Маршрутизация пакетов данных

Пакеты поступают в сеть передачи данных, имея в своем заголовке адрес порта назначения. Узел связи должен по этому адресу определить маршрут передачи – выходную линию связи, в которую надо передать пакет. При передаче данных по виртуальному каналу маршрутизация выполняется единственный раз, когда устанавливается виртуальное соединение. При передаче данных в форме дейтаграмм маршрутизация выполняется для любого отдельного пакета.

Выбор маршрутов в узлах связи производится по алгоритму маршрутизации – правилу назначения выходной линии связи на основе данных, содержащихся в заголовке пакета, и данных, представляющих состояние узла связи и сети в целом. Эффективность алгоритма маршрутизации характеризуется следующими показателями:

• временем доставки пакетов

• нагрузкой, создаваемой на сеть пакетами данных

• затратами ресурсов в узлах связи

Алгоритмы маршрутизации имеют целью обеспечить непрерывное продвижение пакетов от источника к адресату с минимальным временем доставки и наиболее полным использованием пропускной способности сети.

Задача маршрутизации решается в условиях, когда топология сети изменяется в результате отказов линий и узлов связи. Пропускная способность зависит от уровня помех и параметров аппаратуры сети. Нагрузка на линии также меняется очень быстро.

Следовательно, чтобы решение было оптимальным, необходимо любому узлу предоставлять информацию о состоянии сети в целом (о топологии и пропускной способности можно сообщить, а о нагрузке информация приходит с опозданием). Поэтому во всех случаях алгоритмы маршрутизации работают в условиях неопределенности.

К лассификация алгоритмов маршрутизации.

простая фиксированная адаптивная

-случайная -однопутевая -локальная

-лавинная -многопутевая -распределенная

-централизованная

-гибридная

Простая - способ маршрутизации, не изменяющийся при изменении топологии и состояния сети.

• Случайная – передача пакета из узла в любом, случайным образом выбранном направлении, кроме направления, по которому пакет поступил в узел. Пакет с конечной вероятностью когда-либо достигнет адресата (не эффективно ни по времени, ни по пропускной способности).

• Лавинная – передача пакета во всех направлениях, кроме того, по которому поступил пакет. Хотя бы одно направление обеспечит доставку за минимальное время (резко падает пропускная способность сети).

Простая маршрутизация, не обеспечивая направленной передачи пакета от источника приемнику, имеет низкую эффективность. Основное ее достоинство – обеспечение устойчивой работы при выходе из строя различных частей сети.

Фиксированная – способ выбора направления передачи по таблице маршрутизации, устанавливающей направление передачи для любого узла назначения. Эти таблицы вводятся в узлы связи от управляющего центра сети. При отказе линий связи необходимо менять таблицы. Для этого по узлам сети рассылается управляющий пакет, содержащий сведения об отказе, реагируя на которые, узлы меняют таблицы.

• однопутевая – в таблицах один путь между двумя абонентами.

• многопутевая – возможно несколько путей.

Адаптивная – способ выбора направления передачи, учитывающий изменение состояния сети. Узлы принимают решение о выборе маршрута, реагируя наразного рода данные об изменении топологии и нагрузки. Адаптивная маршрутизация обеспечивает выбор маршрута, близкого к оптимальному, т.е. уменьшает время доставки и увеличивает пропускную способность. Это наиболее распространенный способ.

• локальная – основана на использовании информации, имеющейся в отдельном узле. Эта информация включает в себя:

-таблицу маршрутов, определяющую все напрвления передачи пакетов;

-данные о текущем состоянии выходных каналов;

-длину очередей пакетов, ожидающих передачи по выходным каналам

информация о состоянии других узлов не используется

• Распределенная – основана на использовании информации, полученной от соседних узлов сети.

• Централизованная – основана на использовании информации, получаемой от центра маршрутизации. При этом любой узел сети формирует сообщения о своем состоянии – длине очередей, работоспособности линий связи. Центр маршрутизации на основе этих сведений формирует таблицы и рассылает их по узлам. Временные задержки при передаче данных в центр, формировании таблиц и их рассылке снижают эффективность, кроме того, недостатком является потеряуправления сетью при отказе центра.

• Гибридная – основана на использовании таблиц, периодически рассылаемых центром, в сочетании с анализом длины очередей в узлах. Если таблица, сформированная для узла центром, определяет единственное направление передачи пакета, то пакет передается именно в этом направлении. Если несколько направлений, то узел сам выбирает в зависимости от очередей по алгоритму локальной маршрутизации. Этот способ компенсирует недостатки централизованного и локального способов.

Методы доступа

Наиболее известны и распространены три конкретные реализации методов доступа: Ethernet, Arcnet и Token Ring.

Ethernet

Этот метод был разработан фирмой Xerox в 1975 году и до сих пор наиболее популярен. Метод доступа Ethernet обеспечивает высокую скорость и высокую надежность передачи данных.

Для метода доступа Ethernet используется топология "общая шина", поэтому все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети, подключенными к "общей шине". Однако в целенаправленном, предназначенном для конкретной станции сообщении обязательно указан адрес станции назначения и адрес отправителя, поэтому принимает его только станция назначения, а остальные не обращают на него внимания.

Перед началом передачи станция определяет, свободен ли канал связи, и если свободен - начинает передачу. Однако возможна одновременная передача сообщений двумя и более станциями. В этом случае станции на короткое время задерживают передачу, а затем возобновляют. Практически быстродействие сети уменьшается только при одновременной работе 80 - 100 станций.

Arcnet

Метод доступа Arcnet принадлежит фирме Datapoint Corp. и тоже широко распространен: оборудование Arcnet заметно дешевле, чем оборудование Ethernet или Token Ring.

Arcnet применяется в локальных сетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает сообщение специального вида (так называемый маркер), которое передается от одного компьютера к другому последовательно. При передаче обычного информационного сообщения от одной станции к другой очередная станция дожидается маркера и дополняет его этим сообщением, а также адресами отправителя и назначения. Когда отправленный пакет достигает станции назначения, информационное сообщение отделяется от маркера и передается станции.

Token Ring

Этот метод доступа разработан фирмой IBM и предполагает топологию сети "кольцо".

Метод Token Ring во многом напоминает предыдущий метод Arcnet: он использует сообщение-маркер, передаваемое от одной станции к другой; однако здесь есть возможность разным рабочим станциям назначать различные приоритеты.

Аппаратные ресурсы сети - это дополнительное оборудование, которое можно подключать к сети и разделять между пользователями. Аппаратные ресурсы расширяют возможности сети.

Принтеры, сканеры, модемы и факс-модемы, CD-ROM - все это аппаратные ресурсы сети.