Đang tải... (xem toàn văn)
Thực hiện mô phỏng: Định tuyến trong mạng IP/wDM
Chương 4: Thực hiện mô phỏng CHƯƠNG 3 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP/WDM 3.1. Giới thiệu chương Trong mạng IP/WDM, người sử dụng liên lạc với nhau qua các kênh thông tin quang được gọi là các lightpath. Lightpath là một đường đi của tín hiệu ánh sáng từ nguồn đến đích dưới dạng quang thông qua các kết nối trung gian. Một lightpath có thể kéo dài qua nhiều tuyến truyền dẫn để cung cấp một kết nối chuyển mạch giữa hai node mà có thể chứa một luồng lưu lượng lớn giữa chúng. Khi các lightpath thực hiện việc mang thông tin từ một node nguồn đến một node đích nào đó thì nó cần được định tuyến. Định tuyến cho lightpath là vấn đề hết sức quan trọng và xảy ra thường xuyên trong mạng. Chương này sẽ nói rõ về việc định tuyến trong mạng IP/WDM. 3.2. Các giao thức định tuyến IP 3.2.1. Khái niệm: Định tuyến IP là quá trình chuyển lưu lượng người dùng từ nguồn đến đích. Trong mạng, bộ định tuyến (router) là thiết bị dùng để định tuyến cho lưu lượng. Router cần dựa vào bảng định tuyến để tìm ra tuyến đường chuyển gói tin đi. Bảng định tuyến thường gồm ba thành phần chính là kiểu giao thức mạng, địa chỉ mạng đích và giao diện gói ra. 3.2.2. Chức năng: - Đóng gói và phân tán các thông tin trạng thái lưu lượng người dùng và mạng. Gồm vị trí hiện tại và các yêu cầu dịch vụ người dùng, các dịch vụ được cung cấp và tài nguyên sẵn có trong mạng. - Tạo ra và lựa chọn các đường thích hợp dựa trên các thông tin trạng thái của người dùng và mạng. Con đường thích hợp là con đường thoả được tất cả các yêu cầu giữa người dùng và mạng. - Chuyển tiếp lưu lượng người dùng trên các con đường đã chọn, lưu lượng có thể được chuyển tiếp theo hướng kết nối hay không kết nối. 3.2.3. Phân loại định tuyến Có nhiều cách phân loại định tuyến, có thể đưa ra một số loại định tuyến sau: Chương 4: Thực hiện mô phỏng Dựa vào chức năng thích nghi với trạng thái hiện thời của mạng để phân loại thành: định tuyến tĩnh và định tuyến động. a. Định tuyến tĩnh: Với định tuyến tĩnh, đường dẫn được chọn trước cho mỗi cặp nguồn – đích của các node trong mạng. Các giải thuật định tuyến chi phí tối thiểu có thể được sử dụng. Kế hoạch định tuyến tĩnh được sử dụng hầu hết các mạng truyền thống, trong kế hoạch định tuyến này chủ yếu với mục đích làm giảm các hệ thống chuyển mạch phải đi qua với yêu cầu kết nối đường dài. Kĩ thuật định tuyến tĩnh bộc lộ một số nhược điểm như: quyết định định tuyến tĩnh không dựa trên sự đánh giá lưu lượng và topo mạng hiện thời. Các bộ định tuyến không phát hiện ra các bộ định tuyến mới, chúng chỉ có thể chuyển thông tin đến tới các các bộ định tuyến được chỉ định trước của nhà quản lí mạng. * Ưu điểm của định tuyến tĩnh : Ưu điểm lớn nhất của định tuyến tĩnh là sự thay đổi chậm, điều đó có nghĩa là mạng và sửa lỗi nhanh hơn. Các hệ thống sử dụng định tuyến tình thường là các hệ thống kết cuối, việc chuyển thông tin vào mạng có thể chỉ có một tuyến đường duy nhất và thường được gọi là hướng ngầm định, các bộ định tuyến không cần trao đổi các thông tin tìm đường cũng như cơ sở dữ liệu định tuyến. Vì vậy, định tuyến tĩnh có một số ứng dụng hữu ích. Định tuyến động có khuynh hướng truyền đạt tất cả các thông tin về một liên mạng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, vì lý do an toàn chúng ta có thể muốn che dấu một số phần của liên mạng. Định tuyến tĩnh cho phép chúng ta che dấu thông tin không muốn tiết lộ. Ví dụ trong trường hợp hình 3.1 dưới đây, mạng LAN chỉ có một đường đi duy nhất tới mạng, thì chỉ một tuyến tĩnh tới mạng là đủ. Chương 4: Thực hiện mô phỏng Hình 3.1: sử dụng tuyến tĩnh cho mạng kết nối một đường * Nhược điểm của định tuyến tĩnh : + Quyết định định tuyến tĩnh không dựa trên sự đánh giá lưu lượng và Topo mạng hiện thời. + Trong môi trường IP các bộ định tuyến không thể phát hiện ra các bộ định tuyến mới, chúng chỉ có thể chuyển gói tin tới các bộ định tuyến được chỉ định của nhà quản lý mạng. + Trong định tuyến tĩnh, các tuyến được thiết lập thủ công, mỗi khi mạng có sự cố hoặc cấu hình mạng thay đổi thì quản trị mạng phải thiết lập lại tuyến mới. Hiện nay hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng định tuyến thay thế, phương pháp này được mô tả như hình 3.2. Trước tiên tổng đài sẽ chọn hướng ưu tiên 1 để định tuyến cuộc gọi, nếu không định tuyến được trên hướng này thì sẽ chọn đến hướng có mức ưu tiên thấp hơn và quá trình cứ thế được tiếp tục. Chương 4: Thực hiện mô phỏng Hình 3.2: phương pháp chọn Router thay thế b. Định tuyến động: Định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin trạng thái hiện thời của mạng. Thông tin trạng thái có thể đo hoặc dự đoán và tuyến đường có thể thay đổi khi topo mạng thay đổi hoặc lưu lượng mạng thay đổi. Định tuyến động thể hiện tính linh hoạt và dễ dàng mở rộng mạng. * Ưu điểm của định tuyến động : Hình 3.3: có thể tự thay thế tuyến hỏng bằng các tuyến khác Định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin trạng thái hiện thời của mạng. Thông tin trạng thái có thể đo hoặc dự đoán và tuyến đường có thể thay đổi khi topo Chương 4: Thực hiện mô phỏng mạng hoặc lưu lượng mạng thay đổi. Thông tin định tuyến cập nhật vào trong các bảng định tuyến của các node mạng trực tuyến, và đáp ứng tính thời gian thực nhằm tránh tắc nghẽn cũng như tối ưu hiệu năng mạng. Ưu điểm lớn nhất của định tuyến động là nó có thể thiết lập tuyến đường tới tất cả các thiết bị trong mạng, tự động thay đổi tuyến đường khi cấu hình mạng thay đổi. Nó rất thích hợp cho: . Thêm thiết bị và địa chỉ mới vào mạng. . Loại bỏ thiết bị và địa chỉ khỏi mạng. Các giao thức định tuyến động cũng có thể chuyển lưu lượng từ cùng một phiên làm việc qua nhiều đường đi khác nhau trong mạng để có hiệu suất cao hơn. Tính chất này được gọi là chia sẻ tải (load sharing). - Nhược điểm của định tuyến động : Trong mạng phức hợp sử dụng định tuyến động, một mạng có thể bị tái tạo lại cấu hình một cách liên tục vì sự khác nhau về thiết bị và chính sách của rất nhiều nhà khai thác cùng hoạt động. Điều đó có thể gây nên những tổn thất trên mạng về sử dụng tài nguyên hay nói cách khác việc sử dụng định tuyến động cũng sẽ tạo ra độ phức tạp cao. Dựa vào phạm vi định tuyến, ta phân loại thành: định tuyến trong và định tuyến ngoài. c. Định tuyến trong: định tuyến xảy ra bên trong một hệ thống độc lập (AS – Autonomous System), các giao thức thường dùng là : * Giao thức định tuyến RIP (Router Information Protocol): dùng định tuyến véc tơ khoảng cách nên chọn hop count làm metric và dùng thuật toán Bellman Ford để xây dựng bảng định tuyến. Khi một gói dữ liệu đi qua một router thì RIP xem như là một hop. Nếu tồn tại hai tuyến có tốc độ hoặc băng thông không bằng nhau đến cùng một đích nhưng cùng hop count, thì RIP xem cả hai tuyến là cùng khoảng cách, đây rõ ràng là một hạn chế của giao thức định tuyến này. Router sẽ broadcast thông tin định tuyến của mình sau một chu kỳ, chẳng hạn là 30s. Mỗi thông tin cập nhật tuyến thường gồm hai phần là địa chỉ mạng và khoảng cách đến được mạng này. Đồng thời, các router sẽ lắng nghe các thông tin định Chương 4: Thực hiện mô phỏng tuyến trên mạng để cập nhật bảng định tuyến của mình dựa vào khoảng cách ngắn nhất tức là số hop nhỏ nhất. * Giao thức ưu tiên con đường ngắn nhất mở rộng OSPF (Open Shortest Path First): + OSPF bao gồm việc định tuyến theo kiểu dịch vụ, người quản lý có thể cài đặt nhiều tuyến đường đi đến một đích nào đó, mỗi tuyến đường được sử dụng riêng cho một độ ưu tiên hay một loại dịch vụ. Khi gửi gói tin đi, bộ định tuyến chạy OSPF sẽ sử dụng cả địa chỉ đích và vùng kiểu dịch vụ trong phần đầu IP để chọn tuyến đường. + OSPF cung cấp cơ chế cân bằng lưu lượng. Nếu như nhà quản lý xác định nhiều tuyến đường đi đến mục đích nào đó và với cùng một giá trị bộ đo lượng, thì bộ định tuyến có thể chọn phương pháp chia tải để gửi gói tin. + Để cho phép sự phát triển và làm cho các mạng tại các đơn vị dễ quản lý, OSPF cho phép phân chia các mạng và các bộ định tuyến thành các tập hợp con ( khu vực). Mỗi khu vực là riêng biệt, cấu hình cũng được che dấu với các khu vực khác, như vậy tính mềm dẻo của mạng sẽ được tăng lên. + Giao thức OSPF xác định rằng tất cả những trao đổi giữa các bộ định tuyến có thể được xác minh. OSPF cho phép có những mô hình khác nhau, và thậm chí cho phép một khu vực được quyền chọn một mô hình riêng biệt với mô hình khác. + OSPF cho phép các mạng đa truy xuất có một cổng được chỉ định, để gửi đi các bản tin trạng thái liên kết, đại diện cho tất cả các bộ định tuyến đấu vào mạng này. + Để cho phép độ ổn định tối đa, OSPF cho phép người quản lý mô tả cấu hình mạng ảo tách biệt với mạng vật lý. + OSPF cho phép bộ định tuyến trao đổi thông tin định tuyến học được từ bên ngoài. Định dạng của bản tin cho phép phân biệt được thông tin học từ mạng ngoài hoặc từ nội bộ mạng. OFPS dùng định tuyến trạng thái liên kết nên dùng metric dựa trên băng thông và thuật toán Dijkstra để xây dựng bảng định tuyến. OFPS được dùng để định tuyến Chương 4: Thực hiện mô phỏng trong một vùng hay giữa nhiều vùng. OSPF có độ hội tụ nhanh và được đặc tả chi tiết trong RFC 2328. Hình 3.4: sử dụng OSPF nội vùng và liên vùng * Giao thức định tuyến EIGRP : The Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) được phát triển từ IGRP. Kết quả của sự phát triển này xuất phát từ những thay đổi bên trong hệ thống mạng, nhằm đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng và đặc biệt là sự mở rộng ngày một lớn của các liên mạng. EIGRP có khả năng kết hợp được cả hai phương pháp định tuyến tĩnh và động cùng hoạt động đan xen, hay nói cách khác EIGRP sử dụng phương pháp định tuyến lai cân bằng (Balanced Hybrid Routing Protocol). Bên cạnh thuật toán Bellman Ford EIGRP. Còn sử dụng thêm thuật toán cập nhật khuếch tán Diffusing-Update- Althgorithm(DUAL). EIGRP hoàn toàn tương thích với những mạng sử dụng giao thức IGRP cũ, nó xem IGRP như một giao thức định tuyến ngoài từ đó cung cấp cách quản trị mạng để hoạt động theo mục đích của nó. Chương 4: Thực hiện mô phỏng - Ưu điểm của EIGRP + Hội tụ nhanh. + Hỗ trợ cho mặt nạ mạng con (Subnet mask) có chiều dài liên tục thay đổi. + Hỗ trợ cho nhiều giao thức hoạt động bên trong tầng mạng. + Ít tốn băng thông hơn so với IGRP. * Định tuyến ngoài: định tuyến xảy ra giữa các hệ thống độc lập (AS), liên quan tới dịch vụ của nhà cung cấp mạng sử dụng giao thức định tuyến ngoài rộng và phức tạp. Giao thức thường dùng là BGP - Giao thức BGP đặc trưng bởi một số tính chất : + Sử dụng để thông tin liên lạc với các hệ tự quản AS . + Phối hợp giữa nhiều bộ định tuyến sử dụng BGP. + Nhân bản thông tin về tính liên kết. + Cung cấp thông tin về mô hình trạm kế tiếp theo vector khoảng cách. + Hỗ trợ tuỳ chọn các chính sách cho người quản trị mạng. + Giao thức cổng biên giới sử dụng TCP trong thông tin liên lạc để chuyển tải đáng tin cậy. + Giao thức BGP cho phép thông tin về con đường đi từ nguồn tới đích. + Hỗ trợ địa chỉ không phân lớp và định tuyến liên vùng CIDR . + Tích luỹ thông tin về tuyến đường để bảo vệ băng thông của mạng qua việc gửi một lần cho nhiều đích đến. + BGP cho phép cơ chế xác minh bản tin; kiểm chứng tên của nơi gửi tin. 3.3. ĐỊNH TUYẾN MẠNG IP/WDM 3.3.1. Định tuyến và gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA) a. Giới thiệu Trong bài toán định tuyến động D-RWA hay còn được gọi là bài toán thiết lập lihgtpath (DLE-Dynamic Lightpath Establishment), ta xem xét lưu lượng mạng là động. Các yêu cầu kết nối xuất hiện một cách ngẫu nhiên tùy theo nhu cầu liên lạc giữa các nút mạng. Các kết nối này được yêu cầu tồn tại trong một khoảng thời Chương 4: Thực hiện mô phỏng gian cũng ngẫu nhiên. Vì thế các lightpath không chỉ được thiết lập động mà còn phải được giải phóng động. Việc định tuyến và gán bước sóng phụ thuộc vào trạng thái của mạng ở thời điểm yêu cầu kết nối xảy ra. Mỗi khi có yêu cầu kết nối xuất hiện,các thuật toán D- RWA phải thực hiện để xem xét liệu tài nguyên mạng có đủ để đáp ứng yêu cầu có hay không. Nếu có thể thì thực hiện quá trình định tuyến và gán bước sóng tại các nút trung gian cần thiết để thiết lập lightpath. Còn nếu một yêu càu kết nối không được đáp ứng do thiếu tài nguyên thì xem như bị nghẽn. Khi quá trình liên lạc kết thúc,kết nối được giải phóng và vì vậy,bước sóng đã sử dụng có thể được sử dụng lại cho một kết nối khác. Như vậy ta thấy định tuyến động tận dụng bước sóng tốt hơn. Về mặt kinh tế,điều này sẽ đem kại lợi nhuận nhiều hơn cho các nhà kinh doanh mạng, gián tiếp giảm chi phí cho câc thuê bao. Bài toán D-RWA có thể được khái quát như sau: Đặc điểm: - Các yêu cầu kết nối xuất hiện ngẫu nhiên và tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó. - Việc định tuyến và gán bước sóng phụ thuộc vào trạng thái mạng hiện tại và phải được thực hiện mỗi khi có yêu cầu kết nối xuất hiện. Mục tiêu: - Tận dụng hiểu quả tài nguyên mạng để cực đại hóa xác xuất thiết lập thành công lightpath hay tối thiểu hóa số yêu cầu bi nghẽn. Vì nhu cầu phải đáp ứng nhanh với sự thay đổi của mạng, các giải thuật D- RWA dòi hỏi phải đơn giản, độ phức tạp tính toán càng nhỏ càng tốt. Việc kết hợp giữa định tuyến và gan bươc sóng là rất khó để giải quyết cùng một lúc. Do đó, thông thường bài toán D-RWA cũng được chia thành 2 bài toán riêng lẽ: bài toán định tuyến và bài toán gán bước sóng. b. Định tuyến cố định (Fĩed Routing): Chương 4: Thực hiện mô phỏng Phương pháp đơn giản nhất để định tuyến một kết nối là luôn chọn cùng một tuyến cố định cho một cặp nút nguồn – đích cho trước. Một trong những ví dụ như thế là định tuyến tìm đường đi ngắn nhất cố định (Fixed Shortest-Path Routing). Đường đi ngắn nhất cho một cặp núp được tính off-line, sử dụng các thuật toán tìm đường ngắn nhất thông dụng như Dijkstra hay Bellman-Ford. Bất kì kết nối nào giữa một cặp nút cụ thể đều được thiết lập bằng cách sử dụng đường đi được xác định trước. Hình 3.8 minh họa đường đi ngắn nhất cố định từ nút 0 đến nút 2. Phương pháp định tuyến này rất đơn giản nhưng có nhược điểm là nếu nguồn tài nguyên (bước sóng) dọc theo đường đi đã được sử dụng hết sẽ dẫn đến xác xuất tắc nghẽn cao trong trường hợp lưu động, hoặc có thể dẫn đến số lượng bước sóng được sử dụng rất lớn trong trường hợp lưu lượng tĩnh. Ngoài ra, định tuyến cố định cũng không thể xử lý các tình huống lỗi khi một hay nhiều liên kết trong mạng bị hỏng. Để xử lý trường hợp liên kết tronh mạng bị hỏng, việc định tuyến cần phải xét đến các đường đi thay thế hoặc phải có khả năng tìm ra một tuyến mới một cách linh động. Ví dụ trong hình 3.5, tất cả các yêu cầu từ nút 0 đến nút 12 sẽ bị tắt nghẽn nếu có một trong hai liên kết (0,1),(1,2) bị hỏng. Hình 3.5: Đường đi ngắn nhất cố định từ nút 0 đến nút 2 Trong các thuật toán tìm đường ngắn nhất, người ta quan tâm nhiều đến chi phí (cost) hay còn gọik là trọng số (weight) của liên kết giữa các nút. Tùy theo cách các trọng số này được tinh toán như thế nào mà người ta có các quan điểm khác nhau về đường ngắn nhất. Sau đây, tôi xin trình bày một số cách tính trọng số dựa trên đặc điểm và trạng thái của mạng. [...]... không là hết sức ý nghĩa Chương 4: Thực hiện mô phỏng CHƯƠNG 4 THỰC HIỆN MÔ PHỎNG 4.1 Giới thiệu chương Chương 4: Thực hiện mô phỏng Định tuyến là công việc hết sức quan trọng trong mạng quang WDM, nó thực hiện tìm đường cho lightpath mang lưu lượng thông tin từ nguồn đến đích với mục đích tối ưu mạng Trong chương này, dựa trên phần mềm Visual C++, em mô phỏng phần định tuyến cho các lightpath với hàm... bằng cách đặt trọng số trên các tuyến là giá trị của các hàm mục tiêu trên Sau quá trình định tuyến đến các node mạng, các node mạng thực hiện gán bước sóng cho lightpath Việc gán bước sóng phải thoả mãn điều kiện liên tục bước sóng nếu không node mạng đó phải sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP/WDM Đề tài định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM” đã cho thấy... trình mô phỏng thực hiện định tuyến với mục đích tìm đường đi tối ưu từ node nguồn đến node đích, đây là đường đi duy nhất Tuy vậy, để tăng cường hiệu năng mạng thì không thể đơn thuần chọn duy nhất một tuyến tối ưu đó mà phải đánh giá được các tuyến còn lại để thực hiện phân tải, tránh tình trạng một tuyến hoạt động hết công suất trong khi đó có những tuyến khả thi còn rỗi Sau khi thực hiện định tuyến. .. Chương 4: Thực hiện mô phỏng Hình 3.8: phương pháp DIR [12] 3.4 Kết luận chương Qua chương này, chúng ta đã tìm hiểu về phương pháp định tuyến trong mạng IP/WDM, khi có yêu cầu thiết lập lightpath từ node nguồn đến node đích thì bộ định tuyến bước sóng có nhiệm vụ xác định đường đi và gán bước sóng cho lightpath đó Trong mạng IP/WDM, việc sử dụng thuật toán D-RWA để xem xét tài nguyên mạng có đủ để... Chương 4: Thực hiện mô phỏng 4.5 Kết luận chương Ta thấy được thuật toán định tuyến Dijkstra được ứng dụng hiệu quả trong việc định tuyến các lightpath trong mạng WDM để tìm được đường đi tối ưu với các hàm mục tiêu (cost function) của mạng mà ta có thể áp đặt cho nó Hàm mục tiêu này ta có thể theo tiêu chí nào đó của mạng như là chi phí tuyến, lượng lưu lượng, băng thông… Sự áp đặt này thực hiện bằng... tài định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM” đã cho thấy được vai trò quan trọng của định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM, hiểu được một số giải thuật định tuyến và các phương pháp gán bước sóng cho các lightpath trong mạng quang Đồng thời chương trình mô phỏng đã thể hiện quá trình định tuyến của các lightpath từ node nguồn đến node đích để được một đường đi tối ưu theo một hàm... lượng… qua các tuyến từ nguồn đến đích Thuật toán sử dụng để thực hiện định tuyến là thuật toán Dijkstra Các trọng số trên các tuyến không chỉ là độ dài đường đi của tuyến mà tuỳ theo một tiêu chí nào đó của mạng nhưBắt phí tuyến, độ trễ, băng thông, lưu lượng chi thông tin Nếu lấy theo tiêu chí làđầu phí thấp nhất thì trọng số trên các tuyến chi (cạnh) là chí phí của tuyến đó Xác định node nguồn... u 4.4 Kết quả mô phỏng Thuật toán Dijkstra tìm đường đi ngắn nhất từ node nguồn đến node đích được thực hiện như sau: 1.Click vào biểu tượng ”THEM NODE” để lấy node ra như sau: 2.Click vào biểu tượng “THEM CANH” để nối các cạnh lại với nhau Chương 4: Thực hiện mô phỏng 3.Click vào biểu tượng “DUONG NGAN NHAT” thực hiện tìm đường ngắn nhất giữa hai cặp node bất kì Chương 4: Thực hiện mô phỏng 4.Click... phải thực hiện gán bước sóng cho nó Nếu toàn bộ node mạng không sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng thì toàn bộ các tuyến trên đường đi từ nguốn đến đích chỉ được gán một bước sóng duy nhất Tuy nhiên, tài nguyên số bước sóng trên mỗi node mạng có hạn, điều này làm xác suất tắc nghẽn rất cao khi một node mạng không cung cấp bước sóng đã ràng buộc từ trước Vì thế, các mạng hiện nay luôn tìm cách thực hiện định. .. SVTH: 2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP/WDM Thực hiện thêm biến và thực hiện mã lệnh sau: void CAlgorithmsView::OnAddNode() { m_Dijkstra.StartAddNodes(); } void CAlgorithmsView::OnAddEdge() { m_Dijkstra.StartAddEdges(); } void CAlgorithmsView::OnShortestPath() { CShorthestPath dlg; if(dlg.DoModal()==IDOK) // { m_Dijkstra.ShortestPath(dlg.m_node1, dlg.m_node2); } } Thực hiện vẽ các node và