1.7.4. Маршрутизація.

Під маршрутизацією розуміють процес вибору шляху слідування від відправника до отримувача. Мета маршрутизації – оптимізація шляху з точки зору мінімальної затримки максимальної кількості трафіку при забезпеченні надійності та заданого рівня захисту. Маршрутизація – це функція мережевого рівня, яка зводиться до вибору вузлами комутації шляху подальшої передачі пакету, який потрапив на їх вхід. Маршрутизація може бути централізованою та децентралізованою (розподіленою). При розподіленому управлінні кожен вузол комутації самостійно визначає напрям передачі пакетів.

До простої маршрутизації відносяться методи, які не враховують інформації про топологію та завантаженість каналів мережі.

Лавинна маршрутизація. В її основі лежить алгоритм розмноження пакетів, за яким вузол комутації, отримуючи пакет, генерує його клони, і розповсюджує їх в усіх напрямках крім того, з якого він отриманий. (рис.1.7.4.1) Для придушення ефекту розповсюдження пакетів у кожному вузлі комутації знищуються всі пакети, які потрапляють до нього повторно. Перевага лавинної маршрутизації – мінімальні затримки, оскільки використовуються всі шляхи, в тому числі і найкоротший. Недоліки – велика кількість надлишкової інформації та значна завантаженість мережі.

Таблична маршрутизація. На кожному вузлі комутації формується таблиця маршрутів, в якій вказується, по якому маршруту повинен передаватися пакет, щоб він досяг вузла-отримувача за найкоротший проміжок часу. Таблична маршрутизація розрізняється за методом, за яким формуються маршрути.

При динамічній (адаптивній) маршрутизації зміст таблиці маршрутів змінюється залежно від стану та завантаженості каналів передачі даних та їх вузлів комутації. Для цього вузлу необхідна інформація, яка відслідковується з допомогою спеціальних управляючих повідомлень (update messages). Цими повідомленнями обмінюються вузли комутації, які входять до мережі передачі даних.

Для мережі з централізованою маршрутизацією менеджер мережі збирає інформацію про канали та формує таблицю маршрутів. Недоліком такої схеми є відносно низька надійність, пов’язана із можливістю виходу з ладу менеджера мережі, а також затримка на збір та обробку інформації про маршрути. Переваги – простота керування та контролю.

При розподіленій маршрутизації кожен вузол комутації самостійно формує таблицю маршрутів, використовуючи інформацію від вузлів комутації, що знаходяться на можливих шляхах до вузла-отримувача інформації.

При локальній маршрутизації створюється певна група вузлів, яка об’єднується, і маршрутизація здійснюється одним окремо обраним для цього вузлом.

А 1  А4:

Рис.1.7.4.1. Лавинна маршрутизація.

Процес маршрутизації включає 2 основні види діяльності: визначення оптимального шляху та просування пакетів через мережеве середовище (комутація пакетів). Останнє є порівняно простим завданням, на відміну від першого.

Для визначення того, який з існуючих шляхів буде оптимальним, протоколи маршрутизації використовують метрики. Метрика – це певна безрозмірна характеристика шляху, яка вказує на переваги того чи іншого шляху перед іншими. Метрика може бути досить простою (кількість проміжних пунктів до отримувача) або розраховуватися за складною формулою на основі багатьох показників (пропускна здатність каналу, його завантаженість, затримки і т.д.). Як правило, найоптимальнішим вважається шлях із мінімальною метрикою.

Робота протоколів маршрутизації завжди базується на стандартному або модифікованому алгоритмі маршрутизації. Алгоритми маршрутизації можна розділити на групи, базуючись на кількох ключових характеристиках. По-перше, специфічні цілі проектувальника алгоритму впливають на функціонування протоколу маршрутизації. По-друге, існують різні типи алгоритмів маршрутизації; відповідно, вони по-різному впливають на мережу та мережеві ресурси. І, нарешті, алгоритми маршрутизації використовують різні метрики, що впливає на обчислення оптимального шляху.

Цілі проектування.

Оптимальність визначає здатність алгоритму маршрутизації вибрати найкращий шлях, який залежить від метрик та ваги окремих характеристик каналу.

Простота та низьке завантаження каналу. Алгоритми маршрутизації повинні забезпечувати свою функціональність ефективно, із мінімальною кількістю програмного забезпечення та якомога меншим використанням службового трафіку. Ефективність є особливо важливою, коли маршрутизуюче програмне забезпечення працює на комп’ютері із обмеженими фізичними ресурсами.

Надійність та стабільність. Алгоритм маршрутизації повинен забезпечувати коректну роботу у незвичайній або непередбачуваній ситуації – при відмові частини апаратного забезпечення, пікових навантаженнях мережі та некоректних настройках.

Швидка збіжність. Збіжність – це процес узгодження всіма маршрутизаторами мережі оптимальних маршрутів. Говорять, що мережа збіглася, коли всі маршрутизатори мережі володіють однаковими та вірними відомостями про стан каналів мережі. Перерахунок метрик та зміна інформації про оптимальні маршрути виникає, оскільки топологія мережі періодично змінюється – одні пристрої виходять з ладу, інші, навпаки, стають доступними. Алгоритми, які володіють повільною збіжністю, можуть спричинити появу петель або виходу з ладу всієї мережі.

Гнучкість. Алгоритми маршрутизації повинні бути гнучкими – швидко та точно пристосовуватися до зміни умов функціонування мережі.

Типи алгоритмів.

Алгоритми маршрутизації можуть бути класифіковані за типами.

Статичні на противагу динамічним.

Статичні алгоритми маршрутизації важко назвати алгоритмами взагалі, це просто таблиці маршрутизації, які повністю заповнюються вручну адміністратором. Така маршрутизація використовується там, де мережевий трафік відносно передбачуваний, а топологія мережі – проста і рідко змінюється. Статична маршрутизація не пристосовується автоматично до змін у мережі, а тому не підходить для використання у сучасних великий, постійно змінних мережах.

Динамічні алгоритми пристосовуються до зміни мережевих умов автоматично, аналізуючи повідомлення-апдейти від інших маршрутизаторів. При зміні топології маршрутизуюче програмне забезпечення перераховує маршрути і розсилає нові апдейти; відповідно всі пристрої змінюють відповідні записи у таблицях маршрутизації.

При необхідності можна поєднувати ці два методи.

Одношляхові на противагу багатошляховим.

Деякі досить складні протоколи маршрутизації підтримують кілька шляхів до однієї точки призначення. На відміну від одношляхових алгоритмів, багатошляхові дозволяють мультиплексацію трафіку через кілька ліній зв’язку. Переваги таких алгоритмів очевидні: значно краща пропускна здатність та надійність. Як правило, цю функцію називають розділенням навантаження (load sharing).

Плоскі на противагу ієрархічним.

У плоскій системі всі маршрутизатори виконують однакові функції. У ієрархічній системі частина маршрутизаторів формує так звану маршрутизуючу магістраль. Пакети від немагістральних маршрутизаторів направляються до магістральних, які просувають їх через магістраль до відповідної ділянки.

“Від джерела” на противагу прозорим.

Деякі алгоритми маршрутизації дозволяють вузлу-джерелу визначити весь маршрут інформації. Такий спосіб, як правило, називають “маршрутизація від джерела”. Інші алгоритми припускають, що кінцева системи не знає нічого про існуючі маршрути. В них кожен маршрутизатор визначає подальший шлях пакета, базуючись на власних обрахунках.

Інтрадоменні на противагу інтердоменним.

Деякі алгоритми маршрутизації призначені лише для роботи в межах одного домену, інші – між доменами. Такий поділ випливає з того, що оптимальний інтрадоменний алгоритм не завжди є оптимальним інтердоменним.

Стану каналу на противагу дистанційно-векторним.

Детальний аналіз даного поділу алгоритмів наводиться нижче.

Метрики.

Таблиці маршрутизації містять інформацію, яка використовується комутуючим програмним забезпеченням для вибору кращого маршруту. Ознакою, за якою обирається оптимальний маршрут, є метрика.

Алгоритми маршрутизації використовують багато різноманітних метрик. Більш складні алгоритми маршрутизації використовують комбіновані метрики.

У алгоритмах маршрутизації можуть використовуватися наступні метрики:

• довжина шляху;

• надійність;

• затримка;

• пропускна здатність;

• завантаженість;

• вартість передачі інформації.

Довжина шляху – це найбільш загальна метрика. Деякі протоколи маршрутизації дозволяють мережевому адміністратору поставити у відповідність кожному каналу довільну вартість; тоді загальна довжина шляху визначається як сума усіх вартостей по шляху. Інші протоколи визначають як довжину шляху кількість проміжних пристроїв (як правило, інших маршрутизаторів).

Надійність у контексті алгоритмів маршрутизації – це достовірність передачі інформації (як правило, описується частотою помилок на біт переданої інформації) по кожному каналу. Але до уваги можуть братися будь-які фактори надійності – наприклад, швидкість відновлення після збоїв. Рівнем надійності може служити довільне значення, яки присвоюється адміністратором мережі.

Затримка маршрутизації – це проміжок часу, необхідний для передачі пакету від відправника до отримувача. Затримка залежить від багатьох факторів, включаючи пропускну здатність каналів, черги на портах проміжних пристроїв, завантаженість кожного каналу та навіть фізичну відстань між пристроями.

Пропускна здатність – здатність каналу передавати певний об’єм трафіку за одиницю часу. Але пропускна здатність – це лише теоретична величина, тому не завжди канал із більшою теоретичною пропускною здатністю є більш бажаним, він може бути зайнятим на момент передачі інформації.

Завантаженість стосується рівня зайнятості мережевих ресурсів, зокрема маршрутизаторів. Завантаженість може бути обчислена різними шляхами, наприклад, як рівень використання CPU або швидкість обробки пакетів.

Вартість стає особливо важливою метрикою при використанні громадських ліній, які є, як правило, платними. У таких випадках більш вигідним може стати використання повільнішої лінії за менші кошти.

40