2.2 Управление маршрутизацией и потоками данных

Одна из функций администратора системы – маршрутизация потоков информации включает в себя:

а) анализ состояния сетевых ресурсов;

б) планирование информационных потоков, загрузки каналов и узлов коммутации;

в) формирование таблиц маршрутизации по узлам коммутации;

г) выбор пропускной способности каналов связи.

По таблицам маршрутизации в узлах коммутации производится распределение пакетов информации. Управление потоками данных призвано исключить перегрузки и блокировки в сети.

2.3 Статическая и адаптивная маршрутизация

При обсуждении стратегий маршрутизации для сети ЭВМ следует учитывать различие между статической и адаптивной стратегиями. Это различие зависит от условий , для применения в которых проектируется страте­гия стратегия маршрутизации. Если топология сети изменяется достаточно редко, в частности не чаще одного раза в час, и входные потоки в пределах часа стацио­нарны (например, являются пуассоновскими процессами с постоянными средними ), то оптимальным маршрутным решением является статическая маршрутизация , опре­деляющая на квант времени значительной длины со­вокупность фиксированных путей между всеми парами узлов. Трафик между каждой парой источник-адресат может быть распределен одновременно по нескольким маршрутам во вполне определенных фиксированных во времени пропорциях. Таким образом , под статическим способом маршрутизации будем понимать такое управ­ление в сети ЭВМ, при котором интенсивность измене­ния маршрутизации в сети происходит не чаще одного раза в час.

Если топология сети и входные потоки имеют тен­денцию к колебанию чаще одного раза в час , то для минимизации задержек необходимо реализовать некото­рую адаптивную стратегию маршрутизации, позволяю­щую ежеминутно или даже чаще – ежесекундно – реагиро­вать на разнообразные изменения и приспосабливаться к ним.

Как при статической , так и при адаптивной мар­шрутизации возникает необходимость время от вре­мени проводить изменения таблиц маршрутизации. Од­нако периодичность такого изменения при статиче­ской маршрутизации составляет часы или сутки, при адаптивной - минуты или секунды. Значительный интер­вал времени между изменениями в системах со статиче­ской маршрутизацией позволяет широко использовать централизованные способы формирования таблиц маршрутизации в центрах управления сетью и их рас­сылкой по узлам сети ,в то время как при адаптивных способах целесообразно использовать распределенные способы их формирования.

В единой сети вычислительных машин (ЕСВМ) наиболее актуальна проблема маршрутизации для сети базовых центров обработки и коммутации пакетов (ЦОКП). Сеть ЭВМ региона или предприятия имеет, как правило, иерархическую структуру, в которой маршруты передачи данных между ЭВМ очевидны, и поэтому проблемы по формированию маршрутов не возникает.

Сеть базовых ЦОКП представляет собой сильно связанный граф, имеющий бо­лее 100 вершин. Так как каждый базовый ЦОКП замы­кает на себя тысячи ЭВМ региона, то нагрузка, которую создает регион через базовый ЦОКП на базовую сеть пе­редачи данных, носит стационарный характер со слабо меняющимся во времени средним значением. Резкое из­менение нагрузки связано только с праздниками или аварийными ситуациями в регионе или в стране. В те­чение суток нагрузка меняется планомерно в соответст­вии с общепринятыми периодами начала и окончания интенсивной трудовой деятельности. Темп изменения та­кой нагрузки изменяется в часах.

Изменение топологии сети передачи данных базовых ЦОКП, связанное с выходом из строя междугородных каналов связи и собственно базовых ЦОКП, - событие при наличии цифровых каналов и отказоустойчивых центров коммутации пакетов крайне редкое, происходя­щее в среднем по всей сети не чаще одного раза в сутки.

О необходимости применения статической мар­шрутизации в сети базовых ЦОКП говорит также тот факт, что пропускная способность выделенных каналов связи и коммутационного оборудования, как правило, выбирается исходя из среднесуточного коэффициента их нагрузки, равного 0,2-0,3. Это позволяет изменять интен­сивность потока в сети ЭВМ в широком диапазоне, не прибегая к изменению таблиц маршрутизации. Таким об­разом, в сети базовых ЦОКП, как и в ЕСВМ в целом, целесообразно использовать статический способ мар­шрутизации.

Для распределения требуемого потока, формирова­ния маршрутов передачи данных и таблиц маршрутизации будем исходить из следующих предпосылок.

Распределение потока и формирование таблиц мар­шрутизации производится в центре управления сетью для участка сети, который входит в зону подчинения данного ЦУС. Этот участок имеет не более 200 узлов и 400 кана­лов связи. Базовое распределение требуемого потока и выбор пропускных способностей каналов связи реализу­ются в расчете на среднюю нагрузку максимально нагру­женных суток планируемого периода, например года. При этом предполагается, что в максимально нагруженные су­тки средний коэффициент загрузки всех каналов связи в сети должен быть одинаковым и равным r=0.3. Предпола­гается , что в максимально нагруженный час этих суток коэффициент загрузки будет достигать r_max=0.8, а в ми­нимально загруженный час r_min=0.1. Предполагается также, что в средние по нагрузке сутки планируемого пе­риода будет иметь место r=0.2, r_max=0.7 и r_min=0.05.

Текущее плановое распределение потока и формиро­вание маршрутов передачи данных реализуется один раз в сутки на основании статистической информации о тре­буемых потоках и пропускной способности каналов связи в момент распределения. Внеплановое распределение по­тока и формирование таблиц маршрутизации реализуется при выключении (или включении) каналов связи и узлов коммутации из сети (в сеть) или при перегрузках отдель­ных участков сети , а также по команде инженера-дис­петчера сети.

Таблицы маршрутизации формируется в центре управления сетью административной системой и рассы­лаются по всем узлам подсети ЭВМ, которая находится в ведении данного ЦУС. Централизованный способ формирования таблиц маршрутизации обеспечивает высокую пропускную способность сети, так как выбор маршрутов основан на глобальной инфор­мации о состоянии топологии сети и интенсивности входных потоков.

Однако высокие требования данного алгоритма к бы­стродействию ЭВМ ограничивают возможность его при­менения в сетях ЭВМ, включающих до 50 узлов. Кроме того, данный алгоритм не позволяет учитывать требова­ние надежности и живучести сети ЭВМ, которое выра­жается в том, что в каждом узле сети ЭВМ, выполняю­щем функции центра коммутации пакетов, должны иметь место два направления передачи данных к любому адре­сату сети. Поэтому для распределения потока в сети целесообразно использовать алгоритм, который бы учи­тывал требования надежности и не предъявлял высокие требования к быстродействию ЭВМ.