Chương 8 GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN (ROUTING ALGORITHM) Giải thuật định tuến 4-
NỘI DUNG Tổng quan Link state Distance Vector Hierarchical routing Giải thuật định tuến 4-
Tổng quan: Phối hợp giữa routing và forwarding routing algorithm local forwarding table header value output link 000 00 0 00 3 Tham số trong header của gói đến 0 3 Giải thuật định tuến 4-3
Tổng quan: Đồ thị mạng 5 Graph: G = (N,E) u v 3 3 w 5 z N = tập các router = { u, v, w,,, z } E = tập các liên kết={ (u,v), (u,), (v,), (v,w), (,w), (,), (w,), (w,z), (,z) } Đồ thị mạng cũng hữu dụng trong các ngữ cảnh mạng khác Ví dụ: PP, với N là tâp các peer và E là tập các kết nối TCP Giải thuật định tuến 4-4
Tổng quan: Chi phí liên kết (cost) u 5 v 3 3 w 5 z c(, ) = chi phí của liên kết (, ) - ví dụ c(w,z) = 5 chi phí được ác định tù theo các ếu tố như băng thông, mức độ nghẽn... Chi phí của đường đi (,, 3,, p ) = c(, ) + c(, 3 ) + + c( p-, p ) Câu hỏi: Đâu là đường đi có chi phí nhỏ nhất giữa u và z? Giải thuật định tuến sẽ ác định đường đi có chi phí nhỏ nhất Giải thuật định tuến 4-5
Tổng quan: Phân loại giải thuật định tuến Thông tin toàn cục ha phân tán? Toàn cục: Tất cả các router biết toàn bộ topo với thông tin về chi phí Các giải thuật link state Phân tán: router biết các láng giềng và chi phí nối đến đó Quá trình tính toán lặp lại, trao đổi thông tin với các láng giềng Các giải thuật distance vector Tĩnh ha động? Tĩnh: Các tuến được ác lập và tha đổi bởi người quản trị Động: Các tuến tha đổi nhanh, tự động Cập nhật theo thời gian Thích ứng với các tha đổi của chi phí trên liên kết Giải thuật định tuến 4-6
NỘI DUNG Tổng quan Link state Distance Vector Hierarchical routing Giải thuật định tuến 4-7
Một giải thuật Link-State Giải thuật Dijkstra Các node biết tất cả topo mạng Có được qua "quảng bá trạng thái liên kết Tất cả các node có cùng thông tin Tính toán các đường đi có chi phí thấp nhất từ một node đến tất cả các node khác Tạo forwarding table cho node đó Lặp : sau k lần lặp, biết đường đi có chi phí thấp nhất đến k node đích Ký hiệu: c(,): chi phí từ node đến ; = nếu không nối trực tiếp D(v): chi phí hiện hành từ nguồn đến node v p(v): nút nga trước nút v trên đường đi từ nguồn tới đích N: Tập các nút mà đường đi ngắn nhất đã được ác định Giải thuật định tuến 4-8
Giải thuật Dijsktra Initialization: N = {u} 3 for all nodes v 4 if v adjacent to u 5 then D(v) = c(u,v) 6 else D(v) = 7 8 Loop 9 find w not in N such that D(w) is a minimum 0 add w to N update D(v) for all v adjacent to w and not in N : D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 3 /* new cost to v is either old cost to v or known 4 shortest path cost to w plus cost from w to v */ 5 until all nodes in N' Giải thuật định tuến 4-9
Ví dụ () Bước 0 3 4 5 N u u u uv uvw uvwz D(v),p(v),u,u,u D(w),p(w) 5,u 4, 3, 3, D(),p(),u D(),p(), D(z),p(z) 4, 4, 4, 5 u v 3 3 w 5 z Giải thuật định tuến 4-0
Ví dụ () Kết quả có câ SPT (shortest-path tree) từ u: v w u z Xâ dựng forwarding table cho u: đích v w z link (u,v) (u,) (u,) (u,) (u,) Giải thuật định tuến 4-
NỘI DUNG Tổng quan Link state Distance Vector Hierarchical routing Giải thuật định tuến 4-
Giải thuật Distance Vector () Phương trình Bellman-Ford (qui hoạch động) Định nghĩa: If d () := chi phí nhỏ nhất từ đến Then d () = min {c(,v) + d v () } v Trong đó min lấ tất cả các láng giềng v của để ét Giải thuật định tuến 4-3
Ví dụ Bellman-Ford u 5 v 3 3 w 5 z Đã biết, d v (z) = 5, d (z) = 3, d w (z) = 3 Theo phương trình B-F: d u (z) = min { c(u,v) + d v (z), c(u,) + d (z), c(u,w) + d w (z) } = min { + 5, + 3, 5 + 3} = 4 Node đạt min là chặng kế tiếp trên đường đi ngắn nhất, dùng để lập bảng forwarding table Giải thuật định tuến 4-4
Giải thuật Distance Vector () D () = ước lượng chi phí nhỏ nhất từ đến Node biết chi phí đến mỗi láng giềng v của nó: c(,v) Node lưu giữ một distance vector: D = [D (): є N ] Node cũng lưu giữ các distance vector của các láng giềng Đối với mỗi láng giềng v, lưu giữ: D v = [D v (): є N ] Giải thuật định tuến 4-5
Giải thuật Distance vector (3) Cơ sở: Theo thời gian, mỗi node gửi ước lượng distance vector của nó đến các láng giềng Bất đồng bộ Khi node nhận một ước lượng DV mới từ láng giềng, nó cập nhật DV của nó bằng phương trình B-F: D () min v {c(,v) + D v ()} cho mỗi node N Dưới các điều kiện tự nhiên, ước lượng D () hội tụ dần về chi phí nhỏ nhất thực sự d () Giải thuật định tuến 4-6
Giải thuật Distance vector (4) Lặp, bất đồng bộ: mỗi hoạt động lặp cục bộ là do: Tha đổi chi phí liên kết cục bộ Thông điệp cập nhật (DV update message) từ láng giềng Phân tán: Mỗi node chỉ thông báo cho láng giềng khi tha đổi DV của nó Đến lượt các láng giềng thông báo cho các láng giềng của chúng nếu cần Mỗi node: Chờ (Tha đổi trong DV của nút bên cạnh) Tính lại ước lượng DV Nếu DV tha đổi, Báo cho nút bên cạnh Giải thuật định tuến 4-7
D () = min{c(,) + D (), c(,z) + D z ()} = min{+0, 7+} = node table cost to cost to z z 0 7 z node table cost to z from from from z 0 node z table cost to z z 7 0 from z 0 3 0 7 0 time D (z) = min{c(,) + D (z), c(,z) + D z (z)} = min{+, 7+0} = 3 7 z Giải thuật định tuến 4-8
D () = min{c(,) + D (), c(,z) + D z ()} = min{+0, 7+} = node table cost to cost to cost to z z z 0 7 0 3 0 3 0 0 z z 7 0 z 3 0 node table cost to cost to cost to z z z 0 7 0 3 0 0 0 z z 7 0 z 3 0 node z table cost to cost to cost to z z z from from from z 7 0 from from from z 0 7 0 3 0 from from from z 0 3 0 3 0 time D (z) = min{c(,) + D (z), c(,z) + D z (z)} = min{+, 7+0} = 3 7 z Giải thuật định tuến 4-9
Tha đổi chi phí liên kết Các tha đổi chi phí liên kết: node phát hiện tha đổi chi phí liên kết nội bộ Cập nhật thông tin định tuến, tính toán lại distance vector Nếu DV tha đổi, thông báo cho láng giềng Tại t 0, phát hiện tha đổi link-cost, cập nhật DV của nó, và thông báo cho các láng giềng của nó. Tại t, z nhận cập nhật từ và cập nhật bảng của nó. Nó tính lại chi phí nhỏ nhất đến và gửi DV mới cho các láng giềng. Tại t, nhận cập nhật từ z và cập nhật bảng của nó. Chi phí nhỏ nhất của không tha đổi và do đó không gửi bất kỳ thông điệp nào đến z 4 50 z Giải thuật định tuến 4-0
NỘI DUNG Tổng quan Link state Distance Vector Hierarchical routing Giải thuật định tuến 4-
Hierarchical Routing Qui mô: với hàng trăm triệu đích: Không thể lưu tất cả các đích trong bảng định tuến! Việc trao đổi bảng định tuến sẽ làm tràn ngập các liên kết! Nhu cầu tự quản: internet = mạng của các mạng Mỗi quản trị mạng muốn kiểm soát định tuến bên trong mạng của họ Định tuến phân cấp Giải thuật định tuến 4-
Hierarchical Routing Tập hợp các router vào các vùng, autonomous sstems (AS) Các router trong cùng AS intra-as routing protocol: giao thức định tuến nội vùng Các router trong AS khác nhau chạ các intra-as routing protocol khác nhau Gatewa router Kết nối trực tiếp đến router trong AS khác Giải thuật định tuến 4-3
Liên kết giữa các AS 3c 3a 3b AS3 a c d b Intra-AS Routing algorithm AS Forwarding table Inter-AS Routing algorithm a c AS b forwarding table được â dựng nhờ vào giao thức định tuến nội vùng và liên vùng (intra-as và inter-as routing protocol) intra-as cài đặt các mục cho các đích nội vùng inter-as & intra-as cài đặt các mục cho các đích nằm bên ngoài Giải thuật định tuến 4-4
Các tác vụ liên AS Giả sử router trong AS nhận datagram có đích nằm ngoài AS: router nên chuển gói đến gatewa router, nhưng đến gatewa nào? AS phải:. Học để biết các đích nào có thể đến được thông qua AS, đích nào có thể đến được thông qua AS3. Phát tán thông tin về khả năng đến được nà đến tất cả các router trong AS Đâ là một nhiệm vụ của giao thức định tuến inter-as 3c 3a 3b AS3 a c d b AS a c AS b Giải thuật định tuến 4-5
Ví dụ: thiết lập forwarding table trong router d Giả sử AS học và biết được (thông qua giao thức inter-as) subnet có thể đến được thông qua AS3 (gatewa c), không thể thông qua AS. Giao thức inter-as phát tán thông tin nà đến tất cả các router bên trong. Từ giao thức intra-as mà router d ác định được giao tiếp I của nó là tiếp tục con đường có chi phí nhỏ nhất đến c. Ghi vào forwarding table một mục (,I) 3c 3a 3b AS3 a c d b AS a c b AS Giải thuật định tuến 4-6
Ví dụ: Chọn trong số nhiều AS Giả sử từ giao thức inter-as, AS học và biết subnet có thể đến được từ AS3 và từ AS. Để cấu hình forwarding table, router d phải ác định gatewa nào nó nên chuển gói có đích là. Đâ là một tác vụ nữa của giao thức định tuến inter-as 3c 3a 3b AS3 a c d b AS a c AS b Giải thuật định tuến 4-7
Ví dụ: Chọn trong số nhiều AS Gửi gói đến router nào có chi phí thấp nhất. Từ inter-as protocol biết có thể đến subnet bằng nhiều đường Dùng thông tin từ intra-as protocol ác định đường đi có chi phí nhỏ nhất đến mỗi gatewa Chọn gatewa có chi phí đường đi nhỏ nhất Xác định giao tiếp I dẫn đến gatewa đã chọn, nhập (,I) vào forwarding table Giải thuật định tuến 4-8