Các giao thức định tuyến Khái niệm, phân loại PGS Trương Diệu Linh Bộ môn Truyền thông & Mạng máy Jnh 1/25/16 Mục lục Ø Định tuyến Ø Phân loại các giao thức định tuyến Ø Các giải thuật định tuyến Ø Kết luận 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Chức năng chính của tầng mạng (network layer) là vận chuyển dữ liệu giữa các cặp nút không liền kề Từ đó có 2 nhiệm vụ: –  chọn đường cho các dữ liệu giữa các máy/ thiết bị đầu cuối –  Chuyển jếp dữ liệu theo đường đi đã chọn •  Việc chọn đường được thực hiện bởi các roujng protocol –  Roujng protocol Jnh đường đi bằng các thuật toán chọn đường –  Kết quả Jnh toán được lưu trong các router phục vụ quá trình chuyển jếp dữ liệu jếp theo •  Việc chuyển jếp dữ liệu được thực hiện bởi các routed protocol –  Chuyển jếp dữ liệu giữa các cổng của router theo đường đi đã được xác định ở trên •  Định tuyến được nghiên cứu trong mạng máy Jnh, viễn thông, giao thông vận tải cũng như trong các bài toán phân phối tài nguyên nói chung 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routed protocol) Hình 1: Giao thức định tuyến, IP protocol 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routed protocol) –  Một giao thức được định tuyến chuyển jếp dữ liệu mà không cần quan tâm đến đường đi tổng thể từ nguồn đến đích, –  Giao thức đã được định tuyến cung cấp định nghĩa khuôn dạng và mục đích của các trường có trong một gói jn, –  The Internet Protocol (IP) và Novell Internetwork Packet Exchange (IPX) là các giao thức được định tuyến Một số các giao thức được định tuyến khác như là DECnet, AppleTalk, Banyan VINES, và Xerox Network Systems (XNS) 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routing protocol) Hình 2: Giao thức định tuyến, RIP, IGRP 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routing protocol) –  Giao thức định tuyến được dùng trong khi thực hiện giải thuật/ thuật toán định tuyến để trao đổi thông jn giữa các mạng, cho phép các router xây dựng bảng định tuyến một cách linh hoạt •  Thu thập thông jn mạng: topo, tài nguyên •  Trao đổi dữ liệu giữa các nút trong quá trình Jnh toán đường đi •  Thiết lập bản định tuyến –  Các giao thức/ giải thuật định tuyến được thực thi bởi các router, –  Một số ví dụ về các giao thức định tuyến trên mạng Internet là RIP, IGRP, OSPF, BGP, và EIGRP –  Một số ví dụ về các giao thức định tuyến trên mạng mobile wireless ad hoc networks là AODV, DSR, OLSR 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản u Giao thức định tuyến (routing protocols) Hình 3: Định tuyến mạng ad hoc 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản u Giao thức định tuyến – Quy trình tìm đường (Path Determination) Hình 4: Quy trình tìm đường máy A gửi tin máy C 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản u Giao thức định tuyến – Quy trình tìm đường (Path Determination) Hình 5: Quy trình tìm đường 1/25/16 10 Phân loại giao thức định tuyến u Cấu hình định tuyến tĩnh Linux: ü Chúng ta cần cấu hình định tuyến tĩnh, thêm thông tin vào bảng định tuyến để ping tới dãy địa 192.168.3.X từ dãy địa 192.168.1.X Điểm nối mạng subnet gateway có địa 192.168.1.10 ü Do mạng subnet 192.168.1.*, router cấu hình định tuyến tĩnh sau: ü Cấu hình máy trạm thuộc subnet 192.168.1.X: •  $ route add default gw 192.168.1.10 ü Cấu hình router gateway nối với subnet 192.168.1.X sau: •  $ route add -net 192.168.3.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.3.10 1/25/16 27 Phân loại giao thức định tuyến u  Định tuyến động thường sử dụng loại giải thuật định tuyến: ü  Distance-vector: ü  Thực tính đường giải thuật Bellman ford ü  Tính toán phân tán ü  Từng nút mạng khám phá dần đường tốt cách trao đổi bảng định tuyến tạm thời với nút xung quanh ü  Link-state: ü  Mỗi nút thu thập thông tin liên kết với nút khác để xây dựng đồ thị mạng ü  Mỗi nút sử dụng giải thuật Dijkstra tự tính đường ngắn đến đinh xây dựng bảng định tuyến 1/25/16 28 Phân loại giao thức định tuyến u Hệ tự trị (autonomous system): ü Internet hình thành từ số lớn hệ tự trị/vùng/miền, hệ tự trị dùng giao thức định tuyến riêng bên trong, ü Thuật toán/ giải thuật định tuyến hoạt động bên hệ tự trị gọi giao thức định tuyến nội vùng (interior gateway protocol) ü Các giao thức nội vùng phổ biến Rip, Rip 2, IGRP (distance-vector) OSPF, IS-IS (link-state) ü Thuật toán/ giải thuật định tuyến hệ tự trị gọi giao thức định tuyến liên vùng (exterior gateway protocol) ü Giao thức cổng định tuyến liên vùng phổ biến BGP 1/25/16 29 Phân loại giao thức định tuyến u Phân loại theo phạm vi u Định tuyến nội vùng ü EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol ü IGRP: Interior Gateway Routing Protocol ü IS-IS: ISO IS-IS & OSPF: Open Shortest Path First u Định tuyến liên vùng u BGP: Border Gateway Protocol Hình 15: Phân loại giao thức định tuyến 1/25/16 30 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến không phân cấp ü Xác định đường từ đầu đến cuối u Định tuyến phân cấp ü Định tuyến mạng đa miền ü Xác định danh sách miền cần qua trước ü Xác định đường cụ thể miền sau 1/25/16 31 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Internet thành lập nhiều liên mạng, mạng gia tăng kích cỡ gia tăng bảng chọn đường, tiêu tốn nhớ, cần nhiều băng thông để gửi thông tin thời gian hội tụ lâu hơn, ü Do đó, cần phải có phân cấp việc chọn đường (giống mạng điện thoại) ü Khi chọn đường phân cấp, routers chia thành miền (rgion/domain/area ) với router biết tất chi tiết cách chọn đường gói tin đến đích region không (cần) biết thông tin region khác, ü Các liên mạng kết nối với xem vùng (region), 1/25/16 32 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Một vấn đề đặt mạng nên phân cấp mức? ü Kamou & Kleinrock (1979) với liên mạng có N subnets mức phân cấp tối ưu lnN ü Ví dụ: ü Một liên mạng bao gồm 720 mạng con, với giao thức định tuyến động bình thường, cần 720 thông tin (entry) định tuyến cho router Nếu liên mạng chia làm 24 vùng khác với vùng bao gồm 30 routers, router cần 30 routing entries cho 30 routers region 23 routing entries cho định tuyến ngoại vùng 1/25/16 33 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Ví dụ chọn đường phân cấp với vùng khác nhau: 1/25/16 34 Phân lọai giao thức định tuyến u Định tuyến nguồn (source routing) ü Nguồn gửi liệu đặc tả đường liệu ü Cho phép nguồn lựa chọn đường tốt số tất khả ü Cho phép nguồn bắt buộc gói tin theo đường, thuận tiện quản lý chất lượng ü Sử dụng nhiều mạng chuyển mạch kênh Ví dụ SONET, WDM u Định tuyến hop-by-hop ü Các nút mạng trung gian (router) định đường liệu tùy thuộc trạng thái mạng địa đích ü Sử dụng nhiều mạng chuyển mạch gói VD: Internet 1/25/16 35 Phân lọai giao thức định tuyến •  Phân loại theo đích: –  Anycast: muljcast:1nguồn–1 nhóm đích broadcast –  Unicast 1/25/16 36 Phân lọai giao thức định tuyến u  Anycast: ü  Dữ liệu từ nguồn chuyển đến nút gần (về mặt topo) số nút nút nhận ü  Tất nút nhận nhóm có địa u  Unicast: ü  Mỗi địa đích tương ứng với nút nhận ü  Dữ liệu từ nguồn gửi tới nút u  Multicast: ü  Một địa tương ứng với nhóm nút ü  Nút nguồn gửi liệu đồng thời cho nhiều nút đích trình truyền nhận u  Broadcast: ü  Dữ liệu truyền từ nguồn đồng thời đến tất đích 1/25/16 37 Phân loại giao thức định tuyến u Broadcast: ü Cách thực •  Gửi liệu riêng rẽ đến người nhận: n-unicast –  Tốn băng thông •  Sử dụng mạng để tạo phân phối •  Vận chuyển gói tin đến đích theo khung từ gốc 1/25/16 38 Phân loại giao thức định tuyến •  Muljcast –  Sử dụng cây khung đến nhóm các nút đích để phân phối dữ liệu 1/25/16 39 Phân loại giao thức định tuyến •  Phân loại theo mạng: Các giao thức mang đặc trưng của mạng –  Mạng quang: •  Thường dùng chuyển mạch kênh è định tuyến nguồn •  Mỗi kết nối dùng một bước sóng từ đầu đến cuối •  Định tuyến cho các kết nối bao gồm ‹m đường đi cho kết nối và gán bước sóng cho nó –  Mạng sensor •  Đặc trưng mạng là hạn chế về năng lượng, các nút mạng lúc on/off •  Giải thuật định tuyến phải đơn giản, hạn chế đường đi qua nhiều nút •  Vấn đề phát hiện hàng xóm –  Mạng di động 1/25/16 •  Các nút mạng không cố định, topo biến đổi thường xuyên 40 Phân loại giao thức định tuyến •  Phân loại theo chất lượng dịch vụ –  Định tuyến có dự phòng: •  Đòi hỏi mỗi kết nối phải có 1 đường đi dự phòng •  Vấn đề để dành tài nguyên dự phòng –  Tài nguyên dành riêng, tài nguyên chia sẻ •  Đường đi chính và dự phòng không hỏng đồng thời •  Trường hợp một lỗi, nhiều lỗi đồng thời •  Dễ dẫn đến bài toán NP-khó –  Định tuyến đảm bảo băng thông •  Băng thông dọc theo mọi liên kết phải được đảm bảo đủ theo yêu cầu •  Định tuyến phải Jnh đến tài nguyên đang có và có chính sách “đặt chỗ” –  Định tuyến đảm bảo độ trễ tối đa •  Độ trễ từ đầu đến cuối không vượt quá một ngưỡng •  Định tuyến theo ràng buộc tổng (addijve constraint) –  Định tuyến đảm bảo cân bằng tài nguyên 1/25/16 41 ... Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routing protocol) Hình 2: Giao thức định tuyến, RIP, IGRP 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routing protocol) –  Giao thức định tuyến được dùng trong khi thực hiện giải... Interior Gateway Routing Protocol ü IGRP: Interior Gateway Routing Protocol ü IS-IS: ISO IS-IS & OSPF: Open Shortest Path First u Định tuyến liên vùng u BGP: Border Gateway Protocol Hình 15: Phân... •  Giao thức định tuyến (routed protocol) Hình 1: Giao thức định tuyến, IP protocol 1/25/16 Định tuyến – Những khái niệm cơ bản •  Giao thức định tuyến (routed protocol) –  Một giao thức được định tuyến chuyển jếp dữ liệu mà