52. Компоненты и ресурсы информационных сетей.

Информационная сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью, или интерсетью (internetwork, или internet). Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями (subnet), составляющими сетями или просто сетями (рис.5.1).

Подсети соединяются между собой маршрутизаторами. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети на рисунке не показана, так как она не имеет значения рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть, показанную на рисунке, входит несколько сетей разных технологий: локальные Ethernet, Token Ring, FDDI и глобальные сети Х.25, frame relay, ISDN. Каждая из этих технологий способна обеспечить взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежавшими разным подсетям, например между узлом А и узлом В на рис.5.1. Следовательно, для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов этой «большой» составной сети требуются дополнительные средства. Такие средства и предоставляет сетевой уровень.

Рис.5.1. Архитектура составной сети

Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для переме­щения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям.

Хотя многие технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и др.) используют одну и ту же систему адресации узлов на основе МАС-адресов, существует немало технологий (Х.25, ATM, frame relay), в кото­рых применяются другие схемы адресации. Адреса, присвоенные узлам в соот­ветствии с локальными технологиями подсетей, называют локальными. Чтобы сетевой уровень мог выполнить свою задачу, ему необходима собственная гло­бальная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволила бы на сетевом уровне универсальным и однозначным способом идентифицировать любой узел составной сети.

Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла.

В качестве номера узла может выступать либо локальный адрес этого узла (такая схема принята в стеке IPX/SPX), либо некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно идентифицирует узел в пределах данной подсети. В первом случае сетевой адрес становится зависимым от локальных технологий, что ограничивает его применение. Например, сетевые адреса IPX/SPX рассчитаны на работу в составных сетях, объединяющих сети, в которых используются только МАС-адреса или адреса аналогичного формата. Второй подход более универсален, он характерен для стека TCP/IP. В том и другом случае каждый узел составной сети имеет наряду со своим локальным адресом еще один — универсальный сетевой адрес.

Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передают через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифици­рованный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех се­тей, которые могут входить в составную сеть, и несет, наряду с другой служебной информацией, данные о номере сети назначения этого пакета. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями.

Каждый раз, когда пакет сетевого уровня передается из одной сети в другую, он извлекается из кадра первой подсети (освобождается от канального заголовка этой сети) и упаковывается в кадр (снабжается новым заголовком) канального уровня следующей подсети. Информацию, на основе которой делается эта заме­на, предоставляют служебные поля пакета сетевого уровня. В поле адреса назна­чения нового кадра указывается локальный адрес следующего маршрутизатора. Основным полем заголовка сетевого уровня является номер сети-адресата. В рассмотренных нами ранее протоколах локальных сетей такого поля в кадрах предусмотрено не было - предполагалось, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, в том числе альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты и коммутаторы.

Кроме номера сети заголовок сетевого уровня должен содержать и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:

• номер фрагмента пакета, необходимый для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами пакетов;

• время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения «заблудившихся» пакетов;

• качество услуги — критерий выбора маршрута при межсетевых передачах — например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно, в ущерб времени доставки.

Когда две или более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking).

52. Методы маршрутизации информационных потоков.

Пакеты поступают в сеть передачи данных (СПД) , когда в их заголовке имеется адрес порта назначения. Узел связи СПД, куда поступил пакет, должен по адресу порта назначения определить маршрут передачи пакета - выходную линию связи, в которую нужно передать пакет. При передаче данных по виртуальному каналу маршрутизация выполняется один раз, когда устанавливается вир­туальное соединение. Выбор маршрута в узлах связи СПД производится по алгоритму мар­шрутизации - правилу назначения выходной линии связи на основе дан­ных, содержащихся в заголовке пакета, и данных, представляющих состоя­ние узла связи и, возможно, СПД в целом. Эффективность алгоритма мар­шрутизации характеризуется следующими показателями: временем доставки пакетов;нагрузкой, создаваемой на сеть потоками пакетов, поступающими в сеть и распределяемыми по линиям и узлам связи;затратами ресурсов в узлах связи, в первую очередь - затратами памяти и времени процессора коммуникационной вычислительной машины. Первые два показателя - основные при оценке эффективности. Алго­ритмы маршрутизации имеют целью обеспечить непрерывное продви­жение пакетов от источников к адресатам. При этом алгоритм стремит­ся выбрать наиболее подходящее направление передачи пакета - с минимальным временем доставки или наиболее полным использованием пропускной способности СПД. При выборе маршрутов можно использовать различные методы маршрутизации. Маршрутизация: Простая при выборе дальнейшего пути для пакета учитывает лишь статическое априорное состояние сети, ее текущее состояние- загрузка и изменение топологии из-за отказов-не учитывается. Направления: случайная ; лавинная ; по предыдущему опыту Случайная. Предполагает, что вероятность выбора маршрута заранее определена. Пакет “блуждает” по сети до тех пор пока не достигнет адресат. . Лавинная маршрутизация. Предполагает, что из пункта трансляции передача идет по всем направлениям одновременно и параллельно, исключая то направление, из которого получили пакет. Обеспечивает лишнее время доставки пакетов за счет ухудшения пропускных способностей каналов. Эта маршрутизация находит применение в системах специального назначения для передачи особо важной информации. Маршрутизация по предыдущему опытуВыбор маршрута выбирается на основе анализа потоков проходящих через узлы. При этом в заголовке сообщений кроме адресов отправителей и получателей включаются адреса промежуточных пунктов. Такая дисциплина обслуживания пакетов оправдана во многих случаях. Однако она плохо работает если отдельные участи повреждены, либо перегружены.

Фиксированная учитывает только изменение топологии сети. Для каждого узла назначение канал передачи выбирается по электронной таблице маршрутов(route table),определяющей кратчайшие пути и время доставки информации до пункта назначение. Эта маршрутизация используется в сетях с установившейся топологией. Направления: однопутевая,многопутевая . Обычно фиксированная маршрутизация дает одну путевую схему. Как правило одна путевая схема должна содержать и дублирующие схемы, что приводит к многопутевой маршрутизации. Фиксированная маршрутизация в основном применяется для сетей с малой загрузкой при сбалансированных потоках данных. Адаптивная маршрутизация. Предполагает изменение маршрута в зависимости от состояния сети. В идеале должна учитывать: 1. Полную топологию сети 2. Информацию о состоянии сети 3. Длинных очередей пакетов по каждому направлению сети .Поэтому на практике адаптивная маршрутизация проводится не по полной информации, а по частичной. Состояние узлов сети учитывается только для соседей. Опрос соседей позволяет выявить узел с минимальной очередью. Очень часто локальная маршрутизация смыкается с фиксированной. 3.2. Распределенная адаптивная маршрутизация. Во многом похожа на предыдущую только оценивается не длина очереди, а наименьшее время передачи. Обычно время доставки оценивается по топологии сети, а среднее время задержки по элементу сети определяется как характеристика участка. 3.3. Централизованная адаптивная маршрутизация. Предполагает, что один из серверов сети отслеживает состояние всех узлов сети и на основе собранной информации прокладывается оптимальный маршрут исследования, но практически невозможно, поскольку информация о сети быстро стареет и кроме того управление сетью может быть потеряно при отказе центра маршрутизации. 3.4. Гибридная (адаптивная) маршрутизация. Компенсирует недостатки локальной и централизованной маршрутизации. Основывается на использовании различных таблиц периодически рассылаемых центром маршрутизации, учитывающих загрузку в зависимости от времени, сроков регламента и т.д.