1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Diệu Ngân ĐỊNH TUYẾN QoS SỬ DỤNG GIAO THỨC OSPF MỞ RỘNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thôn Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2016 hoàn thành tại: Luận văn HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tiến Ban Phản biện 1: PGS.TS Đỗ Quốc Trinh Phản biện 2: PGS.TS Bùi Trung Hiếu Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: 10 30 phút ngày 11 tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ viễn thông phát triển mạnh mẽ toàn giới vấn đề QoS mối quan tâm lớn không nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mà khách hàng sử dụng dịch vụ Nhằm mục đích nâng cao chất lượng hiệu mạng giải pháp quan tâm định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (định tuyến QoS- QoSR) QoSR có vai trò làm tăng chất lượng dịch vụ mà có ý nghĩa quan trọng việc giảm chi phí vận hành mạng, đem lại hiệu kinh doanh ý nghĩa kinh tế to lớn đà phát triển mạng viễn thông Các giao thức định tuyến sử dụng mạng IP, nhận thức nguồn tài nguyên sẵn có yêu cầu Điều có nghĩa luồng lưu lượng thường định tuyến qua tuyến đường khả hồ trợ yêu cầu chúng, tuyến đường với đủ nguồn tài nguyên có sẵn Điều dẫn đến suy giảm đáng kể hiệu suất Mục tiêu định tuyến đảm bảo QoS cung cấp thuật toán định tuyến có khả nhận biết đường dẫn để đáp ứng số lượng tối đa có luồng lưu lượng với yêu cầu QoS Theo đó, định tuyến đảm bảo QoS bối cảnh Internet ngày nhận quan tâm ngày lớn Xuất phát từ thực tế trên, đề tài nghiên cứu: “ Định tuyến QoS sử dụng giao thức OSPF mở rộng” lựa chọn Thay tìm hiểu vấn đề chung rộng lớn định tuyến QoS, tập trung vào vấn đề cụ thể, dựa giao thức định tuyến có Cụ thể là, mô tả tập họp đề xuất bổ sung cho giao thức định tuyến OSPF để hồ trợ cho việc định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) IP Kết cấu luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan định tuyến đảm bảo QoS Chương 2: Cơ chế định tuyến QoS Nội dung trình bày định tuyến QoS mạng phân cấp chế định tuyến đảm bảo QoS Chương 3: OSPF mở rộng cho định tuyến QoS Nội dung tập trung vào mở rộng OSPF cho định tuyến QoS Học viên hy vọng luận văn tài liệu tham khảo có giá trị cho người bắt đầu tìm hiểu nghiên cứu định tuyến QoS sử dụng giao thức OSPF mở rộng CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN QoS 1.1 Giới thiệu định tuyến dựa QoS 1.1.1 Định tuyến Định tuyến lựa chọn đường để truyền đơn vị liệu từ trạm nguồn đến trạm đích liên mạng theo tiêu chí định Chức định tuyến thực tầng mạng, cho phép router đánh giá đường sẵn có tới đích chọn đường thích hợp (Hình 1.1) Để đánh giá đường đi, định tuyến sử dụng thông tin topo mạng, thông tin người quản trị thiết lập thu lượm thông qua giao thức định tuyến Các bảng định tuyến chứa thông tin sử dụng phần mềm chuyển mạch để chọn tuyến tốt Các thuật toán phức tạp chọn tuyến dựa nhiều metric cách kết hợp chúng thành metric phức họp Các metric sử dụng phổ biến gồm: chiều dài đường đi, độ tin cậy, độ trễ, băng thông, tải giá truyền thông Chúng ta so sánh định tuyến véc-tơ khoảng cách với định tuyến trạng thái kết nối theo số tiêu chí Bảng 1.1: Bảng 1.1 So sánh định tuyến trạng thải kết nối véc-tơ khoảng cách Véc-tơ khoảng cách Trạng thái liên kết Nhận thức topo mạng từ router kế cận Có nhìn toàn cảnh liên mạng Cộng vào véc-tơ khoảng cách Tính toán đường ngắn tới từ router tới router khác tất router thay đổi, hội Cập nhật định kỳ, hội tụ chậm Cập nhật tụ nhanh Chuyển bảng định Chuyển cập nhật định tuyến trạng tuyến tới router kế cận thái kết nối tới tất router 1.1.2 Định tuyến dựa QoS Định tuyến dựa QoS chế định tuyến theo đường cho luồng xác định dựa số hiểu biết sẵn sàng tài nguyên mạng nhu cầu ỌoS luồng [3] Hay nói cách khác, “một giao thức định tuyến động có mở rộng tiêu chí chọn đường bao gồm tham số QoS băng thông sẵn có, hiệu sử dụng đường đầu cuối kết nối, mức tiêu thụ tài nguyên nút, trễ trượt, biến động trễ” Nói cách ngắn gọn định tuyến động có tính đến QoS Hình 1.2 ví dụ đơn giản định tuyến dựa QoS Giả sử có luồng lưu lượng từ nút A tới nút c yêu cầu băng thông 4Mbps, đường A-B-C ngắn hơn, không chọn đủ băng thông Thay vào đường A-D-E-C chọn Hình 1.2 Ví dụ phương pháp định tuyến dựa QoS Bên cạnh đó, có hai khái niệm liên quan định tuyến dựa sách định tuyến ràng buộc Mối quan hệ ba kiểu định tuyến hình 1.3 Hình 1.3 Mối quan hệ ba kiêu định tuyển Định tuyến dựa sách định định tuyến không dựa hiểu biết topo mạng số đo mà dựa theo sách quản trị Định tuyến theo sách thường cấu hình tĩnh Định tuyến ràng buộc quan niệm phát triển từ định tuyến dựa ỌoS có ý nghĩa rộng Nó tính đường đế thoả mãn số ràng buộc, bao gồm ràng buộc QoS (yêu cầu QoS sẵn sàng tài nguyên) ràng buộc theo sách 1.1.3 Mục đích định tuyến dựa QoS Định tuyến dựa QoS cho giải tránh vấn đề nêu Các mục tiêu định tuyến dựa QoS là: • Thứ nhất, để đáp ứng yêu cầu QoS người sử dụng Định tuyến dựa QoS giả thiết đế tìm đường từ nguồn đến đích để thoả mãn yêu cầu người sử dụng băng thông, trễ đầu cuối, Ngoài ra, việc phải thực chế độ động cấu hình tĩnh Trong trường hợp có vài tuyến khả thi sẵn có, tuyến lựa chọn sở cho vài sách ràng buộc Ví dụ: chọn tuyến chi phí theo nhà cung cấp dịch vụ định • Thứ hai, để tối ưu hoá mức độ sử dụng tài nguyên mạng Đây mục đích theo quan điểm nhà cung cấp dịch vụ Tất nhà cung cấp muốn khai thác tối đa khả mạng thời họ, nhờ đạt lợi nhuận cao Bên cạnh đó, yêu cầu xuất phát từ góc độ kỹ thuật xây dựng mạng Định tuyến dựa QoS trông đợi để quản lý lưu lượng mạng cách hiệu cho thông lượng qua mạng lớn Một lược đồ thông thường lựa chọn đường ngắn số đường khả thi, đường dài có nghĩa sử dụng tài 10 nguyên mạng nhiều • Thứ ba, mà mạng tình trạng tải lớn, khả thực thi mạng giảm, giống xảy tắc nghẽn, định tuyến dựa QoS mong đợi cho chất lượng tốt (ví dụ: thông lượng tốt hơn) so với định tuyến cố gắng tối đa, (định tuyến cố gắng tối đa làm giảm thực thi mạng cách đột ngột) 1.2 Các vấn đề định tuyến dựa QoS 1.2.1 Metric tính toán đường Có hai vấn đề phương pháp định tuyến dựa QoS: Thứ nhất, đo thu thập thông tin trạng thái mạng nào; Thứ hai, tính toán lộ trình dựa thông tin thu Rất nhiều thuật toán đề xuất để giải vấn đề Một phương pháp chung gọi “lọc tuần tự”, nghĩa “một tổ hợp metric xếp thứ tự theo dạng phản ánh tầm quan trọng metric khác nhau” Các đường dựa metric tính toán trước tiên tập chúng loại bỏ dựa metric thứ hai đường đơn tìm thấy Đây cân tối ưu hoá phẩm chất đơn giản tính toán 23 tên bit Q Trong gói tin Hello, bit cho biết liệu router có khả hỗ trợ định tuyến QoS hay không Khi bit thiết lập router liên kết LSA, gói tin chứa trường QoS Trong mạng LSA, bit cho biết liệu mạng mô tả thông báo có khả QoS hay không 3.1.2 Mã hóa tài nguyên TOS mở rộng Mô tả thập phân Mô tả nhị phân 0000 0001 0010 0011 Giá cực tiểu Độ tin cậy lớn 0100 Thông lượng lớn 10 12 14 16 18 0101 0110 0111 1000 1001 20 22 24 1010 1011 1100 26 1101 Ghi Dịch vụ thông thường Trễ nhỏ 24 28 1110 Bảng 3.3 Mã hóa giá trị QoS RFC 2676 Mô tả thập phân 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 Mô tả nhị phân 10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 62 11111 30 3.1.3 Mã hóa bă ng thô ngBả ng 3.4 Phạ m vi giả trị mũ c ho 13 bit, dựa o mã hóa Bảng 3.4 Phạm vi giả trị mũ cho 13bit, dựa vào mã hóa Ghi Băng thông Trê 1111 25 Giá trị mũ X Phạm vi (213 -1)*8X Bưóc 8X Giá trị mũ X Phạm vi (213 -1)*8X Bưóc 8X 8,191 1 65,528 524,224 64 4,193,792 512 33,550,336 4,096 268,402,688 32,768 2,147,221,504 262,144 17,177,772,032 2,097,152 26 Quy tắc mã hóa băng thông hiếu là: miêu tả băng thông khả dụng trường 16 bít với bit mũ đứng trước 13 bit cho phần số định trị Vì vậy, mã hóa tạo thành thông báo nhị phân có giá trị số từ 216 -1 (việc mã hóa băng thông khả dụng theo số 2) 3.1.4 Mã hóa trễ Trễ mã hóa theo bit cách sử dụng phương pháp theo hàm mũ mô tả băng thông, trừ sở xác định thay Vì vậy, trễ lớn thể (213 -1)*47 (xấp xỉ 134s) 3.2 Các chế thực mở rộng QoS cho OSPF 3.2.1 Các thuật toán thông tin lựa chọn đường dẫn 3.2.1.1 Các thông số Chúng ta xem xét metric sau đây:Băng thông khả dụng liên kết; Tổng số chặng; Chính sách 3.2.1.2 Các thuật toán lựa chọn đường dẫn 3.2.1.2.1 Thuật toán cho đường dẫn QoS đưọc tính toán trước xác Trong phần này, ta mô tả thuật toán lựa chọn đường dẫn, thuật toán đưa topo mạng thông số liên kết, cho phép tính toán trước tất đường dẫn 27 QoS có thể, có độ phức tạp tính toán thấp hợp lý 3.2.1.2.2 Thuật toán cho việc tính toán theo yêu cầu đường dẫn QoS Trong phần này, mô tả cách ngắn gọn xem thuật toán Dijksữa tiêu chuẩn làm cho đích yêu cầu băng thông, tạo đường dẫn có số chặng tối thiểu thích nghi với băng thông yêu cầu có băng thông tối đa 3.2.1.2.3 Thuật toán cho đường dẫn QoS tính toán trước gần Phần đưa thuật toán dựa thuật toán Dijkstra cho phép tính toán trước tuyến đường QoS cho tất đích giá trị băng thông 3.2.1.3 Mở rộng: Xử lý yêu cầu trễ Một mở rộng đơn giản đến thuật toán lựa chọn đường dẫn dự kiến cho phép tính toán trực tiếp trễ giả sử trễ end-to-end mở rộng hình thức cụ thể 3.2.2 Thông báo thông tin trạng thái liên kết 3.2.2.1 Phưong pháp xác suất Giá trị băng thông liên kết biến ngầu nhiên nhận giá trị khoảng (bl /2,2bl ,) với bl giá 28 trị thông báo cuối Bằng việc tạo vài giả thuyết phân bố xác suất giá trị này, sau chạy thuật toán BF số liệu Do việc phân tích cho phương pháp phức tạp trường hợp tuyến đường tính toán trước 3.2.2.2 Phương pháp đơn giản Ở đây, ta chạy thuật toán BF tiêu chuẩn, có đầu bảng định tuyến QoS với a nằm khoảng 0.5