LUẬN VĂN:CÁC CƠ CHẾ ĐỊNH TUYẾN QoS VÀ THUẬT TOÁN MỞ ĐƯỜNG NGẮN NHẤT ĐẦU TIÊN (OSPF) MỞ RỘNG docx

Khi tính toán đường đi ngắn nhất sử dụng định tuyến theo trạng thái kết nối và định tuyến theo véc-tơ khoảng cách, thông tin trạng thái của mạng thể hiện qua các số đo Metric thông qua g

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

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

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

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARPANET Advanced Research Projects

Agency Network

Mạng lưới cơ quan với các đề

án nghiên cứu tiên tiến

Identifier

Số nhận dạng hệ thống tự trị

Constraints Routing Algorithm

Thuật toán định tuyến đa rằng buộc liên kết rời rạc

Routing Protocol

Giao thức định tuyến đa điểm theo véc-tơ khoảng cách

Force

Nhóm đặc trách kỹ thuật internet

Internet

Telecommunication Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

MAMCRA Multicast Adaptive Multiple

Constraints Routing Algorithm

Thuật toán định tuyến đa ràng buộc thích ứng đa điểm

Path

Tuyến tối ưu đa ràng buộc

lượng dịch vụ

Constraints Routing Algorithm

Thuật toán định tuyến đa ràng buộc tự thích ứng

SLA Service Level Agreement Thỏa thuận mức độ dịch vụ

Telecommunications Systems

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

thực

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

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

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)

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

CHƯƠNG 1 - 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 các thông tin topo mạng, các thông tin này có thể do người quản trị thiết lập hoặc được thu lượm thông qua các giao thức định tuyến

Hình 1.1 Định tuyến

Tầng mạng hỗ trợ chuyển gói từ đầu cuối tới đầu cuối cố gắng tối đa (best-effort) qua các mạng được kết nối với nhau, sử dụng bảng định tuyến để gửi các gói từ mạng nguồn đến mạng đích Sau khi đã quyết định sử dụng đường

đi nào, router tiến hành việc chuyển gói Nó lấy một gói nhận được ở giao diện vào và chuyển tiếp gói này tới giao diện ra tương ứng (giao diện thể hiện đường

đi tốt nhất tới đích cho gói)

Mục tiêu cơ bản của các phương pháp định tuyến là nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, và tối thiểu hoá giá thành mạng Để đạt được điều này kỹ thuật định tuyến phải tối ưu được các tham số mạng và người sử dụng như: xác suất tắc nghẽn, băng thông, độ trễ, độ tin cậy, giá thành,v.v Vì vậy, một kỹ thuật định tuyến phải thực hiện tốt hai chức năng chính sau đây:

 Quyết định chọn đường theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó

 Cập nhật thông tin định tuyến

Tuỳ thuộc vào kiến trúc, hạ tầng cơ sở mạng mà các kỹ thuật định tuyến

Chọn đường?

khác nhau được áp dụng Các tiêu chuẩn tối ưu khi chọn đường dẫn từ trạm

nguồn tới trạm đích có thể phụ thuộc vào yêu cầu người sử dụng dịch vụ mạng Giữa mạng và người sử dụng có thể có các thoả thuận ràng buộc về chất lượng dịch vụ cung cấp hay một số yêu cầu khác, điều đó có thể dẫn tới khả năng chọn đường của mạng chỉ là cận tối ưu đối với một loại hình dịch vụ cụ thể, hoặc với

một số nhóm người sử dụng dịch vụ cụ thể Chức năng cập nhật thông tin định

tuyến là chức năng quan trọng nhất mà các giao thức định tuyến phải thừa hành, các giải pháp cập nhật thông tin định tuyến đưa ra hiện nay tập trung vào giải quyết bài toán cân đối lưu lượng báo hiệu và định tuyến trên mạng với tính đầy

đủ và sự nhanh chóng của thông tin định tuyến

Có nhiều cách để phân loại giao thức định tuyến, trong đó cách phân loại phổ biến nhất là phân định tuyến thành định tuyến theo véc-tơ khoảng cách và định tuyến theo trạng thái kết nối

 Định tuyến theo trạng thái kết nối: các nút mạng quảng bá thông tin định

tuyến tới tất cả các nút trong liên mạng Tuy nhiên, mỗi router chỉ gửi một phần bảng định tuyến (phần mô tả trạng thái kết nối của router) và xây dựng một bức tranh về toàn bộ mạng trong bảng topo Mỗi khi topo trạng thái kết nối thay đổi, các router đầu tiên biết được sự thay đổi này sẽ gửi một thông báo trạng thái kết nối LSA (Link State Advertisement) mới tới các router khác hoặc tới một router chỉ định (nơi các router khác có thể sử dụng để cập nhật) LSA này sẽ được tràn ngập (flooding) tới tất cả các router trên liên mạng

 Định tuyến theo véc-tơ 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 khoảng cách, thông tin trạng thái của mạng thể hiện qua các số đo (Metric) thông qua giá (cost), các bộ định tuyến phải được cập nhật giá trên tuyến kết nối Khi có sự thay đổi topo mạng hoặc lưu lượng, các nút mạng phải khởi tạo và tính toán lại tuyến đường đi ngắn nhất, tuỳ theo giao thức được sử dụng trong mạng

Các bảng định tuyến chứa thông tin được sử dụng bởi phần mềm chuyển mạch để chọn tuyến tốt nhất Các thuật toán phức tạp có thể chọn tuyến dựa trên

nhiều metric bằng cách kết hợp chúng thành một metric phức hợp Các metric được sử dụng phổ biến gồm: chiều dài đường đi, độ tin cậy, độ trễ, băng thông, tải và giá truyền thông Chúng ta có thể so sánh định tuyến véc-tơ khoảng cách với định tuyến trạng thái kết nối theo một số tiêu chí như trong Bảng 1.1:

Bảng 1.1 So sánh định tuyến trạng thái kết nối và véc-tơ khoảng cách Véc-tơ khoảng cách Trạng thái kết nối

Nhận thức về topo mạng từ các

router kế cận

Có được cái nhìn toàn cảnh về liên mạng

Cộng vào véc-tơ khoảng cách từ

router này tới router khác

Tính toán đường đi ngắn nhất tới tất cả các router

Chuyển bản sao của bảng định

tuyến tới các router kế cận

Chuyển cập nhật định tuyến trạng thái kết nối tới tất cả các router

Định tuyến véc-tơ khoảng cách lấy dữ liệu topo từ thông tin bảng định tuyến của các router kế cận Định tuyến trạng thái kết nối có được một cái nhìn toàn cảnh về topo của liên mạng bằng cách tích luỹ tất cả các LSA cần thiết

Định tuyến véc-tơ khoảng cách xác định đường đi tốt nhất bằng cách cộng thêm vào giá trị metric mà nó nhận được khi thông tin định tuyến được gửi từ router này tới router khác Đối với định tuyến trạng thái kết nối, mỗi router làm việc độc lập trong việc tính toán đường đi ngắn nhất tới các mạng đích

Trong hầu hết các giao thức định tuyến véc-tơ khoảng cách, cập nhật định tuyến về thay đổi topo mạng được gửi định kỳ Các cập nhật được gửi từ router này tới router khác, dẫn đến mạng hội tụ chậm Với các giao thức định tuyến trạng thái kết nối, cập nhật được gửi ngay khi topo mạng thay đổi Các gói thông báo trạng thái kết nối LSA có kích thước tương đối nhỏ được chuyển tới tất cả các router, do đó thời gian hội tụ sẽ nhanh hơn khi topo mạng thay đổi

1.1.2 Định tuyến dựa trên QoS

Định tuyến dựa trên QoS là cơ chế định tuyến theo đó đường đi cho các

luồng được xác định dựa trên một số hiểu biết về sự sẵn sàng của tài nguyên

trong mạng cũng như nhu cầu QoS của luồng [3] Hay nói cách khác, đó là “một giao thức định tuyến động có mở rộng tiêu chí chọn đường của nó bao gồm các tham số QoS như băng thông sẵn có, hiệu quả sử dụng đường đầu cuối và kết nối, mức tiêu thụ tài nguyên nút, trễ và trượt, biến động trễ” Nói một cách ngắn gọn là định tuyến động có tính đến QoS

Hình 1.2 là ví dụ đơn giản về định tuyến dựa trên QoS Giả sử có luồng

lưu lượng từ nút A tới nút C yêu cầu băng thông 4Mbps, mặc dù đường A-B-C

ngắn hơn, nhưng nó sẽ không được chọn vì không có đủ băng thông Thay vào

đó đường A-D-E-C được chọn

Hình 1.2 Ví dụ về phương pháp định tuyến dựa trên QoS

Bên cạnh đó, còn có hai khái niệm liên quan là định tuyến dựa trên chính sách và định tuyến ràng buộc Mối quan hệ giữa ba kiểu định tuyến được thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa ba kiểu định tuyến

Định tuyến ràng buộc

chính sách

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 tuyến ràng buộc là một quan niệm phát triển từ định tuyến dựa trên

QoS nhưng có ý nghĩa rộng hơn Nó tính đường đi để thoả mãn một số ràng buộc, bao gồm cả các ràng buộc về QoS (yêu cầu QoS và sự sẵn sàng của tài nguyên) và các ràng buộc theo chính sách

1.1.3 Mục đích của định tuyến dựa trên QoS

Các giao thức định tuyến Internet hiện nay được gọi là giao thức định tuyến “cố gắng tối đa” Các giao thức này chỉ sử dụng “đường ngắn nhất” tới đích, chúng thường dùng các thuật toán tối ưu với mục tiêu đơn, theo đó chỉ xem xét một số đo (băng thông, số chặng, giá) Như vậy, toàn bộ lưu lượng được định tuyến vào “đường ngắn nhất”, ngay cả khi tồn tại đường cạnh tranh khác, chúng không được sử dụng chừng nào chúng chưa trở thành đường ngắn nhất Điều này có thể dẫn tới tắc nghẽn của một vài kết nối, trong khi các kết nối khác không được dùng hết

Định tuyến “cố gắng tối đa” sẽ chuyển lưu lượng từ một đường tới đường

“tốt hơn” mỗi khi nó tìm được Việc này xảy ra ngay cả khi đường đang dùng đáp ứng được các yêu cầu dịch vụ của lưu lượng Kiểu chuyển đổi này là không mong muốn vì nó dẫn tới sự dao động định tuyến, lưu lượng sẽ bị định tuyến qua lại giữa các đường cạnh tranh Thậm chí còn tồi tệ hơn vì kiểu dao động này

có thể làm tăng biến động trễ và trượt

Định tuyến dựa trên QoS được cho là giải quyết hoặc tránh các vấn đề đã nêu trên Các mục tiêu chính của định tuyến dựa trên QoS là:

 Thứ nhất, là để đáp ứng các yêu cầu QoS của người sử dụng Định tuyến dựa trên QoS được giả thiết là để tìm một đường từ nguồn đến đích để thoả mãn các yêu cầu của người sử dụng về băng thông, trễ đầu cuối, … Ngoài ra, việc này phải được thực hiện trong chế độ động chứ không phải

là cấu hình tĩnh Trong trường hợp có một vài tuyến khả thi sẵn có, tuyến được lựa chọn có thể là cơ sở cho một vài chính sách ràng buộc Ví dụ: chúng ta có thể chọn tuyến ít chi phí nhất hoặc theo nhà cung cấp dịch vụ chỉ định

 Thứ hai, là để tối ưu hoá mức độ sử dụng tài nguyên mạng Đây là mục đích theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ Tất cả các nhà cung cấp muốn khai thác tối đa khả năng mạng hiện thời của họ, nhờ thế đạt lợi nhuận cao nhất Bên cạnh đó, đây cũng là yêu cầu xuất phát từ góc độ kỹ thuật xây dựng mạng Định tuyến dựa trên QoS được trông đợi để quản lý lưu lượng mạng một cách hiệu quả sao cho thông lượng qua mạng là lớn nhất Một lược đồ thông thường là luôn lựa chọn đường ngắn nhất trong

số các đường khả thi, vì đường dài hơn có nghĩa là sử dụng tài nguyên mạng nhiều hơn

 Thứ ba, khi mà mạng ở tình trạng tải lớn, khả năng thực thi của mạng giảm, giống như xảy ra tắc nghẽn, định tuyến dựa trên QoS được mong đợi là sẽ cho chất lượng tốt hơn (ví dụ: thông lượng tốt hơn) so với định tuyến cố gắng tối đa, (định tuyến cố gắng tối đa có thể làm giảm thực thi mạng một cách đột ngột)

1.2 Các vấn đề cơ bản của định tuyến dựa trên QoS

Định tuyến dựa trên QoS thì khó thiết kế và thực thi hơn nhiều so với định tuyến cố gắng tối đa Trong hầu hết các trường hợp mục đích không phải là tìm giải pháp tốt nhất, mà là tìm giải pháp với chi phí có thể chấp nhận được

1.2.1 Metric và sự tính toán đường đi

Có hai vấn đề cơ bản của phương pháp định tuyến dựa trên QoS: Thứ nhất, đo và thu thập thông tin trạng thái mạng như thế nào; Thứ hai, tính toán các lộ trình dựa trên thông tin đã thu được như thế nào Sự lựa chọn metric là rất quan trọng theo nghĩa rằng: “các metric phải thể hiện các đặc tính mạng cơ bản

mà ta quan tâm” Do đó các metric như băng thông sẵn có, trễ, biến động trễ, … được sử dụng phổ biến; cũng như là các metric xác định kiểu bảo đảm QoS mà mạng cung cấp Không có phương pháp hỗ trợ yêu cầu QoS nào mà không thể biểu diễn bởi tổ hợp nào đó của các metric hiện hữu

Bên cạnh đó cần xem xét sự phức tạp trong tính toán, nghĩa là việc tính toán đường đi dựa trên một metric hoặc tổ hợp các metric phải không quá phức tạp Tiếc rằng, định tuyến dựa trên QoS thường được thực hiện với nhiều ràng buộc và việc tính toán đường dựa trên tổ hợp nhất định nào đó của các metric đã được chứng minh là bài toán NP (No Polynomial) hoàn thiện Rất nhiều thuật toán được đề xuất để giải quyết vấn đề này Một phương pháp chung nhất được

gọi là “lọc tuần tự”, nghĩa là “một tổ hợp của các metric được sắp xếp thứ tự theo một dạng nào đó phản ánh tầm quan trọng của các metric khác nhau” Các đường đi dựa trên metric đầu tiên được tính toán trước tiên và tập con của chúng được loại bỏ dựa trên metric thứ hai và cứ như thế cho đến khi một đường đơn được tìm thấy Đây là sự cân bằng giữa sự tối ưu hoá phẩm chất và sự đơn giản trong tính toán

Việc tính toán đường đi cũng liên quan chặt chẽ tới việc dành trước tài nguyên, nghĩa là một khi đường thích hợp đã được chọn thì tài nguyên tương ứng (băng thông, không gian đệm trong các bộ định tuyến, …) phải được dành cho dòng lưu lượng, vì vậy không thể dành cho các dòng khác Hậu quả là, lượng tài nguyên sẵn có (như băng thông) sau khi dành trước phải được tính toán lại và thông tin đó phải được phát tán tới các bộ định tuyến khác Bằng cách này tất cả các bộ định tuyến có thể tạo quyết định đúng đắn cho các luồng khác nhau

1.2.2 Lan truyền và duy trì thông tin

Một vấn đề quan trọng là thông tin định tuyến thường được trao đổi giữa các bộ định tuyến như thế nào Định tuyến dựa trên QoS cần trao đổi nhiều thông tin hơn định tuyến cố gắng tối đa Thứ nhất, ngoài thông tin định tuyến cần có giống như định tuyến cố gắng tối đa, cần trao đổi cả những thông tin QoS, ví dụ như băng thông sẵn có Thứ hai, các metric được sử dụng trong định tuyến dựa trên QoS có thể thay đổi rất nhanh (một lần nữa, băng thông sẵn có là một ví dụ điển hình) Nếu như thông tin định tuyến được trao đổi mỗi khi có sự thay đổi giá trị metric, nó sẽ gây ra một tải trọng lớn cho các kết nối mạng và các bộ định tuyến, tiêu thụ băng thông của mạng và các nhịp CPU của các bộ định tuyến

Một cách chung nhất là thiết lập một ngưỡng để phân biệt các thay đổi đáng kể từ các thay đổi nhỏ Thông tin chỉ được trao đổi khi xảy ra một thay đổi đáng kể Làm như thế, có thể đem lại sự ổn định của các tuyến QoS Thêm nữa, đây là sự trả giá giữa hiệu quả và sự chính xác của thông tin định tuyến Một phương pháp khác là chỉ xem xét các tài nguyên sẵn có sau khi dành trước thay cho các tài nguyên có thực Lấy băng thông là ví dụ Giả sử

một đường kết nối trong mạng có băng thông 4Mbps, trong đó băng thông

3Mbps đã được dành trước bởi một số đường nào đó Vì vậy băng thông sẵn

có còn lại là 1Mbps Trong điều kiện là không có một luồng mới nào dành lấy

băng thông sẵn có này và không có luồng nào trả lại băng thông hiện đang

giữ, thì băng thông sẵn có được coi là 1Mbps Nói cách khác, ta không xem

xét lượng băng thông được dành trước nhưng không được sử dụng, mặc dù băng thông được dùng trong thực tế có thể thay đổi theo thời gian (có thể là

1,5Mbps tại thời điểm này và 2,5Mbps tại thời điểm khác) Hai cách này có

thể được sử dụng cùng với nhau

Một vấn đề liên quan là duy trì thông tin thu được như thế nào Nếu ta giữ thông tin cho từng luồng trong các bộ định tuyến, thì kích thước của bảng định tuyến sẽ tăng lên rất nhanh Có một gợi ý là chỉ giữ bảng định tuyến cho lưu lượng cố gắng tối đa và tính toán các đường đi cho các luồng QoS theo nhu cầu Đây là sự hy sinh thời gian tính toán thay cho không gian bộ nhớ Một phương pháp khác có thể là nhóm luồng Thay cho việc ghi nhớ thông tin

về các luồng riêng rẽ ta có thể nhóm các luồng và chỉ duy trì thông tin về các nhóm luồng, với số lượng rõ ràng ít hơn

1.2.3 Mô hình thông tin trạng thái không chính xác

Một xu hướng trong thiết kế thuật toán định tuyến dựa trên QoS là ngày càng có nhiều người tin rằng định tuyến QoS về bản chất là không chính xác

“Không chính xác” có nghĩa rằng thông tin trạng thái dùng trong định tuyến là không chính xác Các nguồn gốc của sự không chính xác là:

 Tính động của mạng: một vài tham số hay metric (cụ thể là băng thông sẵn

có và độ trễ) gắn với nút và kết nối của mạng thay đổi theo thời gian Sẽ rất khó (thậm chí là không thể) để gửi cho thông tin thật chính xác

 Nhóm thông tin định tuyến: như đã đề cập ở phần trước, nhóm định

tuyến là được khuyến khích để giảm sự định tuyến cập nhật tải và sự định tuyến chứa tải, đặc biệt cho các mạng lớn Tổng tin của nhóm thường mang tính đại diện hoặc tính trung bình

 Thông tin ẩn: đối với việc bảo mật hoặc một vài nguyên nhân khác,

một vài thông tin định tuyến được ẩn đi và do đó không thể nhận ra

 Các tính toán gần đúng: không có giá trị nào của tham số hay metric

của mạng thực sự là chính xác Đó chỉ là các giá trị gần đúng của các giá trị thực, theo thời gian thực

1.2.4 Điều khiển của quản trị mạng

Có một số vấn đề điều khiển liên quan tới QoS

 Thứ nhất là vấn đề ưu tiên và chiếm đoạt: các luồng khác nhau trong

mạng có các yêu cầu QoS khác nhau, vì thế có mức ưu tiên khác nhau Các luồng quan trọng có thể được gán mức ưu tiên cao hơn các luồng khác Khi tài nguyên (ví dụ như băng thông) không có đủ, các luồng này có thể chiếm tài nguyên từ các luồng có mức ưu tiên thấp hơn Ví

dụ luồng thoại hoặc video (với yêu cầu nghiêm ngặt về trễ và băng thông) có thể được gán mức ưu tiên cao hơn và được phép chiếm băng thông hoặc bộ đệm của các luồng FTP (File Transfer Protocol - Giao thức truyền tệp)

 Thứ hai là vấn đề kiểm soát tài nguyên: Trong khung cảnh mạng có

nhiều lớp dịch vụ lưu lượng, tài nguyên phải được phân phối công bằng giữa các dịch vụ Như vậy sự thiếu hụt tài nguyên của các lớp dịch vụ

ưu tiên thấp có thể tránh được Việc bố trí tài nguyên này có thể được thực hiện ở dạng 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 tuyến nguồn: Mỗi bộ định tuyến đều chứa thông tin trạng thái mạng

toàn cục và đường được chọn một cách cục bộ dựa trên thông tin trạng thái này Sau khi đường được xác định, bộ định tuyến nguồn thông báo cách đưa các lưu lượng tải như thế nào cho các bộ định tuyến khác theo đường đó Sau đó luồng sẽ được định tuyến đến đích phù hợp Định tuyến nguồn là đơn giản theo nghĩa rằng chỉ bị quyết định bởi nguồn Các bộ định tuyến khác theo đường truyền chỉ cần theo đường xác định trước đó

và nó sẽ không gây ra sự định tuyến lòng vòng Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm

o Thứ nhất, yêu cầu mỗi bộ định tuyến chứa thông tin trạng thái mạng hoàn chỉnh, mà điều này là khó duy trì, đặc biệt đối với mạng

lớn, gây ra nhiều cập nhật thông tin trạng thái, do đó đưa nhiều lưu lượng tải tới mạng

o Thứ hai, nếu tổng hợp những cập nhật thông tin trạng thái để làm giảm sự quá tải lưu lượng, thì độ chính xác của thông tin có thể bị giảm đi Do vậy, có thể không tìm được một đường thích hợp hiện tại

o Thứ ba, mặc dù các bộ định tuyến khác có thể dễ dàng định hướng lưu lượng, nhưng việc tính toán tải tại các bộ định tuyến nguồn là rất lớn Tóm lại, thuật toán định tuyến nguồn có vấn đề co giãn, do vậy không tốt cho các mạng lớn

 Định tuyến phân tán: Trong định tuyến phân tán, mỗi bộ định tuyến chỉ

biết các chặng kế tiếp tới nguồn đích Do đó khi một gói truyền tới, bộ định tuyến chỉ chuyển nó tới bộ định tuyến chặng tiếp theo Theo từng bước như vậy, gói được đưa đến đích Phần lớn các giao thức mạng Internet (như RIP) đều dùng thuật toán này Định tuyến phân tán được sử dụng cho hầu hết các giao thức định tuyến “cố gắng tối đa” Do vậy, dễ dàng để thiết kế

và phù hợp hơn với các giao thức định tuyến hiện thời Việc tính toán tải định tuyến được góp bởi tất cả các bộ định tuyến trên đường, từ nút nguồn tới nút đích Tuy nhiên, tồn tại vấn đề định tuyến lòng vòng khi thông tin trạng thái định tuyến trong các bộ định tuyến khác nhau là không phù hợp Bên cạnh đó cũng có vấn đề co giãn

 Định tuyến phân cấp: Định tuyến phân cấp là phù hợp nhất cho mạng

lớn Cấu trúc của định tuyến bao gồm nhiều cấp Cấp trung tâm bao gồm các bộ định tuyến hiện thời Những bộ định tuyến này được tổ chức thành các nhóm cục bộ, mà hình thành nên cấp tiếp theo Mỗi nhóm là các nút cục bộ trong cấp kế tiếp Các nhóm có thể được tổ chức lớn hơn trong các nhóm cấp cao hơn Quá trình xử lý này có thể đệ quy (recursively), do đó mỗi cấp không có quá nhiều nút (các bộ định tuyến) Thông tin định tuyến được tích hợp tại các nút tiếp giáp với mỗi nhóm Mỗi nút bao gồm thông tin chi tiết về nhóm của nó và thông tin được tích hợp về các nhóm khác PNNI và QOSPF là ví dụ tiêu biểu cho định tuyến phân cấp Như thấy trong hình 1.4: A1, A2, A3 tạo thành một nhóm cục bộ, được tương ứng bằng nút cục bộ A Tượng tự: B1, B2, B3 tạo thành một nhóm; C1 và C2 tạo thành một nhóm khác, tương ứng với các

nút cục bộ B và C Các nút cục bộ A, B và C tạo thành một nhóm ở một

cấp khác

Hình 1.4 Cấu trúc định tuyến phân cấp

Hình 1.5 cho thấy bảng định tuyến của A1 trong cấu trúc hình 1.4, nó chứa thông tin chi tiết về nhóm của nó (nhóm A), trong khi thông tin về nhóm B và nhóm C được tích hợp

Hình 1.5 Ví dụ về bảng định tuyến phân cấp (của A1)

Có thể nói, ưu điểm lớn nhất của định tuyến phân cấp là sự co giãn Do vậy phù hợp với các mạng lớn Thông tin trạng thái định tuyến có thể được tổng hợp để giảm tải trong bộ nhớ và cập nhật định tuyến Tuy nhiên, việc tổng hợp cũng giảm độ chính xác của thông tin trạng thái định tuyến, do vậy ảnh hưởng đến chất lượng của định tuyến dựa trên QoS Rõ ràng, định tuyến phân cấp cho thấy rất nhiều ưu điểm nổi trội, phù hợp cho việc định tuyến QoS trong các mạng hiện nay Chúng ta sẽ nghiên

cứu sâu hơn về cơ chế và thuật toán trong định tuyến QoS nội miền và liên miền trong chương 2

Như đã nêu, vấn đề thuật toán trong định tuyến dựa trên QoS, được gọi là vấn đề chọn đường tối ưu hóa đa ràng buộc MC(O)P (Multi-Constrained (Optimal) Path) Một vài phương pháp đã đề xuất ra chỉ tiêu đặc biệt cho vấn đề MC(O)P Ví dụ, khi băng thông là một trong những ràng buộc phải được thỏa mãn bởi thuật toán tính toán đường đi, vấn đề MCP được định nghĩa như là vấn

đề đường dẫn có giới hạn băng thông BRP Một phương pháp đơn giản để giải quyết vấn đề MCP nói chung là thông qua việc kết hợp các tham số Bằng việc kết hợp một tập hợp các phép đo QoS trong một phép đo đơn, nó có thể sử dụng thuật toán tính toán đa thức thời gian hiện tại như Bellman–Ford hoặc Dijkstra Thuật toán Dijkstra cần có thông tin về toàn bộ đồ thị để có thể tìm ra con đường ngắn nhất từ một đỉnh tới các đỉnh còn lại Thuật toán Bellman-Ford thì thích hợp cho việc tính toán phân tán chỉ cần thông tin về các cung từ một đỉnh tới các đỉnh lân cận Việc sử dụng các thuật toán này, mỗi nút trong mạng sẽ lưu giữ một bảng chọn đường, chỉ ra nút tiếp theo trên con đường ngắn nhất tới đích, và

số đo của con đường đó Khi mạng có sự thay đổi, các thông tin cập nhật được chuyển qua các nút lân cận hoặc được quảng bá trên toàn mạng Từ đó, các nút

sẽ tính lại bảng chọn đường của mình Dựa vào các bảng chọn đường trong mỗi nút, chúng ta có thể tạo được cây đường ngắn nhất tới mỗi nút Hình dưới đây

mô tả đường dẫn ngắn nhất trong một sơ đồ hướng theo Dijkstra Sơ đồ này có 6 nút và 11 cạnh Đường dẫn ngắn nhất từ nút 1 đến nút 6 là đường đi từ nút 1 đến nút 5 đến nút 4 rồi đến nút 6

Hình 1.6 Đường dẫn ngắn nhất trong một sơ đồ có hướng

1.2.6 Vấn đề động trong định tuyến dựa trên QoS

Vấn đề khó khăn nhất hiện nay cản trở việc thực hiện QoS trên Internet liên quan tới giao thức định tuyến dựa trên QoS Để cho phép định tuyến dựa trên QoS, cần phải triển khai các giao thức mạng nhận biết được QoS và phụ thuộc vào trạng thái Một ví dụ về giao thức PNNI (Private Network – Network Interface) sử dụng định tuyến trạng thái liên kết, trong đó mỗi nút sẽ cố gắng để

có được bản đồ topo mạng cơ bản và các tài nguyên có thể dùng được thông qua

“flooding” (gửi tin kiểu tràn ngập) Các tài nguyên sẵn có trong một kết nối được thể hiện bằng các giá trị, được gọi là trọng số kết nối Mặc dù đơn giản, đáng tin cậy, nhưng “flooding” kéo theo việc truyền thông không cần thiết và gây ra việc sử dụng không hiệu quả nguồn tài nguyên Đặc biệt, định tuyến dựa trên QoS yêu cầu sự phân bố thường xuyên của các số liệu động và phức tạp Giám sát bất kì sự thay đổi nào của internet là việc không đơn giản và thậm chí

là không mong muốn bởi vì không phải tất cả sự thay đổi đều quan trọng Hai thay đổi hợp lý được xem xét là:

 Thay đổi thường xuyên do việc tham gia hoặc rời khỏi mạng của các nút Trong internet hiện nay, chỉ loại thay đổi topo mới được xét đến Tính động của nó tương đối được hiểu rõ

 Các thay đổi thường xuyên liên quan đặc thù tới sự tiêu hao các nguồn tài nguyên hoặc tới sự truyền tải lưu lượng qua mạng

Việc kết hợp trọng số kết nối với thông tin trạng thái làm phức tạp thêm

“flooding” bởi vì, trái với những thay đổi thường xuyên, thời gian hội tụ

“flooding” có thể lâu hơn tốc độ thay đổi của một vài tham số (như băng thông khả dụng) Sự nhận dạng các đặc tính QoS và sự mô tả đặc điểm của chúng là yếu tố quyết định đến khái niệm giao thức định tuyến nhận biết được QoS Các đặc tính QoS sử dụng để hỗ trợ các quyết định định tuyến thường bao gồm băng thông, tỷ lệ mất mát, trễ và jitter Việc lựa chọn các thông số để mà căn cứ vào

đó đưa ra quyết định định tuyến là một trong những vấn đề chính phải được giải quyết trong chiến lược định tuyến bởi vì nó quyết định đồng thời các đặc tính để cung cấp cho lưu lượng và sự phức tạp của thuật toán tính toán đường dẫn Việc lựa chọn các tham số phải được thực hiện để tăng nhận thức dịch vụ mạng và tự nhận thức mạng

Định nghĩa của các vấn đề liên quan đến các thông số góp phần nâng cao

tự nhận thức và nhận thức dịch vụ thông qua định nghĩa của các quyết định liên quan đến lựa chọn thông số và các cơ chế cho việc thao tác số liệu Việc tính toán các đường dẫn nhận thức QoS yêu cầu các bộ định tuyến có được thông tin

về trạng thái của mạng dưới dạng các số liệu đã được lựa chọn Trạng thái của mạng gồm có trạng thái cục bộ của mỗi nút và trạng thái bao trùm đang gắn liền với đường dẫn hiện tại Trạng thái bao trùm duy trì bởi mỗi nút có thể nhận được bởi sự phân bố của các trạng thái cục bộ của các nút

Một chiến lược cập nhật tối ưu cho những thay đổi không thường xuyên

là mong muốn trong tương lai, các mạng đa phương tiện được đặc trưng bởi sự biến đổi lớn trong chế độ lưu lượng và yêu cầu QoS Mặc dù một số nghiên cứu

đã đề cập đến vấn đề này nhưng không có chiến lược cập nhật chi tiết nào cho các thay đổi không thường xuyên

Hơn nữa, không phải tất cả các chi tiết của toàn bộ mạng internet toàn cầu

là cần thiết để xác định đường đi từ A tới B Một mạng con bao gồm A và B có

vẻ như đủ Về mặt này, các thuộc tính của một topo mạng là rất quan trọng Internet cho thấy có một sự phân cấp nhất định, trong khi các mạng Ad-Hoc có thể thay đổi từ các cấu trúc lưới thành các đồ hình ngẫu nhiên Từ đó các đường dẫn phụ thuộc mạnh mẽ vào cấu trúc trọng số kết nối và các thuộc tính của đồ hình, tính động của mạng sẽ phụ thuộc vào các yếu tố này, thậm chí đến mức mà

một số chiến lược điều khiển thành công trong một lớp nào đó của đồ hình có thể không làm việc đúng trong đồ hình khác

1.3 Kỹ thuật OSPF và vấn đề mở rộng OSPF cho định tuyến QoS

1.3.1 Kỹ thuật OSPF

OSPF [6] là một giao thức với một phạm vi rộng các metric có thể cấu hình Đây là loại giao thức định tuyến yêu cầu mỗi router duy trì ít nhất một bản

đồ một phần của mạng Khi một router mới gia nhập vào một mạng, nó tìm hiểu

để nhận dạng danh tính của tất cả các router láng giềng của nó Khi điều này được thực hiện, mỗi router sẽ xây dựng một thông điệp có chứa các định danh

và các giá của các liên kết gắn với router cụ thể Các thông điệp này được gọi là các thông báo trạng thái liên kết (LSA) Bất cứ khi nào trạng thái của một liên kết thay đổi, thì một LSA được flooding trên toàn mạng Tất cả các bộ định tuyến sẽ thông báo sự thay đổi này, và tính toán lại các tuyến đường phù hợp Mỗi router sẽ lưu LSA mới nhất từ mọi router trong mạng, bây giờ mỗi bộ định tuyến biết topo mạng hiện tại và có thể tính toán các tuyến đường ngắn nhất Các tuyến đường ngắn nhất tới tất cả các nút khác trong mạng được tính toán với các thuật toán Dijkstra Hoạt động cơ bản của thuật toán được minh họa trong hình sau đây Bảng 1.2 là bảng chuyển tiếp kết quả cho router A

Bảng 1.2 Bảng chuyển tiếp cho router A

Hình 1.7 Ví dụ mạng

Hình 1.8 Bắt đầu từ router A và các LSA của nó

Hình 1.9 Lựa chọn router B, và thêm các LSA của nó

Hình 1.10 Lựa chọn router E, tuyến đường không tốt hơn tới router C

Hình 1.11 Lựa chọn router C, và thêm các LSA của nó

Hình 1.12 Lựa chọn router F, và thêm các LSA của nó

Hình 1.13 Lựa chọn router G, và thêm các LSA của nó Tuyến đường tốt hơn tới router D được tìm thấy

Hình 1.14 Lựa chọn router D

1.3.2 Độ tin cậy trong định tuyến dựa trên QoS

Căn nguyên của độ tin cậy có thể được truy trở lại những ngày đầu của máy tính và truyền thông Trong bối cảnh của những năm đầu và công trình tiên phong của Babbages, Larnder vào năm 1834 [16] đã đề xuất để loại bỏ sai sót trong tính toán bằng cách sử dụng các máy tính độc lập và riêng biệt và thậm chí mang tính quyết định hơn với các phương pháp tính toán khác nhau Sau đó, máy tính điện tử đầu tiên và hệ thống truyền thông sử dụng các khối có độ tin cậy không cao Như một kết quả nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao độ tin cậy và độ tin cậy của hoạt động là bước đầu tiên hướng tới QoS Lý thuyết cơ bản của sự dự phòng để nâng cao độ tin cậy của cấu trúc theo logic và nâng cao chất lượng của truyền thông đã được phát triển từ Von Neumann, Moore, Shannon [17]-[18] và những người kế thừa của họ và vẫn là cơ sở cho công việc nghiên cứu của chúng ta Ngày nay, khái niệm cơ bản của độ tin cậy trong hệ thống máy tính hay hệ thống truyền thông được thảo luận từ một quan điểm kỹ thuật trong các nhóm nghiên cứu khác nhau

Bây giờ chúng ta tập trung vào các khía cạnh của độ tin cậy liên quan chặt chẽ tới mạng lưới truyền thông và đặc biệt là internet Sự hoạt động tin cậy của

hệ thống định tuyến là một phần của chương trình nghị sự định tuyến dựa trên QoS kể từ những ngày đầu của internet Ví dụ, tiền thân của internet, ARPANET, bị thất bại bởi vì giao thức định tuyến của nó chỉ có thể được chỉnh sửa với sự can thiệp thủ công Dựa trên kinh nghiệm này, cộng đồng Internet quyết định cần có giao thức định tuyến để thực hiện một vài tiêu chuẩn tin cậy

cơ bản, như khả năng của giao thức để ổn định (phục hồi) sau khi tình trạng hoạt động không mong đợi được loại bỏ (tự ổn định) Bị ảnh hưởng bởi sự thất bại của ARPANET, các giao thức định tuyến cho Internet đã được giữ ở mức rất đơn giản Thậm chí ngày nay và mặc dù thực tế của yêu cầu ứng dụng dựa trên QoS cao, Internet hoạt động mà không có QoS và không có các cơ chế định tuyến QoS Chúng ta kết luận rằng chính yêu cầu về độ tin cậy và khả năng sống còn của chức năng vận chuyển ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt đã tạo nên một điểm quan trọng trong chương trình nghị sự về định tuyến dựa trên QoS

Chúng ta định nghĩa “Độ tin cậy định tuyến là tính tin cậy của một hệ thống

định tuyến, được đặt trên sự nhất quán của cách hoạt động và hiệu suất của dịch

vụ định tuyến nó thực hiện” [9]

Để có thể thiết kế các hệ thống định tuyến dựa trên QoS tin cậy, cần thiết phải hiểu rõ hơn các số đo độ tin cậy của định tuyến Các số đo này không cố

định, tuy nhiên, chúng bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của mạng đang xem xét Ví

dụ, về truyền thông không dây, chúng ta tìm ra một vài các đặc tính quan trọng

để chi phối độ tin cậy định tuyến có thể là:

 Sự di động hệ thống đầu cuối và người sử dụng;

 Bản chất vô tuyến của kênh truyền;

 Các giao thức định tuyến và thuật toán định tuyến… Sự thích ứng với tình trạng thay đổi của mạng cũng như chi phí phụ phát sinh;

 Các cấu trúc hạ tầng cơ sở hoặc các hệ thống định tuyến lai ghép;

 Những hạn chế về các tài nguyên năng lượng;

 Khả năng không cân bằng của các nút trong các mạng phức tạp;

 Sự hợp tác và không hợp tác của các nút mạng trong mạng ad hoc;

 Các tác động bên ngoài, như là điều kiện môi trường…

1.3.3 Đặt vấn đề nghiên cứu thuật toán OSPF mở rộng

Để đạt được độ tin cậy cao, đã có nhiều sơ đồ định tuyến dựa trên QoS khác nhau được đề xuất (cho cả đơn đích và đa đích) Tuy nhiên, phần lớn các

sơ đồ này tập trung vào một vấn đề cụ thể với các thuật toán dựa trên những giả thiết khác nhau về trạng thái mạng và vì vậy không thể làm việc cùng nhau Từ

đó ta thấy rõ ràng rằng cần có một khuôn khổ làm việc chung nhất với hai mức định tuyến dựa trên QoS nội miền [4] và định tuyến dựa trên QoS liên miền [14] Mô hình phân cấp này tương thích với các cấp thang định tuyến của Internet ngày nay (vốn có quan niệm Hệ thống tự trị) Hình 1.15 cho thấy cấu

trúc định tuyến hai mức như thế nào Định tuyến giữa các nút A, B và C thuộc về định tuyến nội miền, trong khi giữa nút B với E hoặc F thuộc về định tuyến liên

tuyến theo vector khoảng cách, các router thiếu topo toàn mạng và lựa chọn đường dẫn tốt nhất là dựa trên thuật toán định tuyến Bellman-Ford Hiện nay, hầu hết các triển khai mở rộng của giao thức định tuyến nội miền là một giao thức trạng thái liên kết OSPF

Hình 1.15 Định tuyến nội miền so với định tuyến liên miền

Vượt qua ranh giới miền quản trị một giao thức định tuyến liên miền [14] được sử dụng để trao đổi thông tin, và để lựa chọn đường dẫn tốt nhất để đạt đến bất kỳ đích nào theo những nguyên tắc cụ thể và nhu cầu của mỗi miền Ngược lại với trường hợp nội miền, với định tuyến liên miền có một giao thức định tuyến chuẩn thực tế, giao thức cổng đường biên BGP Phiên bản hiện tại của BGP là một giao thức định tuyến theo vector, nó chỉ nhận biết về các mối liên kết giữa các miền quản trị khác nhau Nói cách khác, BGP không quản lý hoặc trao đổi bất kỳ loại thông tin nội miền nào, do đó, tình trạng nội mạng trong bất

kỳ miền quản trị nào cũng không bị tiết lộ bởi BGP Tóm lại, trong khi định tuyến nội miền quản lý việc lựa chọn đường đi tốt nhất trong một miền quản trị duy nhất, thì định tuyến liên miền lại giữ cho Internet như một đơn vị duy nhất

Miền 1

Miền 2

Miền 3

Miền N

BGP hiện tại cung cấp một phản ứng lại chậm và giao thức định tuyến có giới hạn, mà không đủ để xử lý hầu hết các nhu cầu xuất hiện cho các chức năng liên miền Trong số những yêu cầu liên miền này không có các cơ chế hiệu quả

về giá và hiệu quả cao để cung cấp các mức độ khác nhau của QoS end-to-end, trong đó giao thức định tuyến liên miền thì lại có tầm quan trọng tuyệt đối Nói cách khác, phiên bản hiện tại của BGP thiếu năng lực định tuyến dựa trên QoS, cái mà đã được công nhận như một nhu cầu mạnh mẽ của nhóm đặc trách kỹ thuật internet (IETF) từ giữa năm 1998 Do đó, nhiều nỗ lực đang được thực hiện để giải quyết vấn đề 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 là khi chọn đường đảm bảo các ràng buộc về QoS Luận văn chọn đi sâu phân tích một vài cơ chế liên quan đến lan tràn thông tin định tuyến bằng “flooding” Điều này sẽ được trình bày ở chương 2

Tóm lại: Chương 1 đã giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát về định tuyến dựa

trên QoS, chỉ ra các vấn đề cơ bản của định tuyến đảm bảo QoS như metric, thuật toán…Chương 2 sẽ trình bày về định tuyến dựa trên QoS trong mạng có phân 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

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 miền, sau đó tổng kết về 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 tuyến dựa trên QoS trong các miền khác Ở mức này người ta khuyến khích sự đa dạng các dịch vụ định tuyến dựa trên QoS trải suốt từ việc tính toán đường động dựa trên thông tin trạng thái hiện thời cho tới các đường dự trữ tính hỗ trợ một số ít các lớp dịch vụ

Tuy nhiên, định tuyến dựa trên QoS nội miền yêu cầu một vài đặc điểm chung, như được liệt kê dưới đây:

 Sơ đồ định tuyến phải tìm đường đáp ứng yêu cầu QoS của luồng lưu lượng, nếu tồn tại một luồng lưu lượng như thế Ngược lại nó phải chỉ ra rằng luồng lưu lượng đó không được phép

 Để tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên, sơ đồ định tuyến phải có thông báo đường bị ngắt mỗi khi đường bị ảnh hưởng bởi những thay đổi topo trong mạng

 Sơ đồ định tuyến phải hỗ trợ các luồng cố gắng tối đa, những luồng này không có các yêu cầu dành trước tài nguyên Nói cách khác, các giao thức

và ứng dụng cố gắng tối đa hiện thời không cần phải thay đổi trong miền định tuyến dựa trên QoS

 Sơ đồ định tuyến được mong đợi là phải hỗ trợ định tuyến dựa trên QoS

đa đích

 Sơ đồ định tuyến phải có quyền kiểm soát cho phép ở mức cao hơn, để hạn chế sự sử dụng tài nguyên tổng thể của các luồng riêng

Trong phần này ta tập trung vào định tuyến dựa trên QoS nội miền, còn định tuyến dựa trên QoS liên miền sẽ được đề cập trong phần kế tiếp Các vấn

đề 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 thì 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 thêm tải trong mạng Tải trọng được giới thiệu bởi các phương pháp định tuyến dựa trên QoS bao gồm:

 Quá tải xử lý do việc tính toán thường xuyên hơn và phức tạp hơn

 Việc lưu trữ bổ sung cần thiết để hỗ trợ các giao thức định tuyến dựa trên QoS

 Các quá tải truyền thông gây ra bởi sự gia tăng lượng thông tin định tuyến được trao đổi trong mạng

Cần lưu ý rằng tất cả những yếu tố này tác động chặt chẽ tới khả năng mở rộng mạng, tức là khả năng mở rộng trở thành một vấn 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 hơn trong việc xử lý các nguồn tài nguyên Sau đó, trong trường hợp của phương pháp tính toán trước đường dẫn, các đường dẫn đảm bảo QoS đã cài đặt bảng định tuyến phải được cập nhật tình trạng mạng, và trong trường hợp tính toán đường dẫn theo yêu cầu, các đường dẫn phải được tính toán lúc tiếp nhận yêu cầu kết nối Trong bất kỳ cách định tuyến nào, thuật

toán tính toán đường dẫn được sử dụng thường xuyên hơn trong các giao thức định tuyến truyền thống, do đó đòi hỏi xử lý các nguồn tài nguyên nhiều hơn Mặc dù hầu hết các đề xuất định tuyến dựa trên QoS sử dụng tính toán đường dẫn theo yêu cầu, cách định tuyến này có hai nhược điểm Thứ nhất, nó gây ra trễ trước khi bắt đầu chuyển tiếp lưu lượng Thứ hai, nó đòi hỏi phải áp dụng các thuật toán tính toán đường đi cho mỗi yêu cầu kết nối, do đó đưa thêm quá tải xử

lý trên các bộ định tuyến, đặc biệt là khi tỷ lệ đến của các yêu cầu kết nối không cao Tính toán trước đường dẫn là cách tiếp cận khác để xử lý các vấn đề của quá tải xử lý kết hợp với tính toán đường dẫn theo yêu cầu do tác dụng phụ của

sự thiếu chính xác cuối cùng của quyết định định tuyến [7]-[8]

Định tuyến dựa trên QoS làm tăng nhu cầu lưu trữ trong bộ định tuyến do

sự tăng lượng thông tin trạng thái mạng và do kích thước của các bảng định tuyến dựa trên QoS Thông tin được lưu giữ trong các bộ định tuyến bao gồm các metric mô tả trạng thái của các liên kết trong mạng như trễ, tỷ lệ mất mát và

sử dụng, và dữ liệu thống kê về lưu lượng kết hợp được chuyển tiếp thông qua

bộ định tuyến Kích thước của các bảng định tuyến dựa trên QoS được xác định bởi loại lưu lượng sử dụng, và có thể thay đổi từ chỉ một đường vào cho mỗi đích đến trong mạng Mặc dù định tuyến dựa trên QoS cần nhiều tài nguyên hơn, nhưng dung lượng bộ nhớ của các bộ định tuyến hiện tại hoàn toàn đủ khả năng đáp ứng, do đó nó không phải là một hạn chế nghiêm trọng cho việc triển khai các giải pháp định tuyến dựa trên QoS trong mạng

Trong trường hợp các giao thức trạng thái liên kết, quá tải truyền thông là

do tải của quá trình “flooding” sử dụng trong việc trao đổi thông tin trạng thái liên kết giữa các bộ định tuyến trong mạng Do các bộ định tuyến cần phải cập nhật trạng thái mạng để hỗ trợ các quyết định định tuyến chính xác, thông tin trạng thái cần phải được phân phối thường xuyên và vì thế có thể làm tăng quá tải truyền thông Tác động của vấn đề này phụ thuộc vào các yếu tố như số lượng các tham số QoS, thang thời gian của quyết định định tuyến, mô hình định tuyến và sự tức thời của việc tính toán đường dẫn Giao thức định tuyến dựa trên QoS dựa trên sự thăm dò có thể cũng đưa ra quá tải truyền thông trong mạng Trong trường hợp này, quá tải là do các bản tin thăm dò được sử dụng để thu thập trạng thái của liên kết trong mạng hoặc để kiểm tra đường dẫn thay thế cần thiết cho các yêu cầu kết nối cụ thể Số chi phí truyền thông do bản tin thăm dò tùy thuộc vào số lượng các bản tin tham dò ban hành, kích thước và tần suất phát ra của chúng Các bản tin báo hiệu phát ra bởi các giao thức định tuyến dựa trên QoS, giao thức mà thực thi tính toán đường dẫn theo yêu cầu và thiết lập

đường dẫn là các yếu tố khác góp phần vào chi phí truyền thông Các bản tin báo hiệu được sử dụng để yêu cầu tính toán các đường dẫn cụ thể cho việc tính đường dẫn theo yêu cầu và để cài đặt đường dẫn đảm bảo QoS tương ứng trên các nút dọc theo các đường dẫn đảm bảo QoS Cách tiếp cận này gây gia tăng cả

về truyền thông và quá tải xử lý

Việc giảm quá tải truyền thông có thể được thực hiện theo 2 cách bổ sung Đầu tiên là giới hạn số lượng các bản tin định tuyến bằng cách giới hạn tần suất phát ra của bản tin cập nhật và bằng cách giới hạn số lượng các bộ định tuyến

mà có đủ điều kiện để nhận bản tin cập nhật Sự phân bố các bản tin cập nhật có thể được thực hiện ngay khi một sự thay đổi trạng thái xảy ra trong mạng Tuy nhiên, cách tiếp cận này có thể dẫn đến quá tải truyền thông trên mạng và cũng

có thể tạo ra sự bất ổn định Thay vì phân phối các bản tin cập nhật ngay lập tức khi có một sự thay đổi, quá trình phân phối được điều khiển chung bởi chính sách kích hoạt Quá trình “flooding” sử dụng bởi giao thức trạng thái liên kết gây ra lượng tải mà có thể tiêu thụ lượng tài nguyên quá mức trong mạng, đặc

biệt là khi sử dụng trong các định tuyến có hoạch định dựa trên QoS Việc lựa

chọn các giải pháp “flooding” phù hợp có thể giảm chi phí gây ra bởi sự phát

ra của các bản tin cập nhật trạng thái liên kết trên toàn mạng

Thứ hai là giảm kích thước của bản tin định tuyến Sự quảng bá các số liệu định lượng, thay vì quảng bá các giá trị tức thời, là một phương pháp phổ biến để tránh các quá tải truyền thông quá mức của các giao thức định tuyến động Cách tổ chức phân cấp của mạng cho phép kết hợp thông tin định tuyến giữa các cấp độ khác nhau và làm giảm lượng thông tin phải được phân phối và lưu trữ, trong khi giảm số lượng các thiết bị định tuyến liên quan đến việc trao đổi thông tin định tuyến Các tư tưởng chiến lược cho việc kết hợp thông tin định tuyến phải có trong việc xem xét mức độ của sự kết hợp và hiệu quả hoạt động định tuyến

Khi kích thước của mạng phát triển, tải gây ra bởi các giải pháp định tuyến dựa trên QoS có thể trở nên quá mức, ảnh hưởng đến hiệu năng mạng Vấn đề mở rộng quy mô liên quan đến lượng thông tin chảy trên mạng, tới sự phức tạp của thuật toán tính toán đường dẫn, và tới lượng thông tin lưu trữ và xử

lý tại các bộ định tuyến Các cơ chế có thể được sử dụng để điều khiển quá tải định tuyến và góp phần vào việc mở rộng quy mô bao gồm các số liệu định

lượng và chính sách kích hoạt, lựa chọn flooding, tổng hợp thông tin và tính

toán trước đường dẫn

Các quá tải kết hợp với định tuyến dựa trên QoS là một hạn chế quan trọng để triển khai nó Cụ thể, quá trình flooding sử dụng để phân phối thông tin trạng thái của mạng là một yếu tố quan trọng trong quá tải định tuyến dựa trên QoS Quan điểm của các phương án định tuyến dựa trên QoS mới mà không dựa vào “flooding” hoặc khắc phục những khiếm khuyết của nó là một vấn đề cần được xem xét thêm

2.2.1.2 Định tuyến dựa trên QoS theo thông tin không chính xác

Việc sử dụng các thông tin định tuyến không chính xác bởi thuật toán tính toán đường dẫn có thể gây ảnh hưởng tới việc thực thi của các giao thức định tuyến dựa trên QoS Vì vậy, người ta mong muốn rằng tình trạng của mạng lưu giữ ở tất cả các router luôn được cập nhật và phản ánh tình trạng của mạng một cách chi tiết và đầy đủ Tuy nhiên, có một số yếu tố ngăn không cho thực hiện mục tiêu này, như mô tả dưới đây

Sự phân phối không thường xuyên của bản cập nhật trạng thái liên kết định tuyến là một trong những nguồn không chính xác của thông tin định tuyến Trong trường hợp việc phân phối thông tin định tuyến được thực hiện định kỳ, những thay đổi trong trạng thái mạng xảy ra giữa hai lần cập nhật sẽ không được lan rộng, và do đó các đường dẫn đang sử dụng vẫn như cũ, dẫn đến phân phối lưu lượng không chính xác trong mạng Một tình trạng tương tự xảy ra khi sự điều khiển việc phân phối các thông điệp định tuyến được thực hiện bởi các chính sách cập nhật, chẳng hạn như dựa trên ngưỡng hoặc dựa trên lớp Nếu các thông số điều khiển chính sách cập nhật được cấu hình với độ nhạy thấp để hạn chế lượng truyền thông quá tải, thông tin trạng thái liên kết trong các bộ định tuyến sẽ trở thành cũ và các thuật toán tính toán đường dẫn có thể đưa ra quyết định định tuyến sai

Các đề xuất vận dụng thông tin trạng thái không chính xác phải đối phó với một thỏa hiệp giữa quá tải giao thức cần thiết để giữ thông tin trạng thái cập nhật và sự thiếu chính xác phát sinh do giới hạn của sự phát ra của bản cập nhật

Vì vậy, đề xuất khắc phục sự thiếu chính xác gây ra bởi thông tin trạng thái liên kết hết hiệu lực có hai mục tiêu chính, cụ thể là, để cải thiện hiệu suất của giao thức khi có thông tin thiếu chính xác trong định tuyến và giảm quá tải liên quan đến giao thức kết hợp với phân phối thường xuyên các bản cập nhật

Sự tổng hợp thông tin trong các mạng phân cấp cũng là một yếu tố quan trọng của thông tin định tuyến không chính xác trong các mạng lớn Ngay cả trong các giao thức định tuyến nội miền, chẳng hạn như OSPF, các bộ định

tuyến được nhóm lại tại các khu vực để cho phép khả năng mở rộng và thời gian hội tụ nhanh hơn Trong các mạng phân cấp, các số liệu định tuyến của liên kết vật lý được tổng hợp lại để hình thành tải lưu lượng của các liên kết logic, do đó cho rằng các router đều có trạng thái mạng là một xấp xỉ của các giá trị thực sự đại diện cho trạng thái của mỗi liên kết riêng biệt

Các nguồn khác của sự không chính xác là trễ truyền của các bản tin định tuyến trong các mạng lớn, việc sử dụng các ước tính về trạng thái hiện tại của mạng, và tác động của cơ chế đo đạc các metric được sử dụng Do nhiều yếu tố, tình trạng chung được lưu giữ bởi mỗi router là một xấp xỉ của trạng thái thật sự thực tế Khi các thuật toán tính toán đường dẫn sử dụng thông tin không chính xác này coi như nó là chính xác, thì hiệu suất của chúng có thể bị thiệt hại, và vì vậy phải tìm ra giải pháp được để giải quyết vấn đề này Cách tiếp cận theo xác suất để giải quyết sự thiếu chính xác trong định tuyến nhằm mục đích tìm kiếm một đường dẫn thích hợp nhất phù hợp với yêu cầu mới, có tính đến thông tin có sẵn về trạng thái của mạng là không chính xác và biểu diễn bởi một hàm xác suất Việc thăm dò dựa vào bản tin là một kỹ thuật nữa được sử dụng để đối phó với các thông tin trạng thái không chính xác Việc sử dụng thăm dò tránh được

sự mất hiệu lực của thông tin trạng thái liên kết bởi vì các thăm dò thu thập các thông tin trạng thái gần đúng nhất

Vấn đề của sự không chính xác về thông tin định tuyến liên quan chặt chẽ với phương thức sử dụng cho việc phân phối và tập hợp thông tin định tuyến, và như vậy kế hoạch định tuyến dựa trên QoS mới với vấn đề này cần được phát triển trong một cách tích hợp của cả hai cấp thuật toán và giao thức

2.2.1.3 Tính ổn định của định tuyến dựa trên QoS

Sự ổn định của các giao thức định tuyến dựa trên QoS là một yếu tố quyết định cho hoạt động của chúng Sự bất ổn có thể xảy ra bất cứ khi nào đáp ứng của giao thức này trở nên quá mức, do đó không cần thiết tái định tuyến lưu lượng Cụ thể, trong các giao thức trạng thái liên kết, “flooding” không phù hợp các bản cập nhật có thể sẽ làm suy giảm hiệu suất truyền lưu lượng Điều này đặc biệt có vấn đề khi mạng bị ách tắc, kể từ khi các bản tin định tuyến bổ sung tiêu thụ các nguồn tài nguyên băng thông đã khan hiếm, và các ứng dụng tiếp theo của thuật toán tính toán đường dẫn áp đặt tải nhiều hơn cho bộ xử lý định tuyến

Các vấn đề về sự bất ổn định trong định tuyến bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu

tố, cụ thể là, các loại metric được sử dụng để tính toán đường dẫn tốt nhất, các

chính sách kiểm soát các thông báo metric và thuật toán tính toán đường dẫn Topo mạng và các mô hình lưu lượng cũng ảnh hưởng đến sự ổn định và động thái của định tuyến Cụ thể, việc định tuyến theo đường dẫn ngắn nhất dựa trên một sự tắc nghẽn căn cứ vào các metric liên kết thì rất dễ bị mất ổn định dưới tải trọng nặng và lưu lượng truyền loạt Các cơ chế để kiểm soát các vấn đề bất ổn được giới thiệu ở trên có thể được phân loại, cụ thể là, liên quan đến cơ chế phân phối các metric, các thuật toán lựa chọn đường dẫn và cách xử lý lưu lượng khác nhau với các yêu cầu QoS khác nhau

Việc quảng bá các metric được lượng tử hóa là phương pháp đầu tiên để tránh việc định tuyến bất ổn định Việc lượng tử hóa các metric có thể thực hiện bằng cách sử dụng một số trung bình đơn giản của các số liệu đo hoặc sử dụng các cơ chế trễ và các ngưỡng Các kỹ thuật cân bằng tải cung cấp các cách sử dụng nhiều đường dẫn giữa một nguồn và một đích, để tránh các dao động định

tuyến Route-pinning và class-pinning cũng được sử dụng để hạn chế sự dao

động định tuyến là những trường hợp mà các đường dẫn đảm bảo QoS có thể cung cấp một mức độ đầy đủ QoS Sự ổn định và hiệu suất định tuyến tổng thể

có thể được tăng lên bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến xử lý các luồng lưu lượng theo khoảng thời gian của chúng, và giao thức thực hiện các tính toán tuyến đường theo lưu lượng hỗn hợp có xét đến các nhu cầu riêng của phương pháp truyền nỗ lực tối đa và lưu lượng nhạy cảm QoS

Khả năng thích ứng mong muốn của định tuyến dựa trên QoS không thể dẫn đến bất ổn định Tuy nhiên, hai mục đích có thể là mâu thuẫn và các giải pháp cho mục đích này có thể phủ nhận việc thỏa mãn mục đích kia Các thuật toán định tuyến dựa trên QoS mới cần được thiết kế để tránh các dao động định tuyến, trong khi cung cấp các đường dẫn thích hợp cho các loại hình lưu lượng trong mạng

2.1.2 Định tuyến đa đích

Vấn đề đa đích là vấn đề định tuyến từ một nút nguồn đơn đến một tập

gồm p nút đích, hay còn được gọi là định tuyến từ một điểm tới đa điểm Các

tiến bộ trong công nghệ và các ứng dụng đa phương tiện nổi lên nhanh chóng đã cung cấp động lực lớn cho các ứng dụng đa đích (thời gian thực) mới Nhiều ứng dụng đa đích (ví dụ, chơi game, hội nghị truyền hình) sẽ không hoạt động đúng nếu như QoS không được đảm bảo Do đó, các thuật toán đa đích phải có khả năng đáp ứng một tập các ràng buộc về QoS

Một đặc tính cơ bản của định tuyến đa đích là sử dụng hiệu quả các nguồn

tài nguyên Bởi vì mỗi một nút trong số p đích sẽ nhận thông tin như nhau, việc gửi thông tin p lần trên mỗi đường dẫn ngắn nhất tới mỗi nút đơn lẻ (đơn đích)

là không hiệu quả, vì rất có thể sẽ có một vài sự chồng chéo giữa tập các đường dẫn ngắn nhất Multicasting chỉ sao chép các gói tin nếu thấy cần thiết và điều này rõ ràng là hiệu quả hơn Đối với trường hợp của một metric đơn, định tuyến nguồn đa đích có thể được thực hiện bởi việc chuyển tiếp gói tin của một luồng lưu lượng hoặc cây các đường dẫn ngắn nhất Tuy nhiên, một cây đa đích có thể không phải luôn luôn đảm bảo các điều kiện ràng buộc về QoS đã được yêu cầu, trong khi nhiều phiên QoS đơn điểm phức tạp lại có thể Tính chất này làm tăng

sự phức tạp của định tuyến đa đích ràng buộc, vì chúng ta phải duy trì một tập hợp các đường dẫn hoặc các cây và chúng ta cần phải kiểm tra nếu không ràng buộc cực đại hoặc cực tiểu nào bị vi phạm (việc lọc topo đơn thuần có thể là thiếu) Một sự cân bằng giữa hiệu quả sử dụng tài nguyên và QoS đã được thực hiện Thuật toán định tuyến đa ràng buộc thích ứng đa đích (MAMCRA) đã công nhận sự cân bằng này và tìm ra tập các đường dẫn ngắn nhất cho tất cả các đích đến và sau đó làm giảm việc tiêu thụ các nguồn tài nguyên mà không vi phạm các ràng buộc QoS

Cuối cùng, lấy ý tưởng từ đa đích không kết nối (CLM), chúng ta có các

cơ chế Diffserv đa đích và các phiên bản của nó Trong CLM, tiêu đề gói tin mang địa chỉ IP của tất cả các thành viên đa đích Mỗi router xác định các chặng tiếp theo cho mỗi đích đến và xây dựng một tiêu đề mới cho mỗi chặng riêng biệt Tiêu đề mới chỉ chứa các điểm đến mà chặng tiếp theo là trên đường dẫn ngắn nhất Tương thích với Diffserv đơn điểm, chúng ta có thể mở rộng CLM, như vậy là mỗi gói tin thuộc về một lớp của dịch vụ nào đó (CoS) và mỗi router

có một bảng định tuyến cho từng CoS

Định tuyến đảm bảo QoS dựa trên đích đến có thể chỉ được đảm bảo trong một mạng đang hoạt động Nếu chúng ta lưu trữ lịch sử của một gói tin đang hoạt động trong phần mào đầu của nó, sau đó cho mỗi gói tin khi đến một bộ định tuyến, thì MAMCRA có thể được sử dụng để tính toán chiến lược chuyển tiếp hoặc sao chép tốt nhất Chiến lược CLM được sử dụng tốt nhất trong các môi trường mang tính động cao (ví dụ không dây), vì chúng ta không cần (để tính toán lại) bảng định tuyến Tuy nhiên, chúng ta cần phải có mô tả chính xác

về mạng