5. Định tuyến – Những khái niệm cơ bản
• Giao thức được 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 5
7. 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 7
12. Định tuyến – Những khái niệm cơ bản
u Thiết bị định tuyến, routers:
ü Router, hay thiết bị định tuyến hoặc bộ định tuyến, là
một thiết bị mạng máy tính để thực thi các giải thuật/
giao thức định tuyến để chuyển các gói dữ liệu qua
một liên mạng và đến các đầu cuối,
ü Một router có thể nối với 2 hoặc nhiều hơn các
đường nối liên mạng,
ü Khi một gói tin đến từ một đường nối liên mạng,
router sẽ đọc các thông tin địa chỉ trên gói tin để xác
định thiết bị đích,
ü Router sẽ sử dụng các thông tin trong bảng định
tuyến hoặc routing policy của giao thức định tuyến để
đưa gói tin tới đích hoặc router chuyển tiếp,
1/25/16 12
14. Định tuyến – Những khái niệm cơ bản
u Thiết bị định tuyến - Mô hình chức năng của routers:
ü Packet Forwarding: Khi nhận được gói tin tới, router sẽ
kiểm tra gói tin xem có lỗi không? Nếu không lỗi, kiểm tra
header của gói tin để lấy địa chỉ thiết bị đích và tìm kiếm
trong bảng định tuyến để đưa ra quyết định chuyển tiếp gói
tin.
ü Routing Protocol Message Processing: Xử lý các gói tin
liên quan tới giao thức/ giải thuật định tuyến nếu có bất cứ
sự thay đổi nào trong topology mạng để cập nhật lại bảng
định tuyến.
ü Specialized Services (dịch vụ riêng): Trong một số
trường hợp routers có thể được trang bị thêm một số dịch
vụ riêng để theo dõi/ quản trị mạng. Ví dụ như dịch vụ ACL
(Access List Control) của Cisco IOS.
1/25/16 14
16. Định tuyến – Những khái niệm cơ bản
u Bảng định tuyến (routing tables): Routers sử dụng các
giao thức định tuyến để xây dựng, cập nhật và duy trì
thông tin trong bảng định tuyến, các thông tin trong bảng
định tuyến phụ thuộc vào giao thức định tuyến sử dụng,
thông thường gồm có:
ü Protocol type - đặc tả giao thức định tuyến sử dụng để xây
dựng mỗi phần tử trong bảng định tuyến,
ü Next-hop associations - Thông tin về router kế tiếp khi sử dụng
chức năng chuyển tiếp gói tin.
ü Routing metric được sử dụng làm đơn vị cho tiêu chí định
tuyến, các giao thức định tuyến khác nhau thì sử dụng metric
khác nhau. Ví dụ RIP thì sử dụng hop count làm đơn vị định
tuyến duy nhất. IGRP sử dụng băng thông, tải, trễ, và đơn vị tin
cậy để tạo ra một đơn vị định tuyến riêng của mình.
1/25/16 16
17. Định tuyến – Những khái niệm cơ bản
u Bảng định tuyến (routing tables):
ü Bảng định tuyến trên Linux được xem bởi lệnh netstat –rn, trên Cisco IOS thì dùng lệnh show ip
route.
1/25/16 17
Hình 10: Ví dụ về bảng định tuyến trên Linux & Cisco IOS
18. Định tuyến – Những khái niệm cơ bản
u Đơn vị tiêu chí định tuyến (routing metric):
ü Bandwidth (Băng thông)
ü Delay (Trễ): Thời gian tối đa để gửi một gói tin trên một
đường dẫn giữa 2 thiết bị đầu cuối,
ü Load (Tải): Tần suất hoạt động của tài nguyên mạng nào
đó, ví dụ router hay đường dẫn mạng,
ü Reliability (độ tin cậy): Thường được đánh giá bằng khả
năng chịu lỗi trên một đường dẫn mạng,
ü Hop count: số lượng bước trung chuyển từ nguồn tới
đích,
ü Ticks: độ trễ của gói tin sử dụng IBM PC clock ticks. Một
tick xấp xỉ 1/18 giây,
ü Cost: chi phí, thông thường dựa trên dung lượng/ lưu
lượng dữ liệu gửi qua routers.
1/25/16 18
19. Yêu cầu về giao thức định tuyến
u Cơ sở thiết kế các giao thức định tuyến:
ü Optimization (Tối ưu): Đường đi của gói tin phải được tối ưu
hóa dựa trên các đơn vị định tuyến được lựa chọn.
ü Simplicity & low overhead (Đơn giản và chi phí điều khiển
thấp): Các giao thức đinh tuyến được thiết kế đơn giản, hiệu quả
sẽ mang lại chi phí tính toán thấp, tối ưu hóa bộ nhớ sử dụng sẽ
rất hiệu quả khi mạng vận hành có quy mô lớn.
ü Robustness & stability: các giao thức định tuyến phải được
thiết kế với sự ổn định cao
ü Flexibility (mềm dẻo): các giao thức định tuyến phải được thiết
kế một cách mềm dẻo, linh hoạt để thích ứng nhanh với sự thay
đổi topology hay các đặc tính riêng của mạng (băng thông, trễ,
link-state, etc)
ü Rapid convergence: các giao thức định tuyến phải được thiết
kế để quá trình tìm đường nhanh chóng hội tụ.
1/25/16 19
20. Phân loại các giao thức định tuyến
u Phân loại theo cách xây dựng: Định tuyến tĩnh vs. định
tuyến động
u Phân loại theo giải thuật định tuyến: Distance vector,
link state …
u Phân loại theo phạm vi: Định tuyến nội vùng, liên vùng
u Phân loại theo hình thức tính toán: Đinh tuyến nguồn
vs. định tuyến hop-by-hop
u Phân loại theo đích: Anycast, broadcast, multicast,
unicast
u Phân loại theo mạng: Định tuyến cho mạng quang,
mạng sensor, mạng di động
u Phân loại theo chất lượng: Định tuyến có dự phòng,
định tuyến đảm bảo băng chất lượng dịch vụ v.v…
1/25/16 20
21. Phân loại các giao thức định tuyến
u Trên mạng IP, thông thường có 2 loại định tuyến phổ
biến:
ü Static routing (định tuyến tĩnh):
ü thông tin đường đi được thiết lập cố định trên các bảng định
tuyến,
ü không có khả năng tự cập nhật.
ü Thường được xây dựng thủ công
ü Dynamic routing (định tuyến động):
ü Bảng định tuyến được xây dựng một cách tự động bằng các
giao thức định tuyến,
ü Bảng định tuyến được cập nhật tự động khi trạng thái mạng
thay đổi
• Định tuyến động chiếm ưu thế trên Internet,
ü Quản trị mạng thường kết hợp cả định tuyến tĩnh và động.
1/25/16 21
22. Phân loại các giao thức định tuyến
u Ví dụ về định tuyến tĩnh (static routing):
1/25/16 22
Hình 11: Ví dụ về định tuyến tĩnh
23. Phân loại các giao thức định tuyến
u Ví dụ về định tuyến tĩnh (static routing):
1/25/16 23
Hình 12: Ví dụ về định tuyến tĩnh
24. Phân loại các giao thức định tuyến
u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Cisco IOS:
1/25/16 24
Hình 13: Các lệnh để theo dõi bảng định tuyến trên Cisco IOS
25. Phân loại các giao thức định tuyến
u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Cisco IOS:
1/25/16 25
Hình 14: Các lệnh để quản lý bảng định tuyến trên Cisco IOS
26. Phân loại các giao thức định tuyến
u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Linux:
1/25/16 26
Hình 15: Topo mạng minh họa
27. Phân loại các giao thức định tuyến
u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Linux:
ü Chúng ta cần cấu hình định tuyến tĩnh, thêm thông tin vào
bảng định tuyến để có thể ping tới dãy địa chỉ 192.168.3.X
từ dãy địa chỉ 192.168.1.X. Điểm nối giữa 2 mạng subnet
này chính là gateway có địa chỉ 192.168.1.10
ü Do đó trên mạng subnet 192.168.1.*, trên router sẽ được
cấu hình định tuyến tĩnh như sau:
ü Cấu hình trên các máy trạm thuộc subnet 192.168.1.X:
• $ route add default gw 192.168.1.10
ü Cấu hình trên router gateway nối với subnet 192.168.1.X
như sau:
• $ route add -net 192.168.3.0 netmask
255.255.255.0 gw 192.168.3.10
1/25/16 27
28. Phân loại các giao thức định tuyến
u Định tuyến động thường sử dụng
2 loại giải thuật định tuyến:
ü Distance-vector:
ü Thực hiện tính đường đi bằng giải
thuật Bellman ford
ü Tính toán phân tán
ü Từng nút mạng khám phá dần
đường đi tốt hơn bằng cách trao đổi
bảng định tuyến tạm thời với các nút
xung quanh
ü Link-state:
ü Mỗi nút thu thập thông tin về liên kết
với các nút khác để xây dựng đồ thị
mạng của mình.
ü Mỗi nút sử dụng giải thuật Dijkstra
tự tính đường đi ngắn nhất đến mọi
đinh và xây dựng bảng định tuyến
1/25/16 28
29. Phân loại các giao thức định tuyến
u Hệ tự trị (autonomous system):
ü Internet được hình thành từ một số lớn các hệ tự
trị/vùng/miền, mỗi hệ tự trị có thể dùng các giao
thức định tuyến riêng mình ở bên trong,
ü Thuật toán/ giải thuật định tuyến hoạt động bên
trong một hệ tự trị được gọi là các giao thức định
tuyến nội vùng (interior gateway protocol).
ü Các giao thức nội vùng phổ biến là Rip, Rip 2, IGRP
(distance-vector) và OSPF, IS-IS (link-state)
ü Thuật toán/ giải thuật định tuyến giữa các hệ tự trị
được gọi là các giao thức định tuyến liên vùng
(exterior gateway protocol).
ü Giao thức cổng định tuyến liên vùng phổ biến là BGP
1/25/16 29
30. Phân loại các 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
1/25/16 30
Hình 15: Phân loại các giao thức định tuyến
31. Phân loại các giao thức định tuyến
u Định tuyến không phân cấp
ü Xác định đường đi từ đầu đến cuối.
u Định tuyến phân cấp
ü Định tuyến trong mạng đa miền
ü Xác định danh sách các miền cần đi qua
trước
ü Xác định đường đi cụ thể trong các miền sau
1/25/16 31
32. Phân loại các giao thức định tuyến
u Định tuyến phân cấp (hierachical routing):
ü Internet được thành lập bởi rất nhiều liên mạng, khi
các mạng gia tăng kích cỡ thì gia tăng các bảng chọn
đường, tiêu tốn bộ nhớ, cần nhiều băng thông để gửi
thông tin và thời gian hội tụ lâu hơn,
ü Do đó, cần phải có sự phân cấp trong việc chọn
đường (giống như mạng điện thoại)
ü Khi chọn đường phân cấp, các routers được chia
thành những miền (rgion/domain/area ) với mỗi router
biết tất cả chi tiết về cách chọn đường các gói tin đến
đích trong region của nó và không (cần) biết thông tin
về các region khác,
ü Các liên mạng kết nối với nhau có thể được xem như
một vùng (region),
1/25/16 32
33. Phân loại các giao thức định tuyến
u Định tuyến phân cấp (hierachical routing):
ü Một vấn đề được đặt ra là mạng nên được phân
cấp bao nhiêu mức?
ü Kamou & Kleinrock (1979) chỉ ra rằng với một
liên mạng có N subnets thì mức phân cấp tối ưu
là lnN
ü Ví dụ:
ü Một liên mạng bao gồm 720 mạng con, với các giao
thức định tuyến động bình thường, chúng ta cần 720
thông tin (entry) định tuyến cho mỗi router. Nếu liên
mạng được chia làm 24 vùng khác nhau với mỗi vùng
bao gồm 30 routers, mỗi router chỉ cần 30 routing
entries cho 30 routers trong cùng một region và 23
routing entries cho các định tuyến ngoại vùng.
1/25/16 33
34. Phân loại giao thức định tuyến
u Định tuyến phân cấp (hierachical routing):
ü Ví dụ về chọn đường phân 2 cấp với 5 vùng khác
nhau:
1/25/16 34
35. Phân lọai các giao thức định tuyến
u Định tuyến nguồn (source routing)
ü Nguồn gửi dữ liệu sẽ đặc tả đường đi của dữ liệu
ü Cho phép nguồn lựa chọn đường đi tốt nhất trong số
tất cả các khả năng
ü Cho phép nguồn bắt buộc mọi gói tin đi theo một
đường, thuận tiện quản lý chất lượng
ü Sử dụng nhiều trong các mạng chuyển mạch kênh. Ví
dụ SONET, WDM
u Định tuyến hop-by-hop
ü Các nút mạng trung gian (router) quyết định đường đi
của dữ liệu tùy thuộc trạng thái mạng và địa chỉ đích
ü Sử dụng nhiều trong các mạng chuyển mạch gói. VD:
Internet
1/25/16 35
36. Phân lọai các giao thức định tuyến
• Phân loại theo đích:
– Anycast: muljcast:1nguồn–1 nhóm đích
– Unicast broadcast
1/25/16 36
37. Phân lọai các giao thức định tuyến
u Anycast:
ü Dữ liệu từ nguồn được chuyển đến nút nào gần nhất (về mặt
topo) trong số các nút có thể là nút nhận.
ü Tất cả các nút nhận trong nhóm có cùng địa chỉ
u Unicast:
ü Mỗi địa chỉ đích chỉ tương ứng với một nút nhận
ü Dữ liệu từ nguồn chỉ được gửi tới một nút
u Multicast:
ü Một địa chỉ tương ứng với một nhóm nút
ü Nút nguồn gửi dữ liệu đồng thời cho nhiều nút đích trong cùng
một quá trình truyền nhận
u Broadcast:
ü Dữ liệu được truyền từ một nguồn đồng thời đến tất cả các đích
1/25/16 37
38. Phân loại các giao thức định tuyến
u Broadcast:
ü Cách thực hiện
• Gửi các bản sao của dữ liệu riêng rẽ
đến từng người nhận: n-unicast
– Tốn băng thông
• Sử dụng mạng để tạo và phân phối
các bản sao
• Vận chuyển các gói tin đến các đích
theo cây khung từ gốc
1/25/16 38
39. Phân loại các giao thức định tuyến
• Muljcast
– Sử dụng cây khung đến nhóm các nút đích để
phân phối dữ liệu
1/25/16 39
40. Phân loại các 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
• Các nút mạng không cố định, topo biến đổi thường xuyên
1/25/16 40
41. Phân loại các 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
