Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей. Методы маршрутизации. Учебно-методическое пособие
.pdf
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
(СибГУТИ)
Е.В. Кокорева
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ
ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ
МЕТОДЫ МАРШРУТИЗАЦИИ
Учебно-методическое пособие
Новосибирск
2015
УДК 621.391 (075.8)
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензент доц. Л.Ф. Лебеденко
Кокорева Е.В. Основы построения инфокоммуникационных систем и се-
тей. Методы маршрутизации : Учебно-методическое пособие / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; каф. систем мобильной связи. – Новосибирск, 2015. – 22 c.
Учебно-методическое пособие предназначено для подготовки студентов
направлений 11.03.01 – Радиотехника и 11.03.02 – Инфокоммуникационные
технологии и сети связи. Методические указания содержат краткие
теоретические сведения о методах и алгоритмах маршрутизации в современных
сетях связи, а также о методике их применения для нахождения оптимального
маршрута.
© Кокорева Е.В., 2015
© Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики, 2015
Введение
Курсовая работа предполагает выбор маршрута в сети с коммутацией пакетов по критерию наименьшей стоимости с использованием алгоритмов
Дейкстры или Беллмена–Форда. Стоимость каждого канального участка оценивается как средневзвешенная сумма двух критериев (например, число, обратное
пропускной способности канала, и значение интенсивности битовой ошибки
BER). Вес каждого из критериев определяется по значимости данного критерия
для определенного вида передаваемой информации (например, для передачи
речи более важным критерием является скорость передачи, менее важным – вероятность потерь). Стоимость канала между двумя абонентами определяется
как сумма стоимостей канальных участков, принадлежащих данному маршруту [1, 2].
Номер варианта задания необходимо получить у преподавателя.
В качестве результатов выполнения курсовой работы необходимо представить преподавателю пояснительную записку, которая содержит следующее:
титульный лист;
оглавление;
задание по варианту;
краткое теоретическое описание (понятие, методы, алгоритмы, протоко-
лы маршрутизации);
расчет стоимости каналов;
таблицы итераций алгоритма маршрутизации для каждого узла-
источника;
описание результатов выполнения;
выводы по проделанной работе.
Пояснительная записка к курсовому проекту должна быть оформлена в соответствии с ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Рисунки, таблицы, формулы и другие объекты должны быть пронумерованы и подписаны в соответствии с ГОСТ 1.5–92
ЕСКД.
3
1. Критерии выбора оптимального пути продвижения пакета
4
Load Reliability K
Кбит/ с]
мкс]
10
1 2 3 4 5
, , , ,
K K K K K
0
Одной из главных задач сетевого уровня OSI является выбор наилучшего
маршрута продвижения пакета в сети.
В качестве критериев выбора могут выступать, например:
количество промежуточных транзитных узлов;
пропускная способность;
загруженность каналов связи;
задержки, вносимые каналами;
надежность каналов и транзитных узлов, и пр.
Каждый из приведенных выше критериев имеет значение для определенного вида трафика. Для упрощения курсовой работы будем считать, что каждый абонент передает только один вид информации в соответствии с вариантом
(табл. 10), и, следовательно, стоимости канальных участков будут оцениваться
применительно к передаваемым данным.
Расчет стоимости каждого канального участка будем производить по формуле определения метрики протокола EIGRP [3, 4]:
Cost K BW K Delay
Chan
1 3
1
KK BW
52
, (1)
где:
BW (англ. BandWidth) – пропускная способность в отсутствие загрузки
канала:
7
BW
10
[
BW
, (2)
Load – загрузка канала, принимает значение от 0 до 1.
Delay – суммарная задержка интерфейса маршрутизатора и среды пере-
дачи, измеряемая в десятках микросекунд:
Delay
Delay
[
, (3)
Reliability относительная надежность (% пакетов, успешно передаваемых по данному сегменту пути).
Коэффициенты
принимают значение 0 или 1 в зависи-
мости от значимости того или иного параметра для данного вида трафика.
Например, при передаче речи важными являются критерии «пропускная способность» и «задержка», а «надежность» не играет такой роли, поскольку несколько потерянных пакетов человеческое ухо даже не заметит. Аналогично
будем оценивать стоимости каналов для передачи видео и электронной почты.
Если
K
, то для вычисления стоимости вместо формулы 1 будет ис-
5
пользоваться следующая формула:
4
1
K BW
Cost K BW K Delay
Load
200 000
50
Chan
1 3
2
. (4)
Пример вычисления стоимостей каналов
Рассмотрим сеть с топологией, представленной на рис. 1. Параметры каналов заданы в табл. 1.
Рис. 1. Пример топологии сети
Характеристики каналов одинаковы в обоих направлениях.
Табл. 1. Параметры канальных участков сети
Параметр
Канал
Bandwidth,
Кбит/с
Load Delay*, мкс Reliability
1 50 0.1 1000 0.9
2 50 0.1 1000 0.9
3 50 0.1 1000 0.9
4 256 0.3 20 000 0.8
5 128 0.5 10 000 0.8
6 100 0.4 20 000 0.6
7 1000 0.8 10 000 0.9
8 128 0.8 20 000 0.6
9 200 0.4 10 000 0.75
Вычислим пропускную способность и задержки для всех канальных участков по формулам 2–3:
Пропускная способность каждого канала:
7
1–3:
BW ;
1,2,3
10
*
Таблица содержит задержки среды передачи данных. Задержки маршрутизаторов принять
равными 100 мкс, задержки интерфейсов хостов – 100 мкс.
5
7
39 062.5
256
78125
128
100 000
100
10 000
1000
50 000
200
110
10 10
2010
10 10
1010
10 10
1, 0, 1, 0, 0.
200 000 110 200110
39 062.5 2010 41 073
78125 1010 79135
100 000 2010 102 010
10 000 1010 11010
78125 2010 80 135
50 000 1010 51 010
4:
5, 8:
6:
7:
9:
BW ;
BW ;
BW ;
BW ;
BW .
4
5,8
6
7
9
10
10
10
10
10
7
7
7
7
Суммарные задержки каналов в десятках мкс:
1–3:
4, 6, 8:
5, 7, 9:
Delay
Delay
Delay
Delay Delay
;
1,2,3
Delay Delay
4,6,8
Delay Delay
5,7,9
Comp Chan
Router Chan
Router Chan
100 1000
100 20 000
100 10 000
;
.
Проведем расчет стоимостей канальных участков по формуле 4 для разного вида трафика.
Речь
Примем значения коэффициентов для всех канальных участков:
K K K K K
1 2 3 4 5
Тогда стоимости канальных участков будут определены следующим образом:
1–3:
Cost K BW K Delay
1 3 1 3
;
4:
5:
6:
7:
8:
9:
Cost K BW K Delay
4 1 3
Cost K BW K Delay
5 1 3
Cost K BW K Delay
6 1 3
Cost K BW K Delay
7 1 3
Cost K BW K Delay
8 1 3
Cost K BW K Delay
9 1 3
;
;
;
;
;
.
6
Видео
1, 1, 1, 0, 0.
1 0.1
Cost K BW K Delay
39 062.5 2010 96 876;
0.7
Cost K BW K Delay
0.5
Cost K BW K Delay
=100 000 2010 268 677;
0.6
Cost K BW K Delay
0.2
Cost K BW K Delay
0.2
Cost K BW K Delay
0.6
Cost K BW K Delay
Примем значения коэффициентов для всех канальных участков:
K K K K K
1 2 3 4 5
Тогда стоимости канальных участков будут определены следующим образом:
K BW
1–3:
1 3 1 3
1
2
Load
200 000
200 000 110 422 332;
K BW
4 1 3
4:
1
2
Load
39 062.5
K BW
5 1 3
5:
1
2
Load
78125
78125 1010 235 385;
6:
7:
8:
9:
K BW
6 1 3
1
2
Load
100 000
K BW
7 1 3
1
2
Load
10 000
10 000 1010 61010;
K BW
8 1 3
1
2
Load
78125
78125 2010 470 760;
K BW
9 1 3
1
2
Load
50 000
50 000 1010 134 343.
7
Электронная почта
1, 1, 1, 1, 1.
Примем значения коэффициентов для всех канальных участков:
K K K K K
1 2 3 4 5
Тогда стоимости канальных участков будут определены следующим образом:
Cost K BW K Delay
1 3 1 3
1
Load Reliability K
KK BW
52
1–3:
200 000 1
1 0.1 1.9
1
Load Reliability K
39 062.5 1
0.7 1.8
1
Load Reliability K
78125 1
0.5 1.8
KK BW
52
4
KK BW
52
4
4:
5:
200 000 110 222 280;
Cost K BW K Delay
4 1 3
39 062.5 2010 53 820;
Cost K BW K Delay
5 1 3
78125 1010 130 769;
4
6:
7:
8:
Cost K BW K Delay
6 1 3
= 100 000 2010 167 923;
Cost K BW K Delay
7 1 3
100 000 1
0.6 1.6
10 000 1010 32111;
Cost K BW K Delay
8 1 3
10 000 1
0.2 1.9
78125 2010 294 225;
78125 1
0.2 1.6
1
Load Reliability K
1
Load Reliability K
1
Load Reliability K
KK BW
52
4
KK BW
52
4
KK BW
52
4
8
KK BW
52
4
9:
Cost K BW K Delay
9 1 3
50 000 1010 76 768.
50 000 1
0.6 1.75
1
Load Reliability K
Для определения кратчайшего пути могут быть использованы два алгоритма: алгоритм Дейкстры и алгоритм Беллмена–Форда.
9
2. Алгоритм Дейкстры
,
w i j
, 0
( )
L n
T s
,
( ) ( )
L n w s n n
для
s
Найти , такое, что , .
x T L x min L j j T
( ) [ ( )
, , , .
( ) ( )]
L n min L n L x w x n n T
Задача заключается в том, чтобы найти самые короткие пути от данного
исходного узла до всех других узлов, построив пути в порядке увеличения длины. Алгоритм выполняется поэтапно, и его смысл заключается в том, что на k-м
этапе определяются самые короткие пути к k узлам, ближайшим к исходному
узлу, из них образуется множество T. На этапе k+1 в T добавляется новый узел
(ранее не входящий в T), имеющий самый короткий путь от исходного узла [1].
Формальное описание алгоритма:
N – множество узлов сети (n – номер узла);
s – исходный узел;
T – множество уже обработанных узлов сети;
если i и j не соединены непосредственно;
напрямую;
текущем шаге алгоритма.
Алгоритм выполняется в три шага:
1. Инициализация.
множество T состоит из одного узла-источника.
равны стоимости канального участка, стоимости путей к несмежным с s узлам
равны .
2. Получение следующего узла.
Находим соседний узел, не входящий в T, который имеет путь минимальной стоимости от узла s, и добавляем в T. Добавляем канал, соединяющий этот
узел и узел, входящий в T. Можно описать следующим образом:
– стоимость канала от i-го узла к j-му,
w i j
– стоимость пути минимальной стоимости от узла s до узла n на
начальные стоимости путей к соседним с s узлам
, если эти узлы соединены
( ), 0; ,w i i w i j
,
3. Обновление путей с минимальной стоимостью.
Если последний компонент наименьший, то путем от узла s до узла n становится путь от s до x вместе с участком от x до n.
Шаги 2 и 3 повторяются до тех пор, пока множество T не станет равным N,
т. е. все узлы сети не будут добавлены к множеству T.
Пример: рассмотрим сеть с топологией, представленной на рис. 1, параметры каналов которой заданы в табл. 1.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]