Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы маршрутизации на цифровых широкополосных сетях связи. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
31
4. Диффузные обладают большой гибкостью при обходах поврежденных
участков сети, однако средняя длина маршрута в равных с градиентным
условиях будет большей.
5. Независимо от характера распространения на сети процесса поиска маршру-
та (градиентный, диффузный и комбинированный) процедура выбора ИТПС
в каждом УК может быть детерминированной, вероятностной и вероятностно детерминированной.
6. Локально волновой метод маршрутизации в зависимости от характера орга-
низации выбора ИТПС может быть отнесен к параллельным и последовательным методам.
7. Выбор ширины зоны поиска в локально волновом методе может быть веро-
ятностным, детерминированным и вероятностно детерминированным.
32
4 ПРИНЦИПЫ МАРШРУТИЗАЦИИ НА СЕТЯХ СВЯЗИ
4.1 Классификация методов маршрутизации
Спектр применяемых в настоящее время методов маршрутизации весьма
широк: от простейших фиксированных процедур до весьма сложных. Степень
сложности применяемых методов маршрутизации определяется размерами сети, характером входного потока, требованиями к вероятностно-временным характеристикам, передаваемой информации и функционирования сети.
На Рисунке 4.1 приведена классификация возможных методов маршрути-
зации на сети связи.
Из рисунка следует, что существует множество вариантов реализации как
последовательных, так и параллельных методов маршрутизации. Например:
33
"Вероятностный, диффузный с использованием динамического формирования
Методы коммутации
Прямые
Косвенные
Коммутация каналов
Комбинированная
коммутация
Коммутация пакетов
Датаграмм
Виртуальных
каналов
Рисунок 4.2 Классификация методов коммутации
ПРИ методом рельефов".
Приведенная классификация позволяет провести целенаправленный ана-
лиз и синтез тех методов маршрутизации, которые будут наиболее эффективно
функционировать в предполагаемых сетях связи и в заданных условиях.
4.2 Маршрутизация и режимы переноса информации
Под термином "режим переноса" (в литературе так же встречается "метод
переноса") будем понимать мультиплексирование (Multiplexing) (методы разделения сообщений в ТПС, КС, ЛС) и коммутацию (Switching) в узлах с целью
доставки сообщений между пользователями сети связи.
На Рисунке 4.2 представлена классификация методов коммутации, исполь-
зуемых в настоящее время на сетях связи.
Все методы коммутации можно разделить на прямые и косвенные (Store-
and-forward).
В прямых методах коммутации осуществляется физическое соединение
входящих и исходящих каналов.
При косвенной коммутации принятое сообщение (либо его часть) в начале
поступает в буферное запоминающее устройство (БЗУ) и через некоторое время tз (время задержки) оно считывается в исходящий канал.
Методы коммутации с косвенным принципом организации связи разделя-
ются на коммутацию каналов (КК) (Switching circuits), коммутацию пакетов
(Packet Switching (PS)) и комбинированную коммутацию (КП).
При КК с косвенной организацией связи (в дальнейшем КК) фазе передачи
сообщений от УИ к УП предшествуют фазы:
поиска маршрута;
коммутации каналов в УК по всей длине маршрута.
34
По окончании указанных процедур сообщение, представленное в цифро-
вой форме, единым блоком передается по организованному маршруту от УИ к
УП.
Таким образом, при КК маршрутизация должна определить искомый
маршрут и организовать соединение каналов связи (либо ТПС) "из конца в конец" (от вызывающего пользователя до вызываемого).
Тем самым, часть ресурсов сети связи (КС, элементы УК и т.д.) будет ре-
зервироваться за пользователями на все время сеанса передачи сообщения.
Можно предположить, что основным параметром оценки функционирова-
ния маршрутизации на сети связи с КК будет: минимальный объем ресурсов
сети, при котором обеспечивается требуемое качество обслуживания пользователей. Косвенным критерием данного параметра является минимальное количество транзитных УК, участвующих в организации искомого маршрута, при
обеспечении требуемого качества обслуживания.
При КП сообщение, представленное в цифровой форме, разделяется на от-
дельные блоки, размер которых не превышает некоторой величины. Каждому
блоку приписывается заголовок, который содержит следующую информацию:
адрес источника сообщения;
адрес потребителя сообщения;
принадлежность блока данному сообщению и другая служебная ин-
формация.
Блок сообщения вместе с заголовком образуют пакет.
Передача пакетов по сети, принципиально, возможна в двух режимах:
датаграмм;
виртуальных каналов.
При КП в датаграммном режиме фаза поиска маршрута одного пакета
совпадает с фазой его передачи. Таким образом, пакеты одного сообщения могут передаваться независимо и параллельно по различным маршрутам. Следовательно, можно ожидать, что время передачи всего сообщения будет минимально.
Несомненными достоинствами данного режима КП являются:
высокая эффективность использования ресурсов сети для передачи тре-
буемого сообщения;
высокая надежность доставки основного объема сообщения в условиях
отказов отдельных элементов сети.
Однако время передачи каждого пакета по сети будет различно. Поэтому в
УП, перед тем как сообщение передать потребителю, пакеты необходимо собрать и расставить в требуемой последовательности.
Ожидаемыми критериями оценки функционирования методов маршрути-
зации на сетях с КП в датаграммном режиме будут:
время задержки передачи пакетов TЗ;
35
джиттер задержки передачи пакетов TD = T
З max
- T
З min
, где T
З max
,T
З min
соответственно, максимальная и минимальная задержки передачи паке-
тов.
Время задержки и джиттер определяют временную прозрачность сети.
При КП в режиме виртуальных каналов фазе передачи пакетов от УИ к УП
предшествуют фазы:
поиск маршрута;
резервирование ресурсов сети по всей длине маршрута на все время се-
анса передачи пакетов данного сообщения.
Пакеты сообщения передаются по единому маршруту в порядке их по-
ступления от источника сообщения. Тем самым, по сравнению с КП в датаграммном режиме, удается избежать нарушения очередности поступления пакетов в УП и уменьшить величину джиттера. Однако, эффективность использования ресурсов сети более низкая, чем при КП в режиме датаграмм.
Вместе с тем, использование КП в режиме виртуальных каналов в сочета-
нии с технологией асинхронных методов передачи [7] позволяет значительно
повысить эффективность использования ресурсов сети при обеспечении требуемого качества обслуживания пользователей.
Таким образом, ожидаемыми критериями оценки функционирования ме-
тодов маршрутизации на сетях с КП в режиме виртуальных каналов будут:
,
временная прозрачность сети (время задержки и джиттер задержки);
минимальный объем ресурсов сети,
при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания пользова-
телей сети.
4.3 Маршрутизация и модель ВОС
В конце 70-х годов ряд международных организаций по стандартизации
разработали модель взаимодействия открытых систем (ВОС) (Open System In-
terconnection (OSI)), которая сыграла значительную роль в развитии сетей связи
[16].
В модели ВОС функции маршрутизации возложены на третий сетевой
уровень (Network layer). Данный уровень удобно представить в виде подуровней (Рисунок 4.3). На третьем, верхнем подуровне производится формирование
ПРИ и принятие решения о его коррекции. Первоначально ПРИ формируется
администрацией при проектировании или модификации сети связи. Частота
коррекции ПРИ зависит от многих факторов:
использование статических или динамических методов маршрутизации;
набора статистики (за определенный период времени) о состоянии эле-
ментов сети связи (неисправность и перегруженность);
степени централизации УУСС (централизованные, децентрализованные
или комбинированные методы управления);
36
возможности администрации сети связи влиять на процесс управления
Формирование и
коррекция ПРИ
Выбор исходящего ТПС,
канала связи
Передача сообщения с входя-
щего ТПС в исходящий ТПС
1-й подуровень
2-й подуровень
3-й подуровень
Рисунок 4.3 Подуровни сетевого уровня модели ВОС
jiSji
k
K
SS
ji
;,1,,
,
,
сетью связи;
наличие постоянных (не коммутируемых) соединений между пользова-
телями сети связи.
Сформированные таблицы маршрутизации для каждого УК (ПРИ) пере-
даются на второй подуровень.
На втором подуровне решается задача определения и выбора (в каждом
транзитном УК, начиная с УИ) исходящего ТПС и наличия в нем свободных
каналов связи. Вызывающий пользователь сети через оконечное оборудование
АП инициирует пакет вызова на установление соединения с вызываемым
пользователем. Пакет вызова, проходя через узлы коммутации, обращается к
таблицам маршрутизации, которые сформированы на третьем подуровне. Затем
пакет вызова определяет исходящие ТПС и наличие в них свободных каналов.
Таким образом, в каждом транзитном УК, начиная с УИ, формируется таблица
коммутации, указывающая конкретные исходящие ТПС и каналы связи, участвующие в определении маршрута для передачи данного сообщения между вызывающим и вызываемым пользователями.
Сформированные таблицы коммутации передаются на первый подуро-
вень. В данном подуровне в соответствии с таблицами коммутации происходит
простая передача сообщения по маршруту, сформированному на втором подуровне.
Пример 4.1.
В качестве примера рассмотрим процесс определения маршрута между АП
вызывающего пользователя УК 1 и АП вызываемого пользователя УК 3 сети
связи, изображенной на Рисунке 1.2. Количество каналов связи в каждом тракте передачи сообщений зададим в виде матрицы каналов:
,
где S – количество УК в анализируемой сети связи; kij элемент матрицы, указывающий количество каналов в ТПС, соединяющего i и j УК.
Допустим, матрица каналов имеет следующий вид:
37
02434
20703
47052
30501
4321
K
.
Исходящие тракты передачи
сообщений
К УК 2 К УК 4
Номера каналов Номера каналов
1 2 3 4 5 1 2 3
1
2
3
От
АП
Номера
каналов
4Х123
4
От
УК
2
Номера
каналов
5
1
2
Входящие ТПС
От
УК
4
Номера
каналов
3
Рисунок 4.4 Таблица коммутации УК № 1
Количество каналов связи в абонентских линиях вызывающего и вызыва-
емого пользователей равно по 4.
Предположим, что на момент определения маршрута между пользовате-
лями абонентских пунктов УК № 1 и 3 план распределения информации задан
таблицами маршрутизации, приведенными в примере 1.4. Согласно описанной
ранее модели мы находимся на первом подуровне.
Переходим на второй подуровень модели (Рисунок 4.3). Допустим, что па-
кет вызова с АП поступает на УК № 1 по каналу под номером 4; обращается к
таблице маршрутизации M1 (Пример 1.4); выбирает строку под номер 3; выбирает исходящий ТПС к УК № 4 (допустим, что на данный момент времени все
каналы в ТПС к УК 2 заняты, либо не удовлетворяют пользователя по каким
либо причинам); выбирает в ТПС к УК № 4 канал под номером 3. Данная информация фиксируется в таблице коммутации (Рисунок 4.4) узла коммутации
под номером 1.
38
Исходящие тракты передачи сообщений
к УК № 1 к УК № 2 к УК №
3
Номера
каналов
Номера каналов Номера
каналов
1 2 3 1 2 3 4 1 2
1
2
от УК
№ 1
Номера
каналов
3
Х
1
2
Номера
каналов
3
от УК
№ 2
4
1
Входящие ТПС
от УК
№ 3
Номера
каналов
2
Рисунок 4.5 Таблица коммутации УК № 4
Пакет вызова по каналу связи 3 исходящего ТПС к УК 4 поступает из УК
№ 1 в УК 4. Для УК № 4 данный тракт и канал связи являются входящими. Пакет вызова обращается к таблице маршрутизации M4 ; выбирает строку под номером 3; определяет исходящий ТПС к УК № 3; выбирает подходящий канал
связи в данном тракте (допустим, что это канал под номером 1). Фиксирует
данные действия в таблице коммутации УК № 4 (Рисунок 4.5).
В УК № 3 определяется подходящий свободный канал связи к АП вызы-
вающего пользователя. Данная информация фиксируется в соответствующей
таблице коммутации УК № 3.
Таким образом, определен и сформирован маршрут между парой пользо-
вателей АП сети связи. Данная информация передается на первый подуровень
сетевого уровня модели ВОС. Фактически, это означает, что сеть связи выделила определенные ресурсы (каналы связи, ТПС) и готова для передачи сообщения (с требуемым качеством обслуживания) между пользователями.
На первом подуровне в соответствии с заполненными таблицами комму-
тации происходит простая передача сообщения между пользователями сети
связи. По окончании процедуры передачи сообщения информация в таблицах
коммутации стирается.
4.3 Устройства, реализующие функции маршрутизации
Основная задача маршрутизации поиск и организация маршрутов меж-
ду пользователями сети.
39
Применение того или иного метода маршрутизации определяется многими
Таблица 4.1
Наиме-
нование
устрой-
ства
Характеристика и функции
устройства
Пример схемы
включения
устройства
Номер
под
уровня
маршру-
тизации
Повторитель
Выполняет функции регене-
рации сигналов. Принимает
сигналы от пользователя
или из оконечного УК и по-
битно, синхронно передает
их другому повторителю
или пользователю. Тем самым, улучшая форму, мощность и синхронизацию сигналов и т.д..
П 1
П 2
Пользователи
П 1, П 2 повторители
1
параметрами, в том числе и структурой сети.
Для простых структур сети типа: общая шина; звезда; кольцевая; полно
связная функции маршрутизации могут быть сведены и к простым задачам:
простая передача сообщения между пользователями;
простая передача сообщения между подсетями сети;
объединение и разъединения трафика пользователей.
Для сложных, смешанных структур с большим количеством узлов и поль-
зователей (глобальные сети) функции маршрутизации могут быть решать дополнительные задачи:
защита сети от несанкционированного доступа;
ограничение входного трафика;
перераспределение трафика на сети (по каким либо параметрам);
состыковка различных протоколов обмена данными между отдельными
подсетями и т.д..
Таким образом, в зависимости от сложности структуры сети, вида входно-
го трафика и возложенных на маршрутизацию задач используют и различные
устройства, которые получили название: повторитель (Repeator); концентратор
(Concentrator); мост (Bridge); коммутатор (Switch); маршрутизатор (Router);
сервер (Server) маршрутов.
В литературе данное оборудование получило название структурообразу-
ющее или коммутационное.
В Таблице 4.1 сведены устройства, реализующие те или иные функции
маршрутизации либо отдельные ее фрагменты.
40
Продолжение Таблицы 4.1
Концен-
тратор
Выполняет все функции повторителя, который имеет несколь-
ко портов и объединяет трафик
нескольких пользователей или
УК. Таким образом, концентратор выполняет функции: повто-
рителя; мультиплексирования и
демультиплексирования трафика пользователей или УК; защиты сети от несанкционированного доступа.
К
К
К
К
К
К
Пользователи
К концентратор
1
Мост
Делит сеть на независимые подсети. Разрешает передачу сооб-
щения пользователей из одной
подсети в другую только в том
случае, если такая передача необходима. Тем самым, изолиру-
ет трафик одной подсети от
трафика другой с целью
уменьшения возможности не-
санкционированного доступа к
данным.
Мост обрабатывает пакеты последовательно.
ККК
К
М
Подсеть 1
Подсеть 2
К концентратор
М мост
1,2
Ком-
мута-
тор
Выполняет функции моста, ко-
торый обрабатывает пакеты в
параллельном режиме.
1,2
Мар-
шрути-
затор
Выполняет все функции маршрути-
зации: формирование ПРИ; выбор
исходящих ТПС.
Дополнительные функции: связывает
в единую сеть подсети, построенные
с использованием различных сетевых
технологий; выполняет буферизацию, фильтрацию передаваемых па-
кетов; осуществляет приоритетную
обработку трафика.
1,2
3
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]