3.3. Маршрутизация информации

Важной функцией, часто используемой в ИВС, является маршрути­зация информации- выбор путей дальнейшей передачи блоков данных в зависимости от адресов их назначений. Для ее обеспечения выполня­ются следующие функции: установление группы сетевых соединений в одном канальном соединении; доставка упорядоченных последователь­ностей блоков независимо от маршрута их движения; предоставление приоритетов в коммутации и маршрутизации; объединение нескольких канальных соединений в одно сетевое; сообщение о благополучной доставке последовательности блоков; обнаружение и исправление оши­бок, возникающих при передаче по сетевым соединениям; сегментиро­вание и объединение блоков данных; управление потоками; выбор ви­дов сервиса.

ИВС с маршрутизацией информации являются наиболее старым и разработанным классом локальных сетей. Три фактора в последние го­ды дали толчок к новому этапу развития этих сетей. Первый из них заключается в выпуске небольших и недорогих микропроцессорных ком­муникационных систем. Второй фактор состоит в том, что надежность этих систем и методы их эксплуатации стали таковыми, что системы "закрываются на замок" и управляются дистанционно из центра управ­ления сетью. Третий фактор обусловлен тем, что появилась возмож­ность по одним и тем же каналам передавать не только данные, но и речь, представленную в дискретной форме.

3.3.1. Общая характеристика маршрутизации

Маршрутизация в информационно-вычислительных сетях влечет за собой использование логических средств (программных, аппаратных или микропрограммных) в коммутаторах для передвижения пакетов дан­ных сквозь сеть к конечному назначению. Маршрутизация в сети имеет три первичные цели:

1. Обеспечить минимальную возможную задержку и максимальную пропускную способность.

2. Обеспечить прохождение пакета сквозь сеть за минимальную стоимость.

3. Обеспечить каждый пакет максимальной возможной защитой и надежностью.

Приведем некоторые виды классификации методов маршрутизации.

Классификация по способу управления сетью

1. Централизованные методы характеризуются наличием единого центра управления, к которому стекается вся информация о загрузке узлов сети или каналов связи. Сбор информации в единый центр свя­зан с дополнительной загрузкой сети из-за передачи служебной ин­формации. Объем этой информации растет пропорционально квадрату размерности системы, и при больших размерностях информация от уда­ленных элементов поступает со значительной задержкой и не в полной мере отражает состояние сети в текущий момент. Таким образом, за­дача выбора маршрута в большой сети становится достаточно сложной, и для ее решения приходится применять специальные методы маршрути­зации.

2. Децентрализованные методы практически не используют инфор­мацию о состоянии удаленных узлов или каналов связи, а учитывают в лучшем случае состояние своих каналов и инцидентных им узлов. Наи­более часто децентрализованные методы применяются в системах с не­детерминированной топологической структурой, узлы и объекты кото­рых подключаются к сети и отключаются от нее в случайные моменты времени, а выделить единый центр управления и сбора информации о состоянии сети не представляется возможным. Вместе с тем примене­ние децентрализованных методов в условиях интегрированных информа­ционных и производственных систем представляется разумным, по­скольку сами алгоритмы маршрутизации инвариантны относительно со­держащего их узла, а объем необходимо хранимой в узлах информации невелик, что существенно для условий ограниченного объема опера­тивной памяти управляющих микропроцессорных систем.

3. Распределенные методы характеризуются тем, что каждый узел принимает решение автономно, но с учетом информации, содержащейся в центральном узле. Естественно, эта информация оказывается не­сколько устаревшей, но в некоторых приложениях она оказывается по­лезной. Например, распределенные методы целесообразно применять в системах управления технологической подготовкой производства, ва­риабельность параметров которых имеет более низкую частоту по сравнению с соответствующими параметрами непосредственно техноло­гической системы.

Сводка основных свойств методов приведена в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Свойства методов маршрутизации

Свойства методов		Принцип управления сетью			Принятие решений
		Централизов.	Децентрализов.	Распределен.	Детерминиров.	Вероятностные
Топологическая структура сети		Фиксированн.	Гибкая	Гибкая	Фиксирован.	Гибкая
Избыточность слу­жебной информации		Малая	Средняя	Большая	Малая	Средняя
Структурная ус­тойчивость		Плохая	Хорошая	Хорошая	Плохая	Хорошая
Адаптация к изме­нению трафика		Хорошая	Средняя	Средняя	Плохая	Средняя
Реактивность	Малая сеть	Хорошая	Плохая	Средняя	Хорошая	Средняя
	Большая сеть	Средняя	Хорошая	Средняя	Хорошая	Средняя
Сложность алго­ритмов		Большая	Малая	Большая	Средняя	Средняя

Классификация по способу принятия решений узлом

1. Детерминированные методы отличаются детерминированным ха­рактером принятия решений о выборе того или иного направления пе­редачи. Выбор осуществляется фактически по таблицам принятия реше­ний, которые могут иметь как предопределенную структуру, так и представлять собой дерево целей, переходы по ветвям которого зави­сят от тех или иных условий.

Детерминированные методы эффективно применяются в высокона­дежных сетях со стабильным трафиком, когда дисперсия нагрузки не­велика и не возникает необходимости перераспределения потоков ин­формации. Примером таких сетей могут служить коммуникационные под­системы управления химическим производством, которые имеют практи­чески постоянный трафик на нижних уровнях системы управления и незначительно варьирующийся на верхних.

Однако детерминированные методы маршрутизации оказываются практически неспособными эффективно реагировать на изменение топо­логической структуры сети в переходных режимах функционирования.

2. Вероятностные методы основаны на том, что при некоторых условиях осуществляется розыгрыш направления передачи транслируе­мого пакета. Розыгрыш может осуществляться как на основе вычисляе­мых вероятностей, так и с помощью матрицы поиска, элементы которой содержат вероятности достижения конкретного узла по кратчайшему маршруту. Частным случаем являются градиентно-диффузные алгоритмы, в которых наиболее предпочтительное направление имеет наивысший приоритет, однако в случае занятости его оставшиеся направления разыгрываются случайным образом на равновероятной основе либо с помощью вероятностных таблиц.

Свойства детерминированных и вероятностных методов также све­дены в табл. 3.5.

Определим некоторые термины. Эффект размножения пакета означает, что данный пакет генерирует дополнительные, идентичные с ним пакеты. Обход узла состоит в обход поврежденного или занятого узла или канала. Вырождение пакета определяется ослаблением эффекта размножения пакета.

Большинство пакетных сетей выполняют маршрутизацию, используя таблицу или каталог маршрутов. Каталог содержит указания для ком­мутаторов, как передавать пакет в один из нескольких возможных вы­ходных каналов при переключении. Каталоги пакетных сетей организу­ются на основании трех подходов:

• фиксированный, или статический, каталог. Изменяется единст­венный раз при генерации системы. Сохраняется неизменным для всех сеансов;

• каталог, ориентированный на сеансы. Изменяется для каждого сеанса каждого отдельного пользователя. Сохраняется неизменным для отдельного сеанса;

• адаптивный, или динамический, каталог. Изменяется в течение каждого пользовательского сеанса.

Далее системы каталогов можно классифицировать как частичные и полные (по составу маршрутов). Частичные каталоги содержат толь­ко узлы, смежные с определенным коммутатором, т.е. узлы, непо­средственно подсоединенные к узлу-коммутатору. Полный каталог со­держит весь набор промежуточных узлов, по которому пакет перепра­вится к своему конечному назначению.

Рассмотрим, как работают и где применяются некоторые методы маршрутизации.