Білет №1

1. Теорія інформації: предмет, завдання, основні напрями і інформаційні характеристики.

2. Маршрутизація з урахуванням стану зв’язків, алгоритм Дейкстри.

Відповіді:

1. Теорія інформації займається вивченням кількісних закономірностей, пов'язаних з одержанням, обробкою, збереженням, передачею інформації і служить математичним апаратом опису процесів управління.

Через те, що передачі інформації властиві риси випадковості, теорія інформації є розділом теорії імовірностей.

До числа основних задач теорії інформації відносяться:

• пошук способів представлення інформації, зручних для передачі (кодування інформації);

• оцінка кількості інформації;

• визначення пропускної здатності каналу зв'язку для передачі інформації від джерела до приймача;

• забезпечення своєчасного і безпомилкового прийому інформації й інші.

Математичний опис закономірностей процесу передачі інформації складає зміст основних понять теорії інформації.

Таким чином, предметом теорії інформації є кількісні закономірності процесів одержання, перетворення (обробки), збереження і передачі інформації.

У рамках загальної теорії інформації варто виділити три основних напрямки, а саме структурний, статистичний і семантичний.

Структурна теорія інформації враховує тільки дискретну побудову розглянутої системи, кількість інформаційних елементів, що містяться, зв'язків між ними і можливими комбінаціями з цих елементів. Ця теорія застосовується для оцінки інформаційних можливостей систем поза залежністю від умов їхнього застосування (тобто без обліку статистики). Наприклад, оцінюються інформаційні можливості каналів зв'язку, пристроїв, що запам'ятовують і реєструють і т.д.

Статистична теорія інформації дозволяє оцінювати інформаційні можливості систем з урахуванням їхніх статистичних характеристик, тобто з урахуванням конкретного застосування розглянутих систем. У рамках цього напрямку істотно те, що цілком ігнорується зміст, цінність повідомлень.

Семантична теорія інформації враховує значеннєвий зміст інформації, що визначає її доцільність, істотність, корисність, цінність. Змістовність інформації оцінюється за ступенем істинності або хибності подій, за ефектом, що робить інформація на результат управління і т.д.

У теорії інформації під інформацією розуміють сукупність відомостей про будь-які події, процеси, явища і т.п., розглянуті в аспекті їхньої передачі в просторі і в часі.

Інформацію передають у виді повідомлень. Повідомленням називають інформацію, виражену у визначеній формі і призначену для передачі від джерела до адресата. Прикладами повідомлень служать тексти телеграм, мова, музика, телевізійне зображення, дані на виході комп'ютера, команди в системі автоматичного управління об'єктами і т.п.

Повідомлення передають за допомогою сигналів, що є носіями інформації. Основним видом сигналів є електричні сигнали. Останнім часом все більше поширення одержують оптичні сигнали, наприклад, у волоконно-оптичних лініях передачі інформації.

У теорії інформації вивчають властивості процесів, що мають місце при передачі інформації на відстань за допомогою сигналів. При цьому важливе значення мають поняття якості і швидкості передачі інформації.

Якість передачі інформації тим вище, чим меншим є перекручування інформації на прийомній стороні. Зі збільшенням швидкості передачі інформації потрібно вживати спеціальних заходів, що перешкоджають втратам інформації і зниженню якості передачі інформації.

2. Маршрутизація з урахуванням стану зв'язків. На початку функціонування мережі кожен вузол формує групу пакетів стану ліній LSA (Link State Advertisements). LSA-пакет містить ідентифікатори власного і сусіднього вузлів, а також вартість зв'язків між ними. На наступному кроці пакети стану ліній розсилаються широкомовно всім іншим вузлам мережі. Вузли, що одержали LSA-пакети від усіх маршрутизаторів мережі, паралельно один з одним створюють топологічну базу даних, утримуючі всі LSA-повідомлення. На основі отриманої інформації вузли розраховують шляхи з мінімальними вартостями. При цьому маршрутизатор розраховує топологію найкоротших шляхів у виді SPF-дерева, поміщаючи себе в корінь. Усякий раз, коли LSA-пакет викликає зміну в базі дані стани каналів, алгоритм обліку станів ліній перераховує шляхи й обновляє таблицю маршрутизації.

Алгоритм SPF гарантує правильне функціонування мережі при порушеннях зв'язку або виході з ладу окремих маршрутизаторів і виключає можливість дворазової передачі пакета по тому самому шляху. До алгоритмів, що використовують знання про топологію всієї мережі і враховуючої вартості зв'язків між усіма її вузлами, відноситься алгоритм Дейкстри (Dijkstra's algorithm) (Эдсгер Вайб Дейкстра). За допомогою цього алгоритму знаходяться найкоротші маршрути від даного вузла-джерела до всіх інших вузлів мережі.

На основі алгоритму Дейкстри найкоротші шляхи від заданого вузла-джерела до всіх інших вузлів мережі визначаються ітераційно (покроково) в процесі перебору маршрутів у порядку збільшення числа їхніх сегментів. Побудова шляхів відбувається поетапно. На -м кроці знаходяться шляхів з мінімальною вартістю до вузлів.

Для формального визначення алгоритму введемо наступні позначення:

– безліч вузлів мережі (вузлів комутації, оснащених маршрутизаторами);

– вузол-джерело;

– безліч вузлів, оброблених алгоритмом;

– «вартість шляху» від вузла до вузла , що при початковій ініціалізації встановлюється , , якщо ці вузли не є суміжними (сусідами) і , якщо вузли і – «сусіди»;

– вартість шляху від вузла до вузла .

Алгоритм містить 3 етапи.

Етап 1. Ініціалізація.

Для усіх вузлів і несуміжних із установлюємо , а . Безлічі привласнюємо значення , що означає – у безліч досліджених вузлів включене тільки вихідне вузол-джерело.

Визначаємо допоміжну множину вузлів , суміжних з (вузлів-сусідів). Для вузлів вартість шляхів приймаємо рівною .

Призначаємо поточним вузлом вузол-джерело .

Етап 2. Відшукання вузла, найближчого до вузла і не вхідного в безліч .

Здійснюється пошук наступного вузла графа мережі, що не входить у безліч і не має шлях з мінімальною вартістю від вузла-джерела до цього вузла. Знайдений вузол включається в безліч . Виконуються наступні операції:

• , для всіх , суміжних з вузлом . Обновимо значення поточного вузла .

Якщо «відстані» однакові для декількох вузлів , то , для якого мінімальна «вартість шляху» . У випадку рівності «шляхів» між визначеними вузлами-сусідями для вибору маршруту можуть бути використані іншиі критерії, наприклад, мінімальний IP - адрес;

• ;

• перевірка умови , якщо «ТАК», те алгоритм закінчений (усі вузли графа відпрацьовані), якщо «НІ», те виконується наступний етап.