Классификация методов маршрутизации

3.2 Классификация методов маршрутизации

Спектр применяемых в настоящее время методов маршрутизации весьма широк. Степень сложности применяемых методов маршрутизации определяется размерами сети, характером входного потока, требованиям к вероятностно-временным характеристикам, передаваемой информации и функционирования сети. В сложных сетях почти всегда существуют несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у маршрутизаторов информации о текущей конфигурации сети, а также на основании указанного критерия выбора маршрута(рисунок 3.2).

По способу формирования плана распределения информации алгоритмы маршрутизации можно разделить на две большие группы: статические (неадаптивные) и динамические (адаптивные)[5].

В случае использования статических алгоритмов, выбор маршрутов осуществляется заранее и прописывается вручную в таблицу маршрутизации, где хранится информация о том, на какой интерфейс отправить пакет с соответствующей адресной информацией. Статических таблиц маршрутизации не меняются, если только администратор сети не изменит его. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружении, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста. Так как статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети, они, как правило, считаются непригодными для современных крупных, постоянно изменяющихся сетей. К статическим алгоритмам можно отнести логический метод формирования ПРИ, который будет подробнее рассмотрен позднее.

Динамические алгоритмы отличаются по способу получения информации (например, от соседних маршрутизаторов, от всех маршрутизаторов в сети), моменту изменения маршрутов (через регулярные интервалы, при изменении топологии) и используемой метрике (расстояние, число транзитных узлов). То есть таблица маршрутизации меняется автоматически при изменении топологии сети или трафика в ней.

Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, маршрутизатор пересчитывает маршруты и рассылает новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения пронизывают сеть, стимулируя маршрутизатор заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять статические маршруты там, где это уместно[8].

Среди динамических методов можно выделить два основных:

- метод рельефов;

- игровой метод.

При использовании метода рельефов сеть рассматривается как граф, вершины которого соответствуют центрам коммутации, а ребра - магистралям сети между двумя центрами комутации (ЦК). Характеристики магистралей (длина, пропускная способность, надежность) и центров (производительность, надежность) при этом являются весами графа и могут быть использованы для выбора критерия оптимального пути передачи информации.

Одним из основных показателей оптимальности пути передачи, на базе которого строятся современные устройства управления, являются число ЦК на выбранном направлении. Оптимальным считается путь с наименьшим числом ЦК (или ребер).

Поиск кратчайшего пути по рельефу из любого центра состоит в отыскании в каждом промежуточном ЦК ветви с наименьшим номером.

В период между коррекциями рельефа в сети может существовать неправильный рельеф. Поэтому те сообщения, которые в это время будут передаваться, могут проходить не по кратчайшим путям. Выбирая необходимую частоту обновления рельефа, можно добиться в среднем достаточно высокой степени оптимизации плана распределения информации[6]. То есть каждый маршрутизатор изучает топологию сети путем обмена специальными пакетами (информацией о маршрутах) с ближайшими соседними маршрутизаторами. Фактически, каждый маршрутизатор узнает о топологии сети из представлений соседних маршрутизаторов.

Используя эту информацию, маршрутизатор строит новое описание топологии сети и передает ее соседям. При необходимости данный процесс повторяется многократно, в итоге формируется окончательная картина сети: все маршрутизаторы имеют одинаковые описания сетевой топологии. Таблица содержит информацию обо всех маршрутизаторах в сети. Этот алгоритм прост и, на первый взгляд, надежен. Одним из основных недостатков этого алгоритма является медленное распространение информации о недоступности той или иной линии или выходе того или иного маршрутизатора из строя.

Использование игрового метода предусматривает формирование ПРИ по вероятности установления соединения между заданной парой узлов. В случае успешного соединения по первому выбору исходящего тракта передачи сообщений величина вероятности выбора увеличивается, а весь вектор вероятностей – нормируется. Если же соединение по пути первого выбора не установлено, то предпочтительность выбора данного исходящего тракта передачи сообщений уменьшается, а вектор вероятности заново нормируется.

Метод рельефов относительно прост для разработки и реализации. А алгоритм с использованием игрового метода более сложен и может требовать большей вычислительной мощности маршрутизатора. Однако этот алгоритм лучше масштабируется и может поддерживать большее количество сетей.[5]

Отличаясь более быстрой сходимостью, игровой метод несколько меньше склонен к образованию петель маршрутизации, чем метод рельефов. С другой стороны, игровой метод характеризуются более сложными расчетами в сравнении с методом рельефов, требуя большей процессорной мощности и памяти. Вследствие этого, реализация и поддержка игрового метода может быть более дорогостоящей. Несмотря на их различия, оба типа алгоритмов хорошо функционируют при самых различных обстоятельствах.

Ниже рассмотрим различные способы выбора исходящих трактов передачи сообщений (ТПС).

Последовательный выбор исходящих ТПС состоит в том, что, в каждом узле коммутации (УК) начиная от узла источника (УИ), осуществляется выбор только одного исходящего ТПС в результате на сети будет формироваться только один маршрут, состоящий из последовательного наращивания коммутационных участков из УИ к узлу получателя (УП). В зависимости от характера распространения на сети процесса поиска маршрута выделяют три основных класса выбора исходящих ТПС:

·       градиентный;

·       диффузный;

·       градиентно – диффузный.

Градиентный метод состоит в том, что в каждом транзитном узле в процессе выбора исходящего ТПС участвуют не все исходящие тракты, а лишь наиболее предпочтительные. Если в одном из УК исходящие ТПС, участвующие в выборе не доступны раздельно, то данной заявки на формирование маршрута даётся отказ. В результате градиентного выбора маршрут будет формироваться вдоль геометрического направления.

Реализация градиентных алгоритмов выбора исходящих ТПС позволяет организовать кратчайший маршрут.

Выбор исходящего пути, при котором искомый маршрут может формироваться и в противоположную сторону, называется диффузным. То есть допускает возможность выбора любых из доступных исходящих ТПС. Данный метод обладает большой гибкостью при обходах повреждённых участков сети, однако средняя длина маршрута может быть больше, чем в градиентных способах.

Градиентно – диффузный метод является комбинацией первых двух методов. В свою очередь процедура выбора исходящего ТПС в каждом УК может быть детерминирована и вероятностна.

В первом случае выбор исходящего ТПС осуществляется по максимальному значению одного из элементов вектора. Во втором случае выбор исходящего ТПС производится в результате случайного розыгрыша, при этом исходящие ТПС имеющие большие значения получают большую вероятность выбора. Комбинированный способ содержит как вероятностную, так и детерминированную компоненту.

Параллельный выбор исходящих ТПС состоит в том, что поиск маршрута между УИ и УП по всем исходящим ТПС в определённой зоне сети связи. Если выбор ширины зоны, в которой осуществляется поиск маршрута, определяется однозначно, заранее выбранным критерием, то такой выбор будет называться детерминированным. Если же выбор ширины зоны поиска маршрута осуществляется в результате случайного выбора, то в данном случае выбор будет называться вероятностным. Примером параллельного выбора исходящего ТПС с детерминированным выбором ширины зоны поиска маршрута является алгоритм, получивший название волновой или лавинный. При поступлении заявки на организацию маршрута между парой узлов в УИ формируется поисковая посылка, которая пересылается инцидентным с ним узлам. В соседних УК эта процедура повторяется. Таким образом, поисковая посылка попадает во все узлы сети, причём через время, равное времени его передачи по кратчайшему маршруту. Основным недостатком волнового метода маршрутизации является дополнительная нагрузка, создаваемая при передачи поисковой посылки во все стороны, в том числе и в противоположном от УП.

В алгоритмах маршрутизации используется много различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один отдельный (гибридный) показатель[9]. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации:

1. Длина маршрута;

2. Надежность;

3. Задержка;

4. Ширина полосы пропускания;

5. Нагрузка;

6. Стоимость связи.

Длина маршрута является одним из общих показателем, которые используются в алгоритмах маршрутизации. То есть показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через маршрутизаторы.

Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые каналы сети могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности.

Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через объединенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого маршрутизатора на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет.

Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какого-либо канала. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.[8]

При разработке алгоритмов маршрутизации часто преследуют одну или несколько из перечисленных ниже целей:

1 Оптимальность;

2 Простота и низкие непроизводительные затраты;

3 Живучесть и стабильность;

4 Быстрая сходимость;

5 Гибкость.

Оптимальность, характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать наилучший маршрут. Оптимальный маршрут зависит от показателей, используемых при проведении расчета.

Алгоритмы маршрутизации разрабатываются как можно более простыми. Другими словами, алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности, с минимальными затратами и коэффициентом использования.

Алгоритмы маршрутизации должны обладать живучестью. Другими словами, они должны четко функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств, таких как отказы аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные реализации. Так как маршрутизаторы расположены в узловых точках сети, их отказ может вызвать значительные проблемы. Часто наилучшими алгоритмами маршрутизации оказываются те, которые выдержали испытание временем и доказали свою надежность в различных условиях работы сети.

Алгоритмы маршрутизации должны быстро сходиться. Сходимость - это процесс соглашения между всеми маршрутизаторами по оптимальным маршрутам. Когда какое-нибудь событие в сети приводит к тому, что маршруты или отвергаются, или становятся доступными, маршрутизаторы рассылают сообщения об обновлении маршрутизации. Сообщения об обновлении маршрутизации пронизывают сети, стимулируя пересчет оптимальных маршрутов и, в конечном итоге, вынуждая все маршрутизаторы придти к соглашению по этим маршрутам. Алгоритмы маршрутизации, которые сходятся медленно, могут привести к образованию петель маршрутизации или выходам из строя сети.

Алгоритмы маршрутизации должны быть также гибкими. Другими словами, алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, предположим, что сегмент сети отвергнут. Многие алгоритмы маршрутизации, после того как они узнают об этой проблеме, быстро выбирают следующий наилучший путь для всех маршрутов, которые обычно используют этот сегмент. Алгоритмы маршрутизации могут быть реализованы таким образом, чтобы они могли адаптироваться к изменениям полосы пропускания сети, размеров очереди к маршрутизатору, величины задержки сети и других переменных.

По области применения маршрутизаторы делятся на несколько классов:

·           Магистральные маршрутизаторы. Предназначены для построения центральной сети. Это мощные устройства способные обрабатывать миллионы пакетов с секунду и имеющих большое количество интерфейсов локальной и глобальной сети. Большое внимание в этих моделях уделяется надёжности и отказоустойчивости маршрутизатора, которое достигается за счёт системы терморегуляции, избыточных источников питания, а также симметричного мультиплексирования. Примерами магистральных маршрутизаторов служат маршрутизаторы Backbone Concentrator Node, Cisco 7500, Cisco 12000[3].

·           Маршрутизаторы региональных отделений – соединяют региональные отделения между собой и с центральной сетью. Такой маршрутизатор представляет собой версию упрощённого магистрального маршрутизатора. Поддерживает интерфейс локальных и глобальных сетей мене скоростных. Примерами маршрутизаторов региональных отделений служат маршрутизаторы BLN, ASN, Cisco 3600, Cisco 2500[3].

·           Маршрутизаторы удалённого офиса могут поддерживать работу по коммутируемой телефонной линии в качестве резервной связи для выделенного канала. Примерами маршрутизаторов удалённых офисов, являбтся наиболее типичные представители – Nautika, Cisco 1600, Office Connect, Pipeline[7].

·           Маршрутизаторы локальных сетей предназначены для разделения крупных локальных сетей на подсети. Основные требования предъявляемые к ним: высокая скорость машрутизации, так как в такой конфигурации отсутствуют низкоскоростные поры, такие как модельные или цифровые порты.

Кроме того, сетевые устройства типа моста/маршрутизатора работают в нормальном режиме как многопротокольные маршрутизаторы, а при получении пакета с неизвестным сетевым протоколом обрабатывают его как мост. Они работают как мосты, но при этом поддерживают некоторые функции третьего уровня для оптимизации передачи данных.

Похожие работы

Анализ гидроакустических сетей

Скачать

113282

9

11

... После этого оцениваем временные затраты на каждом этапе. В общем случае разработка программного продукта условно делится на три этапа: анализ существующих методов маршрутизации; разработка алгоритма работы маршрутизатора в гидроакустических сетях; разработка и описание схемы маршрутизатора. Подробнее процесс разработки можно описать так: уточнение задач; последовательность выполнения задач; ...

Разработка локальной сети и защита передачи данных на основе перспективных технологий

Скачать

134036

26

14

... части локальной сети не позволяют останавливаться на известных достигнутых результатах и побуждают на дальнейшее исследование в дипломной работе в направлении разработки локальной сети с беспроводным доступом к ее информационным ресурсам, используя перспективные технологии защиты информации. 2. Выбор оборудования, для перспективных технологий СПД   2.1 Выбор передающей среды Зачастую перед ...

Разработка ИВС для обеспечения обмена информацией структурных подразделений администрации Владимирской области (территориальная сеть)

Скачать

194201

10

10

... . Предлагается, для самого дешевого решения, на каждый из клиентских компьятеров установить ОС Windows 95. Администрация Владимирской области обладает лицензией на использование данного продукта. Фирма Shiva, крупнейший поставщик оборудования и программного обеспечения для корпоративных территориальных сетй связи, помогла фирме Microsoft внедрить в Windows 95 функции удаленного доступа. ...

Разработка и исследование имитационной модели локальных вычислительных сетей

Скачать

141641

20

15

... на лазерные компакт-диски. Система моделирования Орлан ориентирована на достаточно широкий круг пользователей. В первую очередь, естественно, это администраторы вычислительных сетей предприятий, стоящие перед задачей проектирования или исследования сети. Обязательное условие, накладываемое системой – проектируемая сеть должны основываться на стандарте Ethernet. Но, так как абсолютное ...