhất mô tả ở trên đòi hỏi kiến thức của các cấu trúc liên kết mạng và chiều dài đường đi (hoặc giá trị hơn thường chi phí) của tất cả các liên kết kết nối. Nó đơn giản coi như là một thuật toán định tuyến tập trung. Các hình thức phân phối của thuật toán là có thể, tuy nhiên, trong đó mỗi nút giữ bản sao của topo và chi phí thông tin, cập nhật khi cần thiết trong việc triển khai tích cực. Một phiên bản của thuật toán này, sử dụng độ trễ là hàm chi phí, đã được thông qua bởi ARPANET (tiền thân của Internet) vào năm 1979. Thực hiện điều này, nút độ trễ (thời gian từ các gói đến thời gian truyền tải gói dữ liệu thành công) được ghi nhận và ghi nhận các gói tin đi qua một nút. Tuyên truyền, truyền tải chậm trễ (trước đây là tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn và chiều dài đường đi, sau này tùy thuộc vào chiều dài gói và tỷ lệ bit) được bổ sung vào nút độ trễ và 10 giây giá trị trung bình của tổng số hop chậm trễ được tính toán. Nếu chậm trễ hop khác đáng kể so với giá trị trước đó nó được phát sóng đến tất cả các nút mạng
NHÓM 5 – KTVTA-K51 48
khác (bởi flooding, mô tả dưới đây), mỗi nút xây dựng bảng định tuyến riêng của mình dựa trên thuật toán đường đi ngắn nhất. Giá trị chậm trễ tươi được phát sóng sau một thời gian không ít hơn 10 giây và không hơn hơn 60 s phụ thuộc vào tốc độ chậm trễ đang thay đổi.
Flooding
Thuật toán Flooding gọi trên mỗi nút để định tuyến (bản sao) tất cả các gói dữ liệu vào ra cùng tất cả các liên kết của nó ngoại trừ việc trên mà gói tin đến. Các gói tin có hiệu quả, do đó, cố gắng đi qua tất cả các tuyến đường có thể. Chiến lược phát sóng này làm cho các thuật toán cực kỳ đáng tin cậy với điều kiện giao thông là đủ ánh sáng, để tắc nghẽn do các gói dữ liệu được tái tạo không phải là một vấn đề nghiêm trọng. Flooding thường được sử dụng để phân phối thông tin định tuyến cho các nút mạng. Các vấn đề thực tế hạn chế số lượng các gói dữ liệu trong mạng để quản lý số được giải quyết bằng cách giới hạn thời gian tồn tại của mỗi gói tin trong thời gian thực (s), số lượng các nút đi qua, hoặc số lần (thường là 2) rằng bất kỳ nút cho gặp bất kỳ cho gói tin. Nếu cuộc đời gói không giới hạn, các gói dữ liệu sẽ được nhân rộng có nghĩa là mạng sẽ trở nên bão hòa.
Định tuyến ngẫu nhiên
Trong một hệ thống định tuyến ngẫu nhiên, mỗi nút chọn một liên kết đi cho mỗi gói tin đến ở ngẫu nhiên. Xác suất lựa chọn tương đối được gán cho mỗi liên kết có thể bằng hoặc trọng theo một số tiêu chí được xác định trước. Họ cũng có thể có điều kiện, ví dụ, trên kích thước của hàng đợi truyền tải trong bộ đệm truyền tải của đường đi. Độ trễ cũng có vấn đề, không chỉ vì sự chậm trễ trong thông điệp giao hàng có thể là lớn nhưng cũng bởi vì nó có thể thay đổi và không thể đoán trước. Ưu điểm là các nút không cần bảng định tuyến và có thông tin về cấu trúc liên kết mạng. Thuật toán cũng gần như chắc chắn để cung cấp một gói tin đến đích chính xác của nó miễn là ít nhất một tuyến đường đến đích tồn tại. Trong ý nghĩa này, thuật toán thực sự rất đáng tin cậy, cung cấp tin chậm trễ không còn là vấn đề đáng lo ngại.
Định tuyến nguồn
Định tuyến liên quan đến các hệ thống trong đó các tuyến đường (chứ không phải chỉ đơn giản là điểm đến) cho một gói cho được quy định trong các tiêu đề gói tin. Điều này đồng thời không cần cho các bảng định tuyến tại mỗi nút. Các tuyến
NHÓM 5 – KTVTA-K51 49
theo cách thông thường.
Định tuyến phân cấp
Đối với một mạng với N nút mỗi nút phải có một bảng định tuyến với N - 1 mục, tức là mỗi nút phải biết nút tiếp theo để gửi một gói tin đến cho N - 1 điểm đến khác nhau. Như mạng lưới phát triển, các bảng trở nên lớn hơn, và vấn đề giữ cho chúng được cập nhật trong một hệ thống năng động trở nên phức tạp hơn. Nếu các nút mạng được chia (đều cho ví dụ) vào lĩnh vực D như thể hiện trong hình 18.26 sau đó kích thước của bảng định tuyến tại mỗi nút được giảm thiểu (từ N - 1ton / D + D - 2). Một nút cụ thể bây giờ chỉ cần có một danh sách của nút tiếp theo cho N / D - 1 điểm đến trong miền riêng của mình và D – 1 các lĩnh vực khác.
Định tuyến Bifurcated
Trong các mạng rất nhiều tải nó đôi khi có thể làm giảm sự chậm trễ lưu lượng trung bình mạng chia tách từ một nguồn cung cấp cho một điểm đến được giữa hai hoặc nhiều tuyến đường. Đây được gọi là định tuyến Bifurcated. Lợi thế thực hiện, tất nhiên, đi kèm với giá tăng và phức tạp.
NHÓM 5 – KTVTA-K51 50