Các  giao  thức  định  tuyến   Các  giải  thuật  định  tuyến   TS  Trương  Diệu  Linh   Bộ  môn  Mạng  thông  Cn  &  Truyền  thông   Viện  Công  nghệ    thông  Cn   1/23/14 Các giải thuật tìm đường u Link-state: Dijkstra u Distance vector: Bellman Ford u Flooding u Giải thuật tìm đường phân cấp u Giải thuật tìm hai đường phân biệt Suurball u Giải thuật Prim-Dijktra u Định tuyến cho trạm di động u Định tuyến mạng Ad-hoc 1/23/14 Các giải thuật định tuyến u Thuật toán định tuyến/ tìm đường phận tầng mạng có nhiệm vụ định đường ra/ vào gói tin truyền lên đó, u Thuật toán tìm đường đòi hỏi tính chất sau: ü Tính xác, ü Tính đơn giản, ü Khả mở rộng ü Tính ổn định, ü Tính công tối ưu 1/23/14 Cây đường ngắn - SPT u v x w z y v w u z x y u  SPT – Shortest Path Tree u  Các cạnh xuất phát từ nút gốc tới u  Đường từ nút gốc tới nút v, đường ngắn nút gốc nút v u  Mỗi nút có SPT riêng nút Các giải thuật tìm đường u Tìm đường từ nguồn đến tất nút khác thường dựa khung u Cây khung có gốc nguồn qua tất đỉnh đồ thị u Nguyên tắc tối ưu giải thuật tìm đường: ü Cây khung tối thiểu: tổng trọng số ü Một khung tối thiểu ü Một khung tối thiểu không chứa vòng lặp nào, 1/23/14 Biểu diễn mạng đồ thị u Đồ thị với nút (bộ định tuyến) cạnh (liên kết) u Chi phí cho việc sử dụng liên kết c(x,y) ü Băng thông, độ trễ, chi phí, mức độ tắc nghẽn… u Giả thuật chọn đường: Xác định đường ngắn hai nút u v x w z y Các giải thuật tìm đường kiểu linkstate: Dijkstra u  Giải thuật chọn đường ngắn Dijkstra (1959): ü  Thuật toán Dijkstra, mang tên nhà khoa học máy tính người Hà Lan Edsger Dijkstra, thuật toán giải toán đường ngắn nguồn đơn đồ thị có hướng ü  Thuật toán thực tìm đường từ đỉnh đến tất đỉnh lại đồ thị có trọng số không âm ü  Thuật toán Dijkstra bình thường có độ phức tạp m số cạnh, n số đỉnh đồ thị xét ü  Để minh họa giải thuật tìm đường, thông thường người ta ký hiệu N số nodes mạng, i j nhãn node mạng 1/23/14 Dijkstra l  l  l  l  l  l  Ký hiệu: G = (V,E) : Đồ thị với tập đỉnh V tập cạnh E c(x,y): chi phí liên kết x tới y; = ∞ nút kế d(v): chi phí thời đường từ nút nguồn tới nút đích v p(v): nút trước nút v đường từ nguồn tới đích T: Tập nút mà đường ngắn xác định Dijkstra u Init(): Với nút v, d[v] = ∞, p[v] = NIL d[s] = u Update(u,v), dó (u,v) u, v cạnh G if d[v] > d[u] + c(u,v) then d[v] = d[u] + c(u,v) p[v] = u Dijkstra Init() ; T = Φ; Repeat u: u ∈ T | d(u) bé ; T = T ∪ {u}; for all v ∈ neighbor(u) v ∉T update(u,v) ; Until T = V 10 Giải thuật chọn đường cho host di động ü Khi gói tin gửi đến thiết bị động, gói tin định tuyến đến vùng home thiết bị ü Home agent xác định địa foreign agent quản lý thiết bị di động ü Home agent đóng gói lại gói tin, gửi cho foreign agent ü Foreign agent chuyển gói tin cho thiết bị nhận ü Home agent gửi cho người gửi địa foreign agent 1/23/14 51 Giải thuật chọn đường cho host di động Hình 32: Thủ tục chọn đường cho gói tin di động 1/23/14 52 Giải thuật tìm đường mạng adhoc ü Mạng tùy biến không dây (mobile wireless ad-hoc network: MANET) tập hợp gồm nhiều thiết bị/ nút mạng với khả nối mạng qua giao tiếp không dây với mà không theo hạ tầng định sẵn ü Mỗi nút mạng ad hoc hoạt động vừa máy chủ (host) vừa thiết bị định tuyến chuyển tiếp liệu ü Việc định xem nút thực việc chuyển tiếp liệu dựa tình trạng kết nối mạng, ü Topo mạng ad-hoc nói chung động, chuyển động nút, xuất nút việc nút cũ rời khỏi mạng ü Các nút mạng phải thường xuyên khám phá topo: nghe thông báo xuất nút khác, thông báo xuất thân ü Các giao thức định tuyến kế thừa giải thuật định tuyến truyền thống tối ưu/ thay đổi để phù hợp với đặc điểm mạng ad-hoc 1/23/14 53 Giải thuật tìm đường mạng adhoc   Hình 33: Mô hình ứng dụng mạng ad hoc 1/23/14 54 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc u  Các giao thức thiết kế cho mạng ad hoc cần đảm bảo tiêu chí sau: ü  Thích ứng nhanh topo mạng thay đổi ü  Trong trường hợp nút mạng di chuyển nhanh, yêu cầu kết nối tăng lên giao thức hoạt động theo chế tiếp cận tập trung giảm hiệu rõ rệt phải tốn nhiều thời gian để thu thập thông tin trạng thái phát tán lại cấu hình mạng thay đổi khác rồi, ü  Đảm bảo hiệu môi trường truyền nút đứng yên, ü  Các gói tin không bị lặp gây nên tượng tắc nghẽn, hao hụt băng thông mạng tài nguyên nút mạng ad hoc thường hạn chế, ü  Bảo mật gói tin: truyền dẫn môi trường không dây dễ nguy bị công phương pháp xâm nhập đường truyền, phát lại, thay đổi gói tin tiêu đề, điều hướng thông điệp định tuyến 1/23/14 55 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc 1/23/14 56 Giải thuật chọn đường cho mạng ad hoc   •  Table  driven  (proacCve)  rouCng   –  Bảng  định  tuyến  duy  trì  một  danh  sách  các  đích  và   đường  đi  Bảng  định  tuyến  thường  xuyên  được   trao  đổi  Nhược  điểm   •  Lượng  dữ  liệu  phải  duy  trì   •  Phản  ứng  chậm  với  sự  thay  đổi  cấu  trúc  mạng  và  lỗi   •  OLSR,  DSDV   1/23/14 57 •  On  demand  (reacCve)  rouCng   –  Tìm  đường  khi  có  yêu  cầu  bằng  cách  gửi  gói  Cn   Route  Request  đi  toàn  mạng   –  Nhược  điểm:   •  Độ  trễ  để  ™m  kiếm  đường  đi  lớn   •  Quá  nhiều  gói  Cn  trên  mạng  khi  yêu  cầu  đường  đi   –  AODV,  Dynamic  source  rouCng  …   1/23/14 58 •  Hybrid  (proacCve,  reacCve)  rouCng:   –  Một  số  đường  đi  triển  vọng  được  chuẩn  bị  sẵn   theo  kiểu  proacCve   –  Với  những  yêu  cầu  từ  những  nút  mạng  mới,   đường  đi  được  ™m  kiếm  theo  kiểu  reacCve   •  Các  giao  thức  phân  cấp       –  Lựa  chọn  hình  thức  định  tuyến  proacCve  hay   reacCve  tùy  theo  độ  sâu  của  các  nút  mạng   –  VD:  Cluster  based  rouCng   1/23/14 59 Giải thuật chọn đường mạng ad hoc –  AODV: Ad  hoc  On-­‐Demand  Distance  Vector  RouCng  (RFC  3561) –  giao thức định tuyến phổ biến mạng ad hoc, sử dụng gói tin route request, route reply để xây dựng thông tin định tuyến Hình 34: Ví dụ tìm đường cho mạng ad hoc với giao thức AODV 1/23/14 60 Giải thuật chọn đường mạng ad hoc   •  Mạng  im  lặng  cho  đến  khi  có  một  yêu  cầu  kết  nối     •  Nút  cần  truyền  Cn  phát  gói  Cn  Route  request   broadcast  toàn  bộ  mạng   •  Các  nút  chuyển  Cếp  gói  Cn  đồng  thời  lưu  lại  thông  Cn   nút  gửi   •  Nếu  nút  chuyển  Cếp  đã  có  đường  đi  đến  đích,  nút    gửi  lại  nguồn  đường  đi  tạm  thời   •  Nút  nguồn  chọn  đường  đi  ngắn  nhất   1/23/14 61 AODV Hình 35.a: Định dạng gói tin RouteRequest AODV Hình 35.b: Định dạng gói tin RouteReply AODV 1/23/14 62 AODV   •  DesCnaCon  sequence  number   –  Tăng  mỗi  khi  1  nút  gửi  yêu  cầu  ™m  đường  đến  nút   đích   –  Tăng  mỗi  khi  nút  đích  gửi  trả  lời  cho  một  yêu  cầu   ™m  đường   •  DesCnaCon  sequence  number  là  chỉ  số  xác   định   nh  cập  nhật  của  một  đường  đi  đến  một   đích       1/23/14 63 AODV Hình 36: Ví dụ bảng định tuyến mạng ad hoc với AODV 1/23/14 64 Kết luận u Các giao thức định tuyến với trọng tâm kế giải thuật tìm đường, xây dựng đường ngắn nhất, khung nhỏ Ford-Bellman Fulkerson, Dijkstra u Các giao thức định tuyến khác chủ yếu do: ü Môi trường, đường dẫn mạng khác ü Topo mạng khác ü Các thiết bị đầu cuối có đặc tả khác u Các giao thức định tuyến nâng cao hướng đến: ü Chất lượng dịch vụ (cost, bandwidth, delay, etc) ü Bảo mật ü Tiêu hao lượng/ tài nguyên sử dụng 1/23/14 65 [...]... xem như một nút ảo 1/23/14 15 Giải thuật tìm đường link-state u Giải thuật tìm đường trạng thái liên kết (link-state routing protocols): 2.  Đo độ trễ (delay), hay giá (cost) tới các láng giềng, các routers phải có sự ước lượng về các đường dẫn tới các routers láng giếng để làm trọng số cho giải thuật định tuyến 1/23/14 16 Giải thuật tìm đường link-state u  Giải thuật tìm đường trạng thái liên kết (link-state... chọn đường 22 Giải thuật tìm đường vector khoảng cách u Giải thuật tìm đường vector khoảng cách (distancevector): ü Mỗi router duy trì một bảng định tuyến vector khoảng cách cho cự ly tốt nhất tới từng đích và đường truyền dùng để tới nguồn đích đó, ü Các bảng định tuyến được cập nhật thông tin nhờ trao đổi định kỳ với các láng giềng của nó, ü Sử dụng thuật toán Bellman-Ford Fulkerson, ü Là thuật. .. mạng hiện nay, ü  Các giao thức chọn đường trạng thái liên kết phổ biến là OSPF (Open Shortest Path First) và IS-IS (Intermediate System-Intermediate System) 1/23/14 19 Giải thuật tìm đường link-state u Giải thuật tìm đường trạng thái liên kết (link-state routing protocols) ü Bộ định tuyến dùng nhiều bộ nhớ và thực thi nhiều hơn so với các giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách ü Lý do cần... thuật toán chọn đường gốc cho mạng ARPANET và được dùng rộng rãi trong định tuyến IP trong giao thức định tuyến RIP (Routing Information Protocol), IDX của Novell ü Được sử dụng đến năm 1979 sau đó được thay thế bởi các giải thuật chọn đường trạng thái liên kết do độ trễ lớn, thời gian hội tụ lâu do đòi hỏi cẩn phải trao đổi các thông điệp định tuyến lớn 1/23/14 23 Giải thuật tìm đường dạng distance-vector... miền gọi là nút biên, có các kết nối inter-domain đến các miền khác –  Mỗi miền được ảo hóa thành một đồ thị gồm các nút biên được nối nhau được bởi các liên kết ảo 1/23/14 31 Giải thuật tìm đường phân cấp ü Mạng mức liên miền trở thành mạng của các miền đã được ảo hóa và các liên kết liên miền ü Định tuyến ở mức liên miền ü Định tiến ở mức nội miền 1/23/14 32 Giải thuật tìm đường phân cấp 9:;,-5 !"... chọn đường của u: 5 destination z 1 y d(y),p(y) ∞ 2,x 2 v w u z x y SPT của u: link v x (u,v) (u,x) y (u,x) w (u,x) z (u,x) 11 Dijsktra u Giải thuật chọn đường đi ngắn nhất Dijkstra (1959): Hình 20: Ví dụ về giải thuật Dijkstra (1959) 1/23/14 12 Dijsktra u Giải thuật chọn đường đi ngắn nhất Dijkstra (1959): Hình 21: Ví dụ về giải thuật Dijkstra (1959) 1/23/14 13 Giải thuật tìm đường link-state u Giải. .. 1/23/14 18 Giải thuật tìm đường link-state u Giải thuật tìm đường trạng thái liên kết (linkstate routing protocols): 5. Tính đường dẫn ngắn nhất cho từng routers: ü  Sau khi các routers có đầy đủ thông tin trạng thái các đường dẫn sẽ sử dụng thuật toán Dijkstra để tính toán/ xây dựng đường dẫn ngắn nhất cho mọi nơi đến có thể, ü Chọn đường trạng thái liên kiết (link-state) được dùng nhiều trong các mạng... Xây dựng một gói tin báo cho các trạng thái/ thông tin vừa học: Gói tin bắt đầu với định danh của máy gửi, theo sau là thứ tự trạng thái, tuổi (age) và một danh sách các láng giềng Thông thường các gói tin trạng thái được xây dựng một cách định kỳ Hình 26: Ví dụ về các gói tin trạng thái liên kết cho subnet 1/23/14 17 Giải thuật tìm đường link-state u  Giải thuật tìm đường trạng thái liên kết (link-state... % & ! # $ ( !" !& !' !% !( 1/23/14 35 Giải thuật tìm đường phân cấp u Path vector ü Sử dụng để định tuyến trong các mạng đa miền ü Mỗi miền được ảo hóa thành một nút mạng gọi là speaker ü Nút mạng ảo này trao đổi thông tin định tuyến với các nút mạng khác: •  thông tin về đường đi •  Không trao đổi thông tin về đơn vị định tuyến (trọng số) ü Tương tự giải thuật loại distance vector u VD: BGP... link-state u Giải thuật tìm đường trạng thái liên kết (linkstate routing protocols): 1. Khám phá các láng giềng và học các địa chỉ mạng của chúng 2. Đo độ trễ (delay), hay giá (cost) tới các láng giềng 3. Xây dựng một gói tin báo cho các trạng thái/ thông tin vừa học 4. Gửi gói tin cập nhật đến tất cả các routers khác 5. Tính đường dẫn ngắn nhất cho từng routers (sử dụng giải thuật Dijkstra để tìm đường ngắn