Алгоритмы маршрутизации

Алгоритмы маршрутизации должны удовлетворять следующим требованиям:

• Оптимальность алгоритма. Она характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать «наилучший» маршрут. Наилучший маршрут зависит от показателей и от «веса» этих показателей, используемых при проведении расчета.

• Низкие непроизводительные затраты. Алгоритмы маршрутизации должны быть как можно более простыми. Т.е. алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности с минимальными затратами программного обеспечения.

• Стабильность работы. Алгоритмы маршрутизации должны обладать устойчивостью в работе. Т.е. они должны четко функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств, таких как отказ аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные реализации, поскольку маршрутизаторы расположены в узловых точках сети, и их отказ может вызвать значительные проблемы в работе сети в целом.

• Быстрая сходимость алгоритма. Сходимость – это процесс соглашения между всеми маршрутизаторами по оптимальным маршрутам. Когда какое-нибудь событие в сети приводит к тому, что маршруты или отвергаются, или становятся доступными, маршрутизаторы рассылают сообщения об обновлении маршрутизации. Данные сообщения распространяются по сети, стимулируя пересчет оптимальных маршрутов и, в конечном итоге, вынуждая все маршрутизаторы придти к соглашению по этим маршрутам. Алгоритмы маршрутизации, которые сходятся медленно, могут привести к образованию петель маршрутизации или выходам из строя сети.

• Гибкость алгоритма. Алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, к выходу из строя сегмента сети, изменению полосы пропускания сети, размеров очереди к маршрутизатору, величины задержки пакетов в сети и др. переменных данных.

Все алгоритмы маршрутизации классифицируются по следующим признакам:

Одношаговые и многошаговые (алгоритмы с маршрутизацией от источника – Source Routing). В системах маршрутизации от источника маршрутизаторы функционируют просто как устройства хранения и пересылки пакета, отсылая его к следующему маршрутизатору, предполагая, что отправитель рассчитывает и определяет весь маршрут сам. Одношаговые алгоритмы предполагают, что хост отправителя ничего не знает о маршрутах. При использовании такого рода алгоритмов, маршрутизаторы определяют маршрут через сеть, базируясь на своей собственной информации.

Одношаговые алгоритмы в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации делятся на три класса:

• Алгоритмы фиксированной (статической) маршрутизации.

Статические алгоритмы представляют собой свод правил работы со статическими таблицами маршрутизации, которые настраиваются администратором сети до начала маршрутизации. Они не меняются, если только администратор сети не изменит их. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружении, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети проста, поскольку статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети.

• Алгоритмы простой маршрутизации.

В данных алгоритмах таблица маршрутизации либо не используется, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Выделяют три типа простой маршрутизации:

• случайная маршрутизация, когда прибывший пакет посылается в первом попавшем случайном направлении, кроме исходного;

• лавинная маршрутизация, когда пакет широковещательно посылается по всем возможным направлениям, кроме исходного;

• маршрутизация по предыдущему опыту, когда выбор маршрута осуществляется по таблице, но таблица строится по принципу моста путем анализа адресных полей пакетов, появляющихся на входных портах.

• Алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации.

Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, то программы маршрутизации пересчитывают маршруты и рассылают новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения распространяются по сети, заставляя маршрутизаторы заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять, где это уместно, статические маршруты. Данные алгоритмы делятся на две группы:

• дистанционно-векторные (Distance Vector Algorithm, DVA);

• алгоритмы состояния связей (Link State Algorithm, LSA);

Алгоритмы состояния связей направляют потоки маршрутной информации во все узлы сети. Однако каждый маршрутизатор посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных связей. «Широковещательная» рассылка (передача пакета всем непосредственным соседям маршрутизатора) используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит не так часто. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети. Распространяемая по сети информация состоит из описания связей различных типов: маршрутизатор – маршрутизатор, маршрутизатор – сеть.

Дистанционно-векторные требуют от каждого маршрутизатора периодической и «широковещательной» посылки всей или части своей маршрутной таблицы в виде вектора, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число hop-ов (переходов) с учетом или без времени прохождения пакета по сети между узлами. При получении вектора от соседа маршрутизатор наращивает расстояния до указанных в векторе сетей на расстояние до данного соседа. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. По сути, алгоритмы состояния связей направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как дистанционно-векторные алгоритмы отсылают более крупные корректировки, но только в соседние маршрутизаторы.

Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния связей меньше склонны к образованию петель маршрутизации. С другой стороны, алгоритмы состояния связей характеризуются более сложными расчетами в сравнении с дистанционно-векторными алгоритмами.

• Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы. Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Многомаршрутные алгоритмы могут обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность.

• Одноуровневые или иерархические алгоритмы. Отличаются друг от друга по уровню взаимодействия друг с другом. В одноуровневой системе маршрутизации все маршрутизаторы равны по отношению друг к другу. В иерархической системе пакеты из не базовых маршрутизаторов перемещаются к базовым, которые составляют основу маршрутизации, и маршрутизируются через них до тех пор, пока не достигнут общей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового маршрутизатора через один или несколько не базовых маршрутизаторов до конечного пункта назначения.