Nets2010 (1131259), страница 40

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 40)

Предполагается, что в сети каждый пользователь имеет постоянное домашнее местоположение, которое никогда не меняется. Проблема маршрутизации в этих условиях заключается в том, чтобы посылать пакеты мобильному пользователю через его домашнее местоположение. При этом то, где находится сам пользователь, не имеет значения. Вся WAN на рисунке 5-17 разбивается на области. В каждой области есть агент визитеров, который знает о всех мобильных пользователях в своей области. В свою очередь, в каждой области есть домашний агент, который знает обо всех стационарных пользователях в своей области, которые в настоящий момент путешествуют.

Как только мобильный узел подключается к местной, локальной сети, он регистрируется у агента визитеров. Эта процедура примерно выглядит так:

1. Периодически агент визитеров рассылает по своей области пакет, где указано местоположение этого агента и его адрес. Если мобильный узел, подключившись к сети, долго не видит такого пакета, он рассылает свой пакет с просьбой агенту визитеров объявить свои координаты.

2. Мобильный узел регистрируется у агента визитеров, указывая свое текущее местоположение, домашнее местоположение и определенную информацию, связанную с безопасностью передаваемых данных.

3. Агент визитеров обращается через сеть к домашнему агенту домашнего местоположения визитера, указывая, что один из его пользователей сейчас находится в его области, передавая конфиденциальную информацию, которая должна убедить домашнего агента, что это действительно его пользователь пытается соединиться с ним.

4. Домашний агент изучает конфиденциальные данные, время связи. Если эти данные соответствуют той информации, что есть у домашнего агента об этом пользователе, он дает добро на связь.

5. Агент визитеров, получив подтверждение от домашнего агента, заносит данные о мобильном узле в свои таблицы и регистрирует его.

В идеале пользователь, покидая область визита, должен закрыть свою временную регистрацию. Однако, как правило, закончив сеанс связи, пользователь просто выключает свой компьютер и все. Поэтому, если по прошествии некоторого времени пользователь не объявился вновь, агент визитеров считает его покинувшим область.

Рассмотрим теперь, что происходит, когда кто-то посылает сообщения мобильному узлу (рисунок 5-18). Пакет поступает на адрес домашнего местоположения пользователя, где его перехватывает домашний агент. Домашний агент инкапсулирует этот пакет в свой пакет, который он отправляет по адресу агента визитеров той области, откуда последний раз был сеанс связи с пользователем. Одновременно с этим домашний агент посылает сообщение отправителю пакета, чтобы он все последующие пакеты мобильному узлу инкапсулировал в сообщениях, направляемых по адресу агента визитеров. Такой механизм инкапсулирования одних пакетов в другие называется туннелированием, и мы его подробно рассмотрим позднее.

Рисунок 5-18. Маршрутизация пакетов для мобильных пользователей

Маршрутизация при вещании.

В некоторых приложениях возникает потребность переслать одно и то же сообщение всем машинам. Например, прогноз погоды, биржевые сводки, новости и т.д. Такой режим передачи называется вещанием. Есть несколько способов реализации такого режима.

Первый способ: источник знает, кому надо послать, и генерирует столько сообщений, сколько получателей. Это одно из самых плохих решений. Оно не требует никаких специальных средств, однако весьма накладно. Тратится не только пропускная способность каналов, но и память – ведь где-то кому-то надо хранить весь лист рассылки.

Метод лавины – другое решение. Однако, как мы уже видели, он затратен для каналов «точка-точка». Он слишком сильно расходует пропускную способность.

Третий подход – маршрутизация множественной доставки. Здесь каждый пакет должен иметь либо лист рассылки, либо карту рассылки. Каждый маршрутизатор, получив такой пакет, отправляет и дублирует его в соответствии с картой рассылки.

Четвертый подход основан на использовании дерева захода, либо любого другого подходящего дерева связей. Дерево захода позволяет избежать циклов и ненужного дублирования пакетов. Каждый маршрутизатор дублирует пакет вдоль линий, соответствующих дереву захода, кроме той, по которой пакет пришел. В этом подходе очень рационально используется пропускная способность каналов, генерируется абсолютный минимум пакетов при рассылке. Однако каждый маршрутизатор где-то должен иметь дерево захода, соответствующее случаю.

Пятый подход основан на неявном использовании дерева связей. Когда пакет поступает, маршрутизатор проверяет: если он поступил по линии, которая используется для отправления пакетов источнику вещательного пакета, то вещательный пакет дублируется и рассылается по всем линиям, кроме той, по которой пакет пришел. Если нет, то он сбрасывается.

Этот метод называется пересылкой вдоль обратного пути. На рисунке 5-19 показан пример работы этого алгоритма. На рисунке 5-19 (a) показана топология транспортной среды. На рисунке 5-19 (b) показано дерево захода для вершины I, часть (c) показывает, как работает этот алгоритм. Сначала в вершине I было сгенерировано и разослано 4 пакета. Во всех четырех вершинах (F, H, J, N), куда поступили эти пакеты, они поступили с предпочтительного для I направления. Из восьми пакетов, сгенерированных на следующем этапе, дереву захода только пять поступили по предпочтительному для I направлению. На третьем этапе из шести сгенерированных пакетов только три поступили по предпочтительному направлению (G, D, N поступили дубликаты). После того, как пять этапов пройдены и сгенерированы 23 пакета, рассылка прекращается. Достоинством этого метода является простота и легкость в реализации.

Рисунок 5-19. Пересылка вдоль обратного пути (а) Подсеть; (b) Связующее дерево; (с) Дерево, построенное методом пересылки вдоль обратного пути

Маршрутизация при групповой передаче.

Этот вид передачи используют, когда надо обеспечить взаимодействие группы взаимосвязанных процессов, разбросанных по сети. Такие ситуации часто встречаются в распределенных базах данных. Если группа велика по сравнению с размерами сети, то можно воспользоваться методами вещания. Однако если ее размер мал относительно размера всей сети, то такой подход будет неэкономичен. Кроме того, если рассылаемая в группе информация конфиденциальная, то алгоритмы вещания не подходят. Этот вид маршрутизации называют групповой маршрутизацией.

Алгоритм групповой маршрутизации, как правило, основан на дереве связей. Каждый маршрутизатор в транспортной среде вычисляет дерево связей, охватывающее все другие маршрутизаторы. На рисунке 5-20 (а) приведен пример транспортной среды, состоящей из двух групп (их номера указаны у вершин). Некоторые вершины принадлежат как группе 1, так и группе 2. На рисунке 5-20 (b) показано дерево связей для самой левой вершины. Когда процесс посылает групповой пакет, первый же маршрутизатор обрезает свое дерево связей, убирая из него все связи, которые не ведут в вершины, не являющиеся членами группы. На рисунке 5-20 (с) показано сокращенное дерево связей для группы 1. На рисунке 5-20 (d) дано сокращенное дерево связей для группы 2.

Рисунок 5-20. Групповая маршрутизация

Для обрезания дерева связей используются разные алгоритмы. Наиболее простой основан на применении алгоритма маршрутизации на основе состоянии канала. В этом случае каждый маршрутизатор имеет полную конфигурацию транспортной среды. Сокращение дерева связей начинается от вершин – членов группы и разворачивается в сторону корня, удаляя все маршрутизаторы, которые не ведут к членам группы. Существуют и другие подходы.

54. Сетевой уровень: проблемы построения сетевого уровня (Сервис, внутренняя организация сетевого уровня). Алгоритмы управления перегрузками на сетевом уровне (Основные принципы управления перегрузками, методы предотвращения перегрузок: формирование трафика, спецификация потока, управление перегрузками в сетях с виртуальными каналами; методы устранения перегрузок: подавляющие пакеты, сброс трафика; управление перегрузками при вещании).

Когда в транспортной среде находится в одно и тоже время слишком много пакетов, ее производительность начинает падать. Когда число пакетов, отправляемых абонентскими машинами в сеть, пропорционально возможностям сети, то число посланных пакетов пропорционально числу доставленных пакетов. Однако если число пакетов, поступающих в сеть, становится слишком большим, они начинают пропадать. При перегрузке сети может случиться, что доставка пакетов практически прекратится.

Перегрузка может возникнуть в силу нескольких причин. Например, если сразу несколько потоков, поступающих по нескольким входным линиям, устремятся на одну и ту же выходную линию. Очередь на этой линии может расти бесконечно, и пакеты начнут посылаться повторно, так как они слишком долго будут находиться в очереди. Если буфер маршрутизатора переполнится, то пакеты начнут теряться. Увеличение памяти в этом случае вряд ли исправит положение. Пакеты долго будут находиться в памяти, и отправители начнут их дублировать.

Перегрузки могут случаться и из-за недостаточной скорости процессора. Если процессор будет не в состоянии справиться своевременно с рутинными задачами (размещения пакета в буфере, корректировка таблиц и т.п.), то даже при наличии линий с достаточной пропускной способностью очередь будет расти. Аналогичная картина может случиться при быстром процессоре, но медленном канале и наоборот. Таким образом, источник проблемы - несбалансированность производительности компонентов системы.

Перегрузки имеют тенденцию к самостоятельному росту и ухудшению ситуации. Если у маршрутизатора не хватает памяти буфера, то он начинает сбрасывать пакеты. Отправитель, не получая пакеты, начинает их повторять снова и снова, усугубляя положения получателя.

Надо различать управление перегрузками сети и управление потоком. Перегрузка - это глобальная проблема в сети. Управление перегрузками - это такая организация потоков в транспортной среде, при которой потоки соответствуют пропускной способности подсети и не превышают ее. Это глобальная проблема в сети, затрагивающая поведение всех хостов и всех маршрутизаторов.

Управление потоком возникает между парой взаимодействующих машин. Это локальная проблема, касающаяся двух взаимодействующих машин. Ее решение гарантирует, что быстрый отправитель сообщений не «завалит» нерасторопного получателя.

Основные принципы управления перегрузками.

В терминологии теории управления все методы управления перегрузками в сетях можно разбить на две большие группы: с открытым контуром управления и закрытым контуром управления. Методы с открытым контуром предполагают, что все продумано и предусмотрено заранее в конструкции системы, и если нагрузка находится в заданных пределах, то перегрузки не происходит. Если же нагрузка начинает превышать определенные пределы, то заранее известно, когда и где начнется сброс пакетов, в каких точках сети начнется перепланировка ресурсов, и т.п. Главное, что все эти меры будут приниматься вне зависимости от текущего состояния сети.

Решения, основанные на закрытом контуре, используют обратную связь. Эти решения включают три этапа:

• Наблюдение за системой для определения, где и когда началась перегрузка

• Передача данных туда, где будут предприняты надлежащие меры

• Перестройка функционирования системы для устранения проблемы

При наблюдении за системой используются разные метрики для определения перегрузки. Основными среди них являются:

• процент пакетов, сброшенных из-за нехватки памяти в буферах

• средняя длина очередей в системе

• число пакетов, для которых наступил time_out и для которых были сделаны повторные передачи

• средняя задержка пакета при доставке и среднее отклонение задержки при доставке пакета

Следующий шаг при использовании обратной связи - передать информацию о перегрузке туда, где что-то может быть сделано, чтобы исправить положение. Например, маршрутизатор, обнаруживший перегрузку, может направить сообщение о перегрузке всем источникам сообщений. Ясно, что это увеличит нагрузку в сети, причем именно в тот момент, когда это менее всего желательно. Однако есть и другие возможности. Например, в каждом пакете зарезервировать специальный бит перегрузки, и если какой-то маршрутизатор обнаружил перегрузку, то он устанавливает этот бит, тем самым сообщая другим о ней (вспомним структуру кадра во Frame Relay).

Другое решение напоминает прием, используемый некоторыми радиостанциями: направлять несколько автомашин по дорогам, чтобы обнаруживать пробки, а затем сообщать о них по радиоканалам, предупреждая другие машины, призывая их пользоваться объездными путями. По аналогии с этим решением в сети рассылаются специальные пробные пакеты, которые проверяют нагрузку, и если где-то обнаружена перегрузка, то о ней сообщается всем и происходит перенаправление пакетов так, чтобы обогнуть перегруженные участки.

Алгоритмы управления перегрузками подразделяются, как мы уже сказали, на решения с открытым и решения с закрытым контуром. Решения с открытым контуром, в свою очередь, делятся на две группы: воздействующие на источники и воздействующие на получателей. Решения с закрытым контуром - с явной обратной связью и неявной обратной связью. Явная обратная связь предполагает, что источнику посылается специальный пакет, который информирует его о перегрузке. Неявная обратная связь основана на том, что источник сам определяет факт перегрузки на основе своих локальных наблюдений за трафиком, например, по величине задержки на поступление уведомления о доставке пакета.

Появление перегрузки означает, что нагрузка превысила, возможно временно, ресурсы системы или некоторой ее части. Есть два выхода из этого положения: увеличить ресурсы и сократить нагрузку. Увеличить ресурсы чаще всего невозможно. Тогда остается только сокращение нагрузки. Для этого есть несколько способов: отказать некоторым пользователям в сервисе, ухудшить сервис всем или некоторым пользователям, заставить пользователей планировать свои потоки определенным образом.

Методы, предотвращающие перегрузки.

Рассмотрение методов, предотвращающих перегрузки, начнем с методов для систем с открытым контуром. Эти методы ориентированы на минимизацию перегрузок при первых признаках их проявлений, а не на борьбу с перегрузками, когда они уже случились.

Таблица 5-22. Факторы, влияющие на перегрузки

Уровень	Факторы
Транспортный	Повторная передача Порядок передачи бит Уведомления Управление потоком Значение timeout
Сетевой	Виртуальные каналы vs. дейтаграммы внутри подсети Очередность пакетов и сервисы Сброс пакета Алгоритм маршрутизации Управление временем жизни пакетов
Канальный	Повторная передача Порядок передачи бит Уведомления Управление потоком

Начнем с канального уровня. Вызвать перегрузку может повторная пересылка кадров. Если у источника сообщений часто возникает time_out и он начинает повторно передавать пакет, то тем самым он лишь усугубляет положение. Близко к этому фактору стоит нарушение порядка следования пакетов при передаче. Если получатель часто сбрасывает пакеты, поступившие не в надлежащем порядке от источника, то их повторная передача будет также усугублять перегрузку.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)