Разработка структурной схемы маршрутизатора

Метод быстрой коммутации пакетов, который используется в Ш-ЦСИО, относится к другому режиму работы сети - передача пакетов по виртуальному каналу. Понятие “виртуальный канал” (ВК) используется для описания однонаправленной передачи ячеек, имеющих общий идентификатор виртуального канала. Понятие “виртуальный путь” (ВП) используется для описания однонаправленной передачи ячеек, принадлежащих виртуальным каналам, имеющих общий идентификатор виртуального пути.

В этом случае, перед тем как начать передачу данных, абоненту- получателю направляется служебный пакет, прокладывающий виртуальное соединение [5]. При этом маршрут определяется по таблице маршрутизации, а фиксация маршрута осуществляется с помощью таблиц коммутации. В таблицу коммутации записывается информация вида: пакеты k-го виртуального соединения, пришедшие из i-го канала, следует направлять в j-й канал. Таким образом, в памяти управляющего компьютера существует виртуальное (условное) соединение. Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объём памяти понадобится для приёма. Если компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается согласие абоненту-отправителю (также в виде специального служебного пакета) на передачу сообщения. Получив подтверждение, абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами.

При быстрой коммутации пакетов ячейка, поступившая на вход коммутационной системы, характеризуется номером входного виртуального тракта и номером виртуального канала (поля ИВТ и ИВК в заголовке). БКП состоит в выполнении следующих действий:

принятие входящей ячейки;

чтение заголовка ячейки (определение ИВТ и ИВК);

изменение ИВТ и ИВК в заголовке за счёт обращения к таблице коммутации, информация в которую записана на этапе определения маршрута;

добавление к ячейке информации о маршрутировании в коммутационной системе, которая называется заголовок быстрого пакета; таким образом, получают пакет быстрой коммутации, который поступает на один из входов коммутационной системы;

заголовок быстрого пакета самомаршрутизирует пакет быстрой коммутации через коммутационную систему и, следовательно, быстрый пакет поступает на требуемый исходящий виртуальный тракт и исходящий виртуальный канал (согласно таблице коммутации);

в выходном контроллере заголовок быстрого пакета изымается и, таким образом, быстрый пакет обратно преобразуется в ячейку.

Коммутаторы пакетной сети имеют буферное запоминающее устройство для временного хранения пакетов, это связано с необходимостью разнесения во времени быстрых пакетов, одновременно поступивших на различные входы и требующих передачу на один и тот же выход.

Таким образом, при использовании БКП время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется быстрой последующей передачей всего потока пакетов. Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному каналу (в каждом узле их ждёт инструкция, которая обрабатывается управляющим компьютером) и в том же порядке попадают абоненту-получателю.

Схема адресации в широкополосных сетях с использованием технологии АТМ имеет ряд особенностей:

Схема адресации в АТМ не зависит от любых протоколов верхних уровней и принятых в них схем адресации. То есть не существует связи между адресом IP и адресом АТМ. Тем не менее, существует необходимость разрешения адресов IP в адреса АТМ и согласования работы протоколов верхних уровней в сети АТМ.

Формат адресов в частных сетях и сетях общего пользования различаются. Это позволяет телекоммуникационным компаниям гибко реализовывать внутреннюю адресацию и маршрутизацию.

Адресация АТМ иерархична.

Размер адреса выбран с большим запасом (20 байт).

В настоящее время используется четыре различных формата адресов. Три типа адресов для частных сетей: DCC AESA, ICD AESA и E.164 AESA. Для АТМ сетей общего пользования предоставляется выбор между форматом адреса Е.164(Е.164 и Е.164 AESA) и тремя типа адресов AESA представленными выше.

Адреса AESA представляются в шестнадцатеричной форме, длиной 20 байт. Адрес имеет иерархическую структуру и делится на два сегмента: IDP (Initial Domain Part) и DSP(Domain Specific Part),каждый из которых состоит из нескольких полей.

Сегмент IDP определяет тип адреса и тип уполномоченного, который отвечает за управление этим адресом. В этом сегменте есть два поля:

- AFI (Authority and Format Indicator)(1байт);

- IDI (Initial Domain Identifier)(2 байта);

Первое поле всегда имеет значение 39,а поле IDI содержит код идентифицирующий страну.

Сегмент DSP разделен на три поля:

-10-байтовое поле HO-DSP (High Order Domain Specific Part-идентификация адресного пространства, выделенного определенной подсети);

-6-байтное поле ESI (End System Identfier - идентификатор конечной системы);

-однобайтное поле SEL (Selector-селектор).

Формат адреса ICA AESA представлен на рисунке 2.2.

Формат адреса ICA AESA схож с форматом DCC, за исключением следующих моментов:

-поле AFI равно 47, а не 39;

-поле IDI содержит ICD (International Code Designation)- двухбайтовый идентификатор организации.

Формат адреса Е.164 существенно отличается от рассмотренных выше форматов.

Сегмент IDP в этом формате адреса разделяется на два поля: однобайтовое AEI и восьмибайтовое IDI. Первое содержит фиксированное значение 45, а второе-адрес формата Е.164. Значение поля AFI различно для разных форматов адресов (DCC AESA -39,ICD AESA-47, E.164 AESA-45).

Существование нескольких форматов адресов приводит к определенным трудностям при создании глобальных сетей. Существует две основных возможности: присвоение адресов и регистрация адресов. Адрес разделяется на префикс и пользовательскую часть. Можно присвоить один и тот же префикс нескольким портам коммутатора или назначить уникальный адрес каждому порту. При регистрации адресов необходимо учитывать три обстоятельства: подключаемое к сети АТМ оборудование должно поддерживать интерфейс ILMI для регистрации адресов; все подключаемое оборудование должно иметь уникальные пользовательскую часть адреса; такой метод хорошо работает при присвоении адресов оборудованию индивидуализации в Ш-ЦСИО.

3. Маршрутизация в Ш-ЦСИО

3.1 Маршрутизация Основные понятия

Для современного общества характерен быстрый рост объёма передаваемой информации. В связи с этим возникает проблема нахождения оптимального маршрута для передачи данных, то есть проблема маршрутизации. Управление процессами маршрутизации является важнейшей функцией сетевого уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС).

В общем случае, маршрут - это список узлов коммутации от узла-источника до узла-получателя. Маршрутизация - это набор процедур, позволяющих определить оптимальный маршрут по заданным параметрам на сети связи между парой узлов коммутации. Тогда можно сказать, что маршрутизатор - это устройство третьего уровня эталонной модели ЭМВОС, использующее одну и более метрик для определения оптимального маршрута передачи трафика на основе информации сетевого уровня [1].

В общем случае маршрутизация состоит из трёх этапов:

Формирование и коррекция плана распределения информации (ПРИ), то есть таблиц маршрутизации для каждого узла коммутации;

Формирование таблиц коммутации, обеспечивающих оптимальные для каждой службы маршруты доставки сообщений пользователей.

Передача информации пользователя.

Совокупность таблиц маршрутизации на сети называется планом распределения информации. Таблица маршрутизации представляет собой матрицу Мi, в которой число строк равно N-1, где N - число узлов коммутации сети (строка в матрице Мi для узла i не отводится), а число столбцов равно числу соседних с рассматриваемым узлом коммутации i узлов. Таблицы маршрутизации могут быть составлены по различным критериям: минимальное количество транзитных узлов, минимальная задержка при передаче пакетов, максимальная надёжность и так далее.

Все функции реализуются маршрутизатором с помощью специального программного обеспечения, обеспечивая пропускную способность около одного миллиона пакетов в секунду. Столь низкая пропускная способность возникает из-за задержек при обработке трафика.

Современные сети очень критичны ко всяким видам задержек и требуют применение новых маршрутизатиров с очень высокой производительностью. Одним из способов повышение производительности маршрутизаторов является использование высокоскоростных аппаратных маршрутизаторов. Одним из ограничений использования аппаратных маршрутизаторов является неполная поддержка протоколов сетевого уровня [3].

Функции маршрутизатора могут быть разбиты на три группы в соответствии с уровнями эталонной модели OSI: уровень интерфейсов, уровень сетевого протокола и уровень протокола маршрутизации [7]. Функциональная модель маршрутизатора приведена на рисунке 3.1. На нижнем уровне маршрутизатор, как и любое устройство, подключённое к сети, обеспечивает физический интерфейс со средой передачи, включая согласование уровней электрических сигналов, кодирование, оснащение определённым типом разъёма. В разных моделях маршрутизаторов часто предусматриваются различные наборы физических интерфейсов, представляющих собой комбинацию портов для подсоединения локальных и глобальных сетей.

Интерфейсы маршрутизатора выполняют полный набор функций физического и канального уровней по передаче кадра, включая получение доступа к среде (если это необходимо), формирование битовых сигналов, приём кадра, подсчёт его контрольной суммы и передачу поля данных кадра верхнему уровню, в случае, если контрольная сумма имеет корректное значение. Кадры, которые поступают на порты маршрутизатора, после обработки протоколами физического и канального уровней, освобождаются от заголовков канального уровня. Извлечённые из поля данных кадра пакеты пересылаются модулю сетевого протокола.

Сетевой протокол, в свою очередь, извлекает из пакета заголовок сетевого уровня и анализирует содержимое его полей. Прежде всего проверяется контрольная сумма, и если пакет пришёл повреждённым, то он отбрасывается. Выполняется проверка, не превысило ли время, которое провёл пакет в сети (время жизни пакета), допустимой величины. Если превысило - то пакет также отбрасывается. На этом этапе вносятся корректировки в содержимое полей, например, наращивается время жизни пакета, пересчитывается контрольная сумма.

На сетевом уровне также выполняется одна из важнейших функций маршрутизатора - фильтрация трафика. При использовании технологии ATM количество виртуальных каналов и виртуальных трактов огромно, что позволяет передачу сообщений сигнализации, пользователя и сообщений обмена информацией между маршрутизаторами производить по отдельно выделенным виртуальным каналам. Следовательно, в функции маршрутизатора входит просеивание входного потока ячеек (то есть выделение ячеек пользователя, сигнализации и управления).

К уровню сетевого протокола относится и другая функция маршрутизатора - определение маршрута пакета. Так как рассматривается сеть с технологией ATM, то прежде чем пакет будет передан через сеть устанавливается виртуальное соединение, смысл которого состоит в том, что маршрутизация пакетов между узлами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз - при создании виртуального соединения. В этом случае, протокол сетевого уровня по номеру сети, извлечённому из заголовка пакета, находит в таблице маршрутизации строку, содержащую сетевой адрес следующего маршрутизатора, и номер порта, на который нужно передать данный пакет, чтобы он двигался в правильном направлении. После создания виртуального соединения передача пакетов происходит на основании идентификаторов виртуальных путей и каналов, присвоенных каждому соединению на этапе создания. Кроме того, при создании виртуального соединения каждый маршрутизатор автоматически настраивает так называемые таблицы коммутации портов - эти таблицы описывают, на какой порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определённые значения идентификаторов. Таким образом, после прокладки виртуального соединения через сеть маршрутизаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакет на основании таблицы коммутации, создание которой выполняют протоколы сетевого уровня. Сетевые протоколы активно используют в своей работе таблицу маршрутизации, но ни её построением, ни поддержанием её содержимого не занимаются. Эти функции выполняют протоколы маршрутизации. На основании этих протоколов маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии сети, а затем анализируют полученные сведения.

3.2 Классификация методов маршрутизации

Спектр применяемых в настоящее время методов маршрутизации весьма широк. Степень сложности применяемых методов маршрутизации определяется размерами сети, характером входного потока, требованиям к вероятностно-временным характеристикам, передаваемой информации и функционирования сети. В сложных сетях почти всегда существуют несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у маршрутизаторов информации о текущей конфигурации сети, а также на основании указанного критерия выбора маршрута(рисунок 3.2).

По способу формирования плана распределения информации алгоритмы маршрутизации можно разделить на две большие группы: статические (неадаптивные) и динамические (адаптивные)[5].

В случае использования статических алгоритмов, выбор маршрутов осуществляется заранее и прописывается вручную в таблицу маршрутизации, где хранится информация о том, на какой интерфейс отправить пакет с соответствующей адресной информацией. Статических таблиц маршрутизации не меняются, если только администратор сети не изменит его. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружении, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста. Так как статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети, они, как правило, считаются непригодными для современных крупных, постоянно изменяющихся сетей. К статическим алгоритмам можно отнести логический метод формирования ПРИ, который будет подробнее рассмотрен позднее.

Динамические алгоритмы отличаются по способу получения информации (например, от соседних маршрутизаторов, от всех маршрутизаторов в сети), моменту изменения маршрутов (через регулярные интервалы, при изменении топологии) и используемой метрике (расстояние, число транзитных узлов). То есть таблица маршрутизации меняется автоматически при изменении топологии сети или трафика в ней.

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, маршрутизатор пересчитывает маршруты и рассылает новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения пронизывают сеть, стимулируя маршрутизатор заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять статические маршруты там, где это уместно[8].

Среди динамических методов можно выделить два основных:

- метод рельефов;

- игровой метод.

При использовании метода рельефов сеть рассматривается как граф, вершины которого соответствуют центрам коммутации, а ребра - магистралям сети между двумя центрами комутации (ЦК). Характеристики магистралей (длина, пропускная способность, надежность) и центров (производительность, надежность) при этом являются весами графа и могут быть использованы для выбора критерия оптимального пути передачи информации.

Одним из основных показателей оптимальности пути передачи, на базе которого строятся современные устройства управления, являются число ЦК на выбранном направлении. Оптимальным считается путь с наименьшим числом ЦК (или ребер).

Поиск кратчайшего пути по рельефу из любого центра состоит в отыскании в каждом промежуточном ЦК ветви с наименьшим номером.

В период между коррекциями рельефа в сети может существовать неправильный рельеф. Поэтому те сообщения, которые в это время будут передаваться, могут проходить не по кратчайшим путям. Выбирая необходимую частоту обновления рельефа, можно добиться в среднем достаточно высокой степени оптимизации плана распределения информации[6]. То есть каждый маршрутизатор изучает топологию сети путем обмена специальными пакетами (информацией о маршрутах) с ближайшими соседними маршрутизаторами. Фактически, каждый маршрутизатор узнает о топологии сети из представлений соседних маршрутизаторов.

Используя эту информацию, маршрутизатор строит новое описание топологии сети и передает ее соседям. При необходимости данный процесс повторяется многократно, в итоге формируется окончательная картина сети: все маршрутизаторы имеют одинаковые описания сетевой топологии. Таблица содержит информацию обо всех маршрутизаторах в сети. Этот алгоритм прост и, на первый взгляд, надежен. Одним из основных недостатков этого алгоритма является медленное распространение информации о недоступности той или иной линии или выходе того или иного маршрутизатора из строя.

Использование игрового метода предусматривает формирование ПРИ по вероятности установления соединения между заданной парой узлов. В случае успешного соединения по первому выбору исходящего тракта передачи сообщений величина вероятности выбора увеличивается, а весь вектор вероятностей - нормируется. Если же соединение по пути первого выбора не установлено, то предпочтительность выбора данного исходящего тракта передачи сообщений уменьшается, а вектор вероятности заново нормируется.

Метод рельефов относительно прост для разработки и реализации. А алгоритм с использованием игрового метода более сложен и может требовать большей вычислительной мощности маршрутизатора. Однако этот алгоритм лучше масштабируется и может поддерживать большее количество сетей.[5]

Отличаясь более быстрой сходимостью, игровой метод несколько меньше склонен к образованию петель маршрутизации, чем метод рельефов. С другой стороны, игровой метод характеризуются более сложными расчетами в сравнении с методом рельефов, требуя большей процессорной мощности и памяти. Вследствие этого, реализация и поддержка игрового метода может быть более дорогостоящей. Несмотря на их различия, оба типа алгоритмов хорошо функционируют при самых различных обстоятельствах.

Ниже рассмотрим различные способы выбора исходящих трактов передачи сообщений (ТПС).

Последовательный выбор исходящих ТПС состоит в том, что, в каждом узле коммутации (УК) начиная от узла источника (УИ), осуществляется выбор только одного исходящего ТПС в результате на сети будет формироваться только один маршрут, состоящий из последовательного наращивания коммутационных участков из УИ к узлу получателя (УП). В зависимости от характера распространения на сети процесса поиска маршрута выделяют три основных класса выбора исходящих ТПС:

градиентный;

диффузный;

градиентно - диффузный.

Градиентный метод состоит в том, что в каждом транзитном узле в процессе выбора исходящего ТПС участвуют не все исходящие тракты, а лишь наиболее предпочтительные. Если в одном из УК исходящие ТПС, участвующие в выборе не доступны раздельно, то данной заявки на формирование маршрута даётся отказ. В результате градиентного выбора маршрут будет формироваться вдоль геометрического направления.

Реализация градиентных алгоритмов выбора исходящих ТПС позволяет организовать кратчайший маршрут.

Выбор исходящего пути, при котором искомый маршрут может формироваться и в противоположную сторону, называется диффузным. То есть допускает возможность выбора любых из доступных исходящих ТПС. Данный метод обладает большой гибкостью при обходах повреждённых участков сети, однако средняя длина маршрута может быть больше, чем в градиентных способах.

Градиентно - диффузный метод является комбинацией первых двух методов. В свою очередь процедура выбора исходящего ТПС в каждом УК может быть детерминирована и вероятностна.

В первом случае выбор исходящего ТПС осуществляется по максимальному значению одного из элементов вектора. Во втором случае выбор исходящего ТПС производится в результате случайного розыгрыша, при этом исходящие ТПС имеющие большие значения получают большую вероятность выбора. Комбинированный способ содержит как вероятностную, так и детерминированную компоненту.

Параллельный выбор исходящих ТПС состоит в том, что поиск маршрута между УИ и УП по всем исходящим ТПС в определённой зоне сети связи. Если выбор ширины зоны, в которой осуществляется поиск маршрута, определяется однозначно, заранее выбранным критерием, то такой выбор будет называться детерминированным. Если же выбор ширины зоны поиска маршрута осуществляется в результате случайного выбора, то в данном случае выбор будет называться вероятностным. Примером параллельного выбора исходящего ТПС с детерминированным выбором ширины зоны поиска маршрута является алгоритм, получивший название волновой или лавинный. При поступлении заявки на организацию маршрута между парой узлов в УИ формируется поисковая посылка, которая пересылается инцидентным с ним узлам. В соседних УК эта процедура повторяется. Таким образом, поисковая посылка попадает во все узлы сети, причём через время, равное времени его передачи по кратчайшему маршруту. Основным недостатком волнового метода маршрутизации является дополнительная нагрузка, создаваемая при передачи поисковой посылки во все стороны, в том числе и в противоположном от УП.

В алгоритмах маршрутизации используется много различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один отдельный (гибридный) показатель[9]. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации:

1. Длина маршрута;

2. Надежность;

3. Задержка;

4. Ширина полосы пропускания;

5. Нагрузка;

6. Стоимость связи.

Длина маршрута является одним из общих показателем, которые используются в алгоритмах маршрутизации. То есть показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через маршрутизаторы.

Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые каналы сети могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности.

Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через объединенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого маршрутизатора на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет.

Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какого-либо канала. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.[8]

При разработке алгоритмов маршрутизации часто преследуют одну или несколько из перечисленных ниже целей:

1 Оптимальность;

2 Простота и низкие непроизводительные затраты;

3 Живучесть и стабильность;

4 Быстрая сходимость;

5 Гибкость.

Оптимальность, характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать наилучший маршрут. Оптимальный маршрут зависит от показателей, используемых при проведении расчета.

Алгоритмы маршрутизации разрабатываются как можно более простыми. Другими словами, алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности, с минимальными затратами и коэффициентом использования.

Алгоритмы маршрутизации должны обладать живучестью. Другими словами, они должны четко функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств, таких как отказы аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные реализации. Так как маршрутизаторы расположены в узловых точках сети, их отказ может вызвать значительные проблемы. Часто наилучшими алгоритмами маршрутизации оказываются те, которые выдержали испытание временем и доказали свою надежность в различных условиях работы сети.

Алгоритмы маршрутизации должны быстро сходиться. 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. Сообщения об обновлении маршрутизации пронизывают 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.

Алгоритмы маршрутизации должны быть также гибкими. Другими словами, алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, предположим, что сегмент сети отвергнут. Многие алгоритмы маршрутизации, после того как они узнают об этой проблеме, быстро выбирают следующий наилучший путь для всех маршрутов, которые обычно используют этот сегмент. Алгоритмы маршрутизации могут быть реализованы таким образом, чтобы они могли адаптироваться к изменениям полосы пропускания сети, размеров очереди к маршрутизатору, величины задержки сети и других переменных.

По области применения маршрутизаторы делятся на несколько классов:

Магистральные маршрутизаторы. Предназначены для построения центральной сети. Это мощные устройства способные обрабатывать миллионы пакетов с секунду и имеющих большое количество интерфейсов локальной и глобальной сети. Большое внимание в этих моделях уделяется надёжности и отказоустойчивости маршрутизатора, которое достигается за счёт системы терморегуляции, избыточных источников питания, а также симметричного мультиплексирования. Примерами магистральных маршрутизаторов служат маршрутизаторы Backbone Concentrator Node, Cisco 7500, Cisco 12000[3].

Маршрутизаторы региональных отделений - соединяют региональные отделения между собой и с центральной сетью. Такой маршрутизатор представляет собой версию упрощённого магистрального маршрутизатора. Поддерживает интерфейс локальных и глобальных сетей мене скоростных. Примерами маршрутизаторов региональных отделений служат маршрутизаторы BLN, ASN, Cisco 3600, Cisco 2500[3].

Маршрутизаторы удалённого офиса могут поддерживать работу по коммутируемой телефонной линии в качестве резервной связи для выделенного канала. Примерами маршрутизаторов удалённых офисов, являбтся наиболее типичные представители - Nautika, Cisco 1600, Office Connect, Pipeline[7].

Маршрутизаторы локальных сетей предназначены для разделения крупных локальных сетей на подсети. Основные требования предъявляемые к ним: высокая скорость машрутизации, так как в такой конфигурации отсутствуют низкоскоростные поры, такие как модельные или цифровые порты.

Кроме того, сетевые устройства типа моста/маршрутизатора работают в нормальном режиме как многопротокольные маршрутизаторы, а при получении пакета с неизвестным сетевым протоколом обрабатывают его как мост. Они работают как мосты, но при этом поддерживают некоторые функции третьего уровня для оптимизации передачи данных.

4. Логический метод маршрутизации

Логический метод маршрутизации относится к статическим алгоритмам. Распределение статических таблиц маршрутизации устанавливается администратором заранее и прописывается вручную. В таблицах хранится информация о том, на какой интерфейс отправить пакет с соответствующей адресной информацией. Информация в таблицах не меняется, если только администратор сети не изменит её.

Логический метод маршрутизации на сети связи состоит в процедуре, выполняемой в каждом транзитном узле коммутации, начиная от узла источника, позволяющее определить исходящий тракт передачи сообщений, максимально близкий к геометрическому направлению. Сеть связи вкладывается в прямоугольную систему координат (рисунок 4.1), в соответствии с которой, каждому узу сети присваивается собственный адрес (X,Y).То есть каждом узлу на сети помимо своего адреса в общей системе адресации присваивается адрес в данной системе координат. Поэтому в оперативной памяти узла необходимо держать таблицы соответствий для данных видов адресации. Таблица содержит информацию обо всех маршрутизаторах в сети. Таблица состоит из трех частей: собственного адреса, адреса смежных узлов и адресов удаленных узлов.

В каждом транзитном узле УК(Xi,Yj), начиная с узла источника, производится анализ адреса узла получателя в сопоставлении его с собственным. В результате вычисляется геометрическое направление из данного узла на УП.

Данные вычисления можно провести заблаговременно и держать в оперативной памяти узла.

Логический метод относится к алгоритмам, которые определяют оптимальный путь доставки информации, основываясь на данных о расстоянии между узлами, а не о пропускной способности сети на данном участке, то соответственно он не может учитывать возможности по ранее забракованным участкам сети из-за загруженности или неисправности [12].

Алгоритм прост для разработки и хорошо работает в окружения, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста.

5. Структурная схема маршрутизатора, реализующего логический метод формирования

Рассмотрим процесс нахождения оптимального пути на магистральной сети между узлом получателя и отправителем при условии:

число узлов на сети около ста;

структура сети не иерархичная;

алгоритм нахождения оптимального пути - логический;

В i-м ТПС передается служебная и пользовательская информация.

В фильтре происходит выделение различной служебной информации такой как посылка отказа; посылка на установление соединения; посылка отбоя. В каждом маршрутизаторе содержится таблица соответствия между адресом маршрутизатора на сети и адресом маршрутизатора в единой системе координат. Логический метод маршрутизации относится к статическому, поэтому данные в таблицу заносятся администратором сети. Данный метод маршрутизации не учитывает состояние каналов связи между узлами на сети, а при нахождение маршрута учитывает оптимальное расстояние между узлами. Таблицу соответствия можно разбить на три части. В первой части содержится информация о адресе данного маршрутизатора в обеих системах адресации, адрес в координатной сетке обозначим как (,). Значение адрес смежных с данным узлом маршрутизатором - (). Адреса удаленных узлов в координатной сетке - (). Производится анализ искомого адреса () с собственным адресом маршрутизатора (,), В случае если =,, то запрашиваемый адрес находится в пределах сети данного маршрутизатора. В случае если ,, то производится дальнейший анализ =, анализируется, - не является ли искомый узел смежным с данным маршрутизатором. Если данное условие не выполняется, то есть = , то искомый узел является удаленным, поэтому необходимо найти исходящий тракт максимально близкий к геометрическому направлению:

;

далее определяем к смежным узлам:

,

при этом необходимо учитывать:

если и , то ;

если и , то ;

если и , то ;

В схеме сравнения производится анализ и , то есть определяется наименьший угол отклонения от исходного :

,

Определив наименьший угол отклонения, определяется исходящий тракт, для дальнейшего следования. Далее проверяется ИПТС на доступность, если он не доступен, то производим процедуру по анализу следующего ИПТС, который имеет наименьший угол отклонения от исходного угла; если при анализе всех ИТПС не было обнаружено свободного тракта, то формируется посылка на отказ в соединении. Эта информация заносится в таблицу коммутации. В случае если определен исходящий тракт информация об этом поступает не только в таблицу коммутации, но и производится проверка на узел получения: то есть если дальнейший узел является оконечным то в его направлении формируется посылка на установление соединения.; если следующий узел является транзитным, то в его направлении формируется соответствующая посылка на установление соединения.

Ячейки пользовательской информации поступают в контроллер, где происходит обращение к таблице коммутации, для получении информации для прохождения по коммутационной матрице.

Формируется быстрый пакет, то есть к ячейки присоединяется новый заголовок, содержащий номера виртуальных каналов для прохождения по коммутационной системе (КС). После прохождения по коммутационной системе происходит удаление заголовка, и ячейки в дальнейшем передаются по соответствующему тракту. Структурная схема маршрутизатора приведена на рисунке 5.1.

6. Анализ маршрутизации Ш-ЦСИО

Спектр методов маршрутизации, которые можно применить на сетях связи, весьма широк: от простейших, фиксированных процедур, до весьма сложных. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Выбор того или иного метода маршрутизации значительно влияет, на финансовые вложения в сеть связи, эффективность использования ресурсов сети и качества обслуживания пользователя. Проведение экспериментальных исследований по функционированию методов маршрутизации непосредственно на действующих сетях связи связано с существенными техническими, организационными и финансовыми трудностями. Одним из путей решения данной проблемы является разработка математической модели, с помощью которой можно получить количественные оценки функционирования сети связи с тем или иным методом маршрутизации.

Задача, которая ставится в данной главе - это описание математической модели и методики анализа логического методов маршрутизации на Ш-ЦСИО.

Ш-ЦСИО имеет свои особенности:

Применение технологии виртуальных каналов - АТМ.

Использование в коммутаторах виртуальных каналов метода БПК.

Обслуживание неоднородного трафика, что связано с предоставлением пользователю различных видов сервиса.

Обеспечение требуемого качества обслуживания для различных видов сервиса.

Критерием анализа исследуемого метода маршрутизации примем качество обслуживания пользователей сети (вероятность потери сообщений, либо части сообщения; время задержки при передаче сообщения) при различных параметрах входного трафика. Считается, что структура сети, скорости передачи [Бит/сек] в ВТ и входящие потоки данных от пользователя определены заранее.

6.2 Математическая модель Ш-ЦСИО и методика анализа маршрутизации

Схематичное описание математической модели Ш-ЦСИО и методика анализа маршрутизации состоит из следующих этапов:

Описание исходных данных и определение ограничений математической модели.

Выбор критериев анализа маршрутизации на сети.

Описание потоковой модели, учитывающей метод маршрутизации на сети и виды сервиса Ш-ЦСИО.

Выбор системы массового обслуживания (СМО), описывающей процессы обработки потока ячеек АТМ от различных видов сервиса виртуальных трактов Ш-ЦСИО.

Определение вероятностно временных характеристик (ВВХ) функционирования Ш-ЦСИО.

Поэтапно рассмотрим математическую модель Ш-ЦСИО и методику анализа методов маршрутизации.

6.3 Описание исходных данных и определение ограничений математической модели

1. G(As,Ls) с множеством вершин (коммутаторы ВК) ; и множество рёбер (ТПС) ; соединяющих и вершины. ТПС ; характеризуется множеством виртуальных трактов

;

и скоростей передачи данных [Бит/сек]

; ; .

Структура сети связи вложена в прямоугольную систему координат, то есть каждая вершина имеет координаты Xi,Yj.

2. Абонентские пункты (АП) в модели отсутствует. Входные и выходные потоки данных приписываются ИКМВК и ВКМВК, которые непосредственно связаны с абонентскими пунктами. Данное ограничение модели не является принципиальным и при необходимости может быть снято.

3. Множество , определяет средние скорости поступления данных r-го вида сервиса в Ш-ЦСИО.

Страницы: 1, 2, 3