Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Сравнение виртуальных каналов н дейтаграмм Виртуальные каналы Проблема Установка канала Адресация Дейтаграммы Требуется Каждый пакет содержит короткий номер виртуального канала Информация о состоянии Маршрутизация Эффект ат выхода нэ строю маршрутизатора Никакого, кроме потерянных пакетов Борьба с перегрузкой Трудно реализовать Оба подхода к созданию подсетей в ряде вопросов находят некие компромиссы.
Во-первых, существует компромисс между внутренней памятью маршрутизатора и пропускной способностью. Виртуальные каналы позволяют экономить на адресах получателя, указывая вместо них короткие номера виртуальных каналов. Если размер кадра мал, полный адрес получателя может составлять довольно существенную часть всего кадра, сильно снижая полезную пропускную способность сети.
Однако для хранения в маршрутизаторе больших таблиц с адресами может потребоваться много памяти. Не требуется Каждый пакет содержит полный адрес отправителя н получателя Подсеть не содержит информации а состоянии Маршрут каждого пакета выбирается независимо Каждый виртуальный канал требует места а таблице подсети Маршрут выбирается прн установке виртуального канала. Каждый пакет следует па этому маршруту Все виртуальные каналы, проходившие через отказавший маршрутизатор, прекращают существование Легка реализуется при наличии достаточного количества буферае для каждого виртуального канала 406 Глава 5.
Сетевой уровень Второй компромисс — между временем установки соединения и временем обработки адреса. Виртуальный канал требует определенных затрат времени на его установку, однако последующая обработка пакетов для маршрутизатора оказывается проще и быстрее, чем в дейтаграммной подсети. Виртуальные каналы обладают некоторыми преимушествами, помогающими им предоставлять гарантированное качество обслуживания и избегать заторов в подсети, так как ресурсы могут быть зарезервированы заранее, во время установки соединения.
Когда начинают прибывать пакеты, необходимая пропускная способность и мощность маршрутизатора будут предоставлены. В дейтаграммной подсети предотвращение заторов реализовать значительно сложнее. В системах обработки транзакций (например, при запросе магазина на верификацию кредитной карты) накладные расходы на установку соединения и удаление виртуального канала могут сильно снизить потребительские свойства сети. Если объем информации, передаваемой во время одного соединения, невелик, то использование виртуального канала не имеет смысла. Однако в данной ситуации могут оказаться полезными постоянные виртуальные каналы, установленные вручную и не разрываемые месяцами и даже годами.
Недостатком виртуальных каналов является их уязвимость в случае выхода из строя или временного выключения маршрутизатора. Даже если он будет быстро починен и снова включен, все виртуальные каналы, проходившие через него, будут прерваны. Если же в дейтаграммной подсети маршрутизатор выйдет из строя, то будут потеряны только те пакеты, которые находились в данный момент на маршрутизаторе (а возможно, лишь некоторые из них, в зависимости от того, были они подтверждены нли нет). Обрыв линии связи для виртуальных каналов является фатальным, а в дейтаграммной системе может оказаться почти незамеченным.
Кроме того, дейтаграммная система позволяет соблюдать баланс между загрузкой маршрутизаторов и линий связи. Алгоритмы маршрутизации Основная функция сетевого уровня заключается в выборе маршрута для пакетов от начальной до конечной точки. В большинстве сетей пакетам приходится проходить через несколько маршрутизаторов.
Единственным исключением являются широковещательные сети, но даже в них маршрутизация является важным вопросом, если отправитель и получатель находятся в разных сетях. Алгоритмы выбора маршрутов и используемые ими структуры данных являются главной целью при проектировании сетевого уровня. Алгоритм маршрутизации реализуется той частью программного обеспечения сетевого уровня, которая отвечает за выбор выходной линии для отправки пришедшего пакета.
Если подсеть использует дейтаграммную службу, выбор маршРУта для каждого пакета должен производиться заново, так как оптимальный маршрут мог измениться. Если подсеть использует виртуальные каналы, маршрут выбирается только при создании нового виртуального канала. После этого все информационные пакеты следуют по выбранному маршруту. Последний Алгоритмы маршрутизации 407 случай иногда называют сеансовой маршрутизацией, так как маршрут остается в силе на протяжении всего сеанса связи с пользователем (например, сеанса регистрации на терминале или передачи файла). Полезно понимать разницу между маршрутизацией, при которой системе приходится делать выбор определенного маршрута следования, и пересылкой— действием, происходящим при получении пакета.
Можно представить себе маршрутизатор как устройство, в котором функционируют два процесса. Один из них обрабатывает приходящие пакеты и выбирает для нпх по таблице маршрутизации исходяшую линию. Такой процесс называется пересылкой. Второй процесс отвечает за заполнение и обновление таблиц маршрутизации. Именно здесь в игру вступает алгоритм маршрутизации, Вне зависимости от того, отдельно ли выбираются маршруты для каждого пакета или же только один раз для соединения, желательно, чтобы алгоритм выбора маршрута обладал определенными свойствами — корректностью, простотой, надежностью, устойчивостью, справедливостью и оптимальностью.
Правильность и простота вряд ли требуют комментариев, а вот потребность в надежности не столь очевидна с первого взгляда. Во время работы большой сети постоянно происходят какие-то отказы аппаратуры и изменения топологии. Алгоритм маршрутизации должен уметь справляться с изменениями топологии и графика без необходимости прекращения всех задач на всех хостах и перезагрузки сети при каждой поломке маршрутизатора Алгоритм маршрутизации должен также обладать устойчивостью. Сушествуют алгоритмы выбора маршрута, никогда не приходящие в состояние равновесия, независимо от того, как долго они работают.
Такие цели, как справедливость и оптимальность, могут показаться очевидными — вряд ли кто-нибудь станет возражать против них, — однако они зачастую оказываются взаимоисключающими. Для примера рассмотрим ситуацию, показанную на рис. 5А. Предположим, что график между станциями А и А ', В и В', а также С и С' настолько интенсивный, что горизонтальные линии связи оказываются полностью насыщенными. Чтобы максимизировать общий поток данных, трафик между станциями Х и Х' следовало бы совсем отключить. Однако станции Х и Х; скорее всего, имеют другую точку зрения по данному вопросу. Очевидно, необходим компромисс между справедливым выделением графика всем станциям и оптимальным использованием канала в глобальном смысле.
В' Рис. 5.4. Конфликт справедливости и оптимальности 408 Глава 5. Сетевой уровень Прежде чем пытаться искать приемлемое соотношение справедливости и оптимальности, следует решить, что именно мы будем стремиться оптимизировать, Можно попробовать минимизировать среднее время задержки или увеличить общую пропускную способность сети. Однако эти цели также противоречат друг другу, поскольку работа любой системы с очередями вблизи максимума производительности предполагает долгое стояние в очередях. В качестве компромисса многие сети стараются минимизировать количество пересылок для каждого пакета, поскольку при этом снижается время прохождения пакета по сети, а также снижается нагрузка на сеть, в результате чего улучшается пропускная способность. Алгоритмы выбора маршрута можно разбить на два основных класса: адаптивные и неадаптивные.
Неадаптивные алгоритмы не учитывают при выборе маршрута топологию и текущее состояние сети и не измеряют трафик на линиях. Вместо этого выбор маршрута для каждой пары станций производится заранее, в автономном режиме, и список маршрутов загружается в маршрутизаторы во время загрузки сети. Такая процедура иногда называется статической маршрутиаацией. Адаптивные алгоритмы, напротив, изменяют решение о выборе маршрутов при изменении топологии и также часто в зависимости от загруженности линий. Адаптивные алгоритмы отличаются источниками получения информации (такие источники могут быть, например, локальными, если это соседние маршрутизаторы, либо глобальными, если это вообще все маршрутизаторы сети), моментами изменения маршрутов (например, через определенные равные интервалы времени, при изменении нагрузки или при изменении топологии) и данными, использующимися для оптимизации (расстояние, количество транзитных участков или ожидаемое время пересылки).
В следующих разделах мы обсудим различные алгоритмы маршрутизации, как статические, так и динамические. Принцип оптимальности маршрута Прежде чем перейти к рассмотрению отдельных алгоритмов, возможно, следует привести некие общие положения, описывающие оптимальные маршруты, вне зависимости от топологии или трафика. Такой основополагающей идеей является принцип оптимальности. В соответствии с этим принципом, если маршрутизатор В располагается на оптимальном маршруте от маршрутизатора А к маршрутизатору С, то оптимальный маршрут от маршрутизатора В к маршрутизатору С совпалет с частью первого маршрута.
Чтобы убедиться в этом, обозначим часть маршрута от маршрутизатора А к маршрутизатору В как гн а остальную часть маршрута — г . Если бы существовал более оптимальный маршрут от маршрутизатора В к маршрутизатору С, чем г, то его можно было объединить с г„чтобы УлУчшить маршрут от маршрутизатора А к маршрутизатору С, что противоречит первоначальному утверждению о том, что маршрут г,г2 является оптимальным, Прямым следствием принципа оптимальности является возможность рассмотрения множества оптимальных маршрутов от всех источников к приемникам в виде дерева. Такое дерево называется входным деревом. Оно изображено Алгоритмы маршрутизации 409 на рис.
5.5. Расстояния измеряются количеством транзитных участков. Обратите внимание на то, что входное дерево не обязательно является уникальным. У одной сети могут существовать несколько входных деревьев с одинаковыми длинами путей. Дель всех алгоритмов выбора маршрутов заключается в вычислении и использовании входных деревьев для всех маршрутизаторов, м о м Рис. Вв. Подсеть (в); входное дерево длв маршрутизатора В ~б) Поскольку входное дерево действительно является деревом, оно не содержит петель, поэтому каждый пакет будет доставлен за конечное и ограниченное число пересылок. На практике все зто не так просто. Линии связи и маршрутизаторы могут выходить из строя и снова появляться в сети во время выполнения операции, поэтому у разных маршрутизаторов могут оказаться различные представления о текущей топологии сети.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
