i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ NGÂN CÁC CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN QoS VÀ THUẬT TOÁN MỞ ĐƯỜNG NGẮN NHẤT ĐẦU TIÊN (OSPF) MỞ RỘN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2011 ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN QoS 3 1.1. Giới thiệu định tuyến dựa trên QoS 3 1.1.1. Định tuyến 3 1.1.2. Định tuyến dựa trên QoS 5 1.1.3. Mục đích của định tuyến dựa trên QoS 7 1.2. Các vấn đề cơ bản của định tuyến dựa trên QoS 8 1.2.1. Metric và sự tính toán đường đi 8 1.2.2. Lan truyền và duy trì thông tin 9 1.2.3. Mô hình thông tin trạng thái không chính xác 10 1.2.4. Điều khiển của quản trị mạng 11 1.2.5. Vấn đề thuật toán trong định tuyến dựa trên QoS. 11 1.2.6. Vấn đề động trong định tuyến dựa trên QoS 15 1.3. Kỹ thuật OSPF và vấn đề mở rộng OSPF cho định tuyến QoS 17 1.3.1. Kỹ thuật OSPF 17 1.3.2. Độ tin cậy trong định tuyến dựa trên QoS 21 1.3.3. Đặt vấn đề nghiên cứu thuật toán OSPF mở rộng 22 CHƯƠNG 2 – CƠ BẢN VỀ CÁC CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN QoS [2] 25 2.1. Định tuyến QoS nội miền 25 2.1.1. Vấn đề thuật toán lựa chọn đường đi 26 2.1.2. Định tuyến đa đích 31 2.1.3. Định tuyến liên kết riêng biệt 33 2.1.4. Phương pháp định tuyến dựa trên dự đoán 34 2.2. Định tuyến QoS liên miền[14] 36 iii 2.2.1. Các mở rộng QoS và kỹ thuật lưu lượng sử dụng BGP 37 2.2.2. Các phương pháp che phủ 37 2.2.3. Multihoming 39 2.3. Bảng định tuyến 42 2.3.1. Cơ chế trao đổi thông tin để xây dựng bảng định tuyến 44 2.3.2. Các chính sách cập nhật 44 2.3.3. Cơ chế chuyển tiếp 46 2.3.4. Chuyển tiếp hai mức giới hạn 49 CHƯƠNG 3 - OSPF MỞ RỘNG CHO ĐỊNH TUYẾN QoS 51 3.1. Mở rộng đảm bảo chất lượng dịch vụ cho OSPF [7]- [12] 51 3.1.1. Các khả năng tùy chọn QoS 51 3.1.2. Mã hóa tài nguyên khi TOS mở rộng 52 3.1.3. Mã hóa băng thông 53 3.1.4. Mã hóa trễ 55 3.2. Các cơ chế thực hiện mở rộng QoS cho OSPF 55 3.2.1. Các thuật toán và thông tin lựa chọn đường dẫn 55 3.2.2. Thông báo thông tin trạng thái liên kết 63 3.3. Khảo sát cơ chế chuyển tiếp trong định tuyến OSPF mở rộng cho QoS 66 3.3.1. Hiệu suất của các phiên bản không giới hạn 68 3.3.2. Hiệu suất của các phiên bản giới hạn 72 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARPANET Advanced Research Projects Agency Network Mạng lưới cơ quan với các đề án nghiên cứu tiên tiến AS Autonomous System Hệ thống tự trị ASid Autonomous System Identifier Số nhận dạng hệ thống tự trị BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên BRP Bandwidth Restricted Path Tuyến bị giới hạn băng thông CLM Connectionless Multicast Đa điểm không kết nối COS Class of Service Lớp dịch vụ DIMCRA Link-Disjoint Multiple Constraints Routing Algorithm Thuật toán định tuyến đa rằng buộc liên kết rời rạc DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến đa điểm theo véc-tơ khoảng cách FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp IETE Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật internet IP Internet Protocol Giao thức Internet ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế LSA Link State Advertisement Thông báo trạng thái liên kết v MAMCRA Multicast Adaptive Multiple Constraints Routing Algorithm Thuật toán định tuyến đa ràng buộc thích ứng đa điểm MCOP Multi-Constrained Optimal Path Tuyến tối ưu đa ràng buộc MCP Multi-Constrained Path Tuyến đa ràng buộc MOSPF Multicast Open Shortest Path First Mở đường ngắn nhất đầu tiên đa điểm MP-BGP Multi-Protocol BGP BGP đa giao thức MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhẵn đa giao thức NP Non-Polynomial Không đa thức OSPF Open Shortest Path First Mở đường ngắn nhất đầu tiên PBR Prediction-based routing approach Phương pháp định tuyến dựa trên dự đoán PIM Protocol Independent Multicast Chế độ đa điểm không phụ thuộc giao thức PNNI Private Network – Network Interface Giao diện mạng - mạng cá nhân QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoSR QoS-based Routing Định tuyến dựa trên Chất lượng dịch vụ RIS Routing Information Service Dịch vụ thông tin định tuyến RSVP Reservation Protocol Giao thức giữ chỗ SAMCRA Self-Adaptive Multiple Constraints Routing Algorithm Thuật toán định tuyến đa ràng buộc tự thích ứng vi SLA Service Level Agreement Thỏa thuận mức độ dịch vụ TOS Types of Service Kiểu dịch vụ UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems Hệ thống viễn thông di động toàn cầu VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WIFI Wireless Fidelity Thông tin không dây trung thực vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Định tuyến 3 Hình 1.2. Ví dụ về phương pháp định tuyến dựa trên QoS 6 Hình 1.3. Mối quan hệ giữa ba kiểu định tuyến 6 Hình 1.4. Cấu trúc định tuyến phân cấp 13 Hình 1.5. Ví dụ về bảng định tuyến phân cấp (của A1) 13 Hình 1.6. Đường dẫn ngắn nhất trong một sơ đồ có hướng 15 Hình 1.7. Ví dụ mạng 18 Hình 1.8. Bắt đầu từ router A và các LSA của nó 18 Hình 1.9. Lựa chọn router B, và thêm các LSA của nó 18 Hình 1.10. Lựa chọn router E, tuyến đường không tốt hơn tới router C 19 Hình 1.11. Lựa chọn router C, và thêm các LSA của nó 19 Hình 1.12. Lựa chọn router F, và thêm các LSA của nó 19 Hình 1.13. Lựa chọn router G, và thêm các LSA của nó 20 Tuyến đường tốt hơn tới router D được tìm thấy 20 Hình 1.14. Lựa chọn router D 20 Hình 1.15. Định tuyến nội miền so với định tuyến liên miền 23 Hình 2.1. Ví dụ về việc dự đoán với 2 lộ trình 35 Hình 2.2. Cơ chế chuyển tiếp gói tin tại một nút 47 Hình 3.1. Một ví dụ mạng 67 Hình 3.2. MESH-I 68 Hình 3.3. ISP 68 Hình 3.4. Flooding không giới hạn: Quá tải trên MESH-I 69 Hình 3.5. Flooding không giới hạn: băng thông nhận vào trong MESH-I 70 Hình 3.6. Flooding không giới hạn: Quá tải trên ISP 71 viii Hình 3.7. Flooding không giới hạn: băng thông nhận vào trên ISP 71 Hình 3.8. Giới hạn (L): Quá tải trên MESH-I 72 Hình 3.9. Giới hạn (L): Băng thông nhận vào trên MESH-I 73 Hình 3.10. Giới hạn (L): Quá tải trên ISP 74 Hình 3.11. Giới hạn (L): Băng thông nhận vào trên ISP 74 1 MỞ ĐẦU Ngày nay, khi công nghệ viễn thông đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới thì vấn đề QoS là mối quan tâm lớn nhất không chỉ của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mà của cả những khách hàng sử dụng dịch vụ. Nhằm mục đích nâng cao chất lượng và hiệu quả của mạng thì một trong những giải pháp được quan tâm là định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (định tuyến QoS- QoSR). QoSR không những có vai trò làm tăng chất lượng dịch vụ mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí vận hành mạng, đem lại hiệu quả kinh doanh và ý nghĩa kinh tế to lớn trên đà phát triển của mạng viễn thông. Vấn đề định tuyến trên mạng Internet hiện nay tập trung chủ yếu vào việc cung cấp kết nối và thường chỉ hỗ trợ dịch vụ dữ liệu “cố gắng tối đa”, với các giao thức định tuyến dùng phương pháp định tuyến tìm đường ngắn nhất OSPF, việc định tuyến được tối ưu dựa trên các số đo tĩnh như là số lượng các chặng và các trọng số mang tính quản trị. Dịch vụ được cung cấp bởi những giao thức này chỉ thích hợp cho các ứng dụng dữ liệu truyền thống mà không thích hợp cho nhiều ứng dụng yêu cầu sự đảm bảo chặt chẽ về độ trễ và băng thông. Hơn nữa, với sự phát triển bùng nổ của lưu lượng Internet, việc duy trì định tuyến tìm đường ngắn nhất của Internet hiện thời dẫn đến sự phân bố mất cân đối của lưu lượng. Các giao thức định tuyến hiện nay được sử dụng trong các mạng IP, không có bất kỳ nhận thức nào về nguồn tài nguyên sẵn có và yêu cầu. Điều này có nghĩa là luồng lưu lượng thường được định tuyến qua các tuyến đường không có khả năng hỗ trợ các yêu cầu của chúng, trong khi các tuyến đường kế tiếp nhau với đủ các nguồn tài nguyên có sẵn. Điều này có thể dẫn đến suy giảm đáng kể về hiệu suất. Mục tiêu của định tuyến đảm bảo QoS là cung cấp các thuật toán định tuyến có khả năng nhận biết đường dẫn để đáp ứng số lượng tối đa có thể có của các luồng lưu lượng với các yêu cầu QoS. Theo đó, định tuyến đảm bảo QoS trong bối cảnh của Internet ngày nay đã nhận được sự quan tâm ngày càng lớn. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài nghiên cứu: “Các cơ chế định tuyến QoS và thuật toán mở đường ngắn nhất đầu tiên (OSPF) mở rộng” được lựa chọn. Thay vì tìm hiểu các vấn đề chung khá rộng lớn của định tuyến QoS, ở đây chỉ tập trung vào một vấn đề cụ thể, dựa trên một giao thức định tuyến hiện có. Cụ thể là, mô tả một tập hợp các đề xuất bổ sung cho giao thức định tuyến OSPF để hỗ trợ cho việc định tuyến đảm bảo chất lượng của dịch vụ (QoS) 2 trong IP. Tập trung vào các luồng lưu lượng đơn điểm, chú trọng tới các metric cần thiết để hỗ trợ QoS, các cơ chế thông báo liên kết kết hợp, thuật toán lựa chọn đường dẫn, cũng như các khía cạnh của việc thiết lập tuyến đường đảm bảo QoS. Mục tiêu là định rõ một cách tiếp cận, trong khi đạt được các mục tiêu cải thiện hiệu suất cho các luồng lưu lượng QoS, làm như vậy với các tác động ít nhất có thể trên giao thức OSPF hiện có. Nội dung chính của luận văn gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan về định tuyến đảm bảo QoS Nội dung chính của chương này là giới thiệu các khái niệm, các vấn đề liên quan cần nghiên cứu về định tuyến đảm bảo QoS và đặt vấn đề cho các mở rộng sang OSPF. Chương 2: Các cơ chế định tuyến QoS Nội dung chính là trình bày về định tuyến QoS trong mạng phân cấp và các cơ chế định tuyến đảm bảo QoS. Chương 3: OSPF mở rộng cho định tuyến đảm bảo chất lượng Nội dung tập trung vào các mở rộng của OSPF cho định tuyến QoS. [...]... 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 25 CHƯƠNG 2 – CƠ BẢN VỀ CÁC CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN QoS [2] Định tuyến Internet có thể được 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 Chương 2 trình bày về định tuyến QoS nội miền và liên... động Định tuyến dựa trên QoS cần bao hàm các sơ đồ điều khiển như trên 1.2.5 Vấn đề thuật toán trong định tuyến dựa trên QoS Về cơ bản có thể chia các thuật toán định tuyến dựa trên QoS thành ba loại: định tuyến chặng tới chặng (còn gọi là định tuyến phân tán), định tuyến nguồn và định tuyến phân cấp Chúng được chia theo cách duy trì thông tin trạng thái và tìm đường thích hợp để truyền như thế nào  Định. .. các cơ chế cơ bản nhất trong định tuyến QoS Nội dung của chương này phục vụ cho các trình bày về mở rộng thuật toán định tuyến OSPF cho QoS ở Chương 3 2.1 Định tuyến QoS nội miền Đối với định tuyến dựa trên QoS nội miền, người ta chủ động bố trí nhiều sơ đồ với các thuật toán khác nhau trong cùng một miền Người quản lý có quyền lựa chọn loại định tuyến dựa trên QoS bất kỳ trong miền này, độc lập với định. .. định tuyến dựa trên QoS ở mức độ liên miền trong các mạng IP Như 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 phương 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. .. chính khi lựa chọn một đường dẫn, chẳng hạn như sự phức tạp, độ chính xác của thông tin định tuyến và sự ổn định định tuyến được phân tích dưới đây Sau đó, định tuyến đa đích, định tuyến liên kết rời và định tuyến dựa trên dự báo cũng được trình bày ở phần cuối 2.1.1 Vấn đề thuật toán lựa chọn đường đi Các phương pháp được sử dụng bởi các thuật toán định tuyến dựa trên QoS tính toán đường dẫn đa ràng buộc... và định tuyến ràng buộc Mối quan hệ giữa ba kiểu định tuyến được thể hiện trong hình 1.3 Định tuyến ràng buộc Định tuyến theo QoS Định tuyến theo chính sách Hình 1.3 Mối quan hệ giữa ba kiểu định tuyến 7 Định tuyến dựa trên chính sách là quyết định định tuyến không dựa trên hiểu biết về topo mạng và các số đo mà dựa theo các chính sách quản trị Định tuyến theo chính sách thường được cấu hình tĩnh Định. .. khoảng cách: là một thuật toán thích nghi nhằm tính toán con đường ngắn nhất giữa các cặp nút trong mạng, dựa trên phương pháp tập trung được biết đến như là thuật toán Bellman-Ford Các nút mạng thực hiện quá trình trao đổi thông tin trên cơ sở của địa chỉ đích, nút kế tiếp và con đường ngắn nhất tới đích Khi tính toán đường đi ngắn nhất sử dụng định tuyến theo trạng thái kết nối và định tuyến theo véc-tơ... thường theo một thỏa hiệp giữa sự tối ưu của đường dẫn và độ phức tạp của thuật toán Các nghiên cứu của các thuật toán tính toán đường dẫn mới nhằm cải thiện độ phức tạp và chất lượng của đường 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... TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN QoS 1.1 Giới thiệu định tuyến dựa trên QoS 1.1.1 Định tuyến Định tuyến là sự lựa chọn đường đi để truyền một đơn vị dữ liệu từ trạm nguồn đến trạm đích trong một liên mạng theo tiêu chí nhất định Chức năng định tuyến được thực hiện ở tầng mạng, cho phép router đánh giá các đường đi sẵn có tới đích và chọn đường đi thích hợp (Hình 1.1) Để đánh giá đường đi, định tuyến sử dụng... đề phải được 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 đường dẫn và tần suất tính toán đường dẫn Vì số các ràng buộc cần được thỏa mãn bởi các thuật toán định tuyến ngày càng tăng lên Độ phức tạp của thuật toán tính toán đường dẫn trở lên cao hơn, đòi hỏi khắt khe . CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN QoS VÀ THUẬT TOÁN MỞ ĐƯỜNG NGẮN NHẤT ĐẦU TIÊN (OSPF) MỞ RỘN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2011 ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH. định tuyến đảm bảo QoS và đặt vấn đề cho các mở rộng sang OSPF. Chương 2: Các cơ chế định tuyến QoS Nội dung chính là trình bày về định tuyến QoS trong mạng phân cấp và các cơ chế định tuyến. định tuyến dựa trên QoS. Về cơ bản có thể chia các thuật toán định tuyến dựa trên QoS thành ba loại: định tuyến chặng tới chặng (còn gọi là định tuyến phân tán), định tuyến nguồn và định tuyến