- •А.В.Тимофеев, а.В.Сырцев Модели и методы маршрутизации потоков данных в телекоммуникационных системах с изменяющейся динамикой
- •Содержание
- •1. Эволюция глобальных ткс и принципов управления потоками данных
- •1.1. Рост объема и изменение структуры трафика в глобальных ткс
- •1.2. Современные тенденции развития глобальных ткс
- •1.3. Pазвитие ip-технологий маршрутизации и передачи потоков данных
- •1.4. Архитектура глобальных ткс и роль сетевой системы управления
- •1.5. Принципы построения адаптивных и интеллектуальных систем сетевого управления
- •1.6. Анализ ткс как информационного объекта управления
- •1.6.1. Графовые модели ткс
- •1.6.2. Матричные модели ткс и их взаимосвязь
- •1.6.3. Критерии коммуникабельности ткс
- •2. Методы статической маршрутизации потоков данных в мульти-агентных ткс
- •2.1. Задачи маршрутизации потоков данных и их роль в сетевом управлении ткс
- •2.2. Постановка задачи оптимальной статической маршрутизации
- •2.3. Модели и алгоритмы статической маршрутизации
- •2.3.1. Дерево кратчайших маршрутов для ткс с односторонними связями
- •2.3.2. Каталог узлов и оптимальных маршрутов для статических ткс
- •2.3.3. Метод статической лавинной маршрутизации
- •2.3.4. Методы вероятностной маршрутизации
- •2.3.5. Метод оптимальной маршрутизации, основанный на построении остова минимальной стоимости графовой модели ткс
- •2.4. Групповая маршрутизация в статических ткс
- •2.6. Оптимальная статическая маршрутизация в глобальных мульти-агентных ткс
- •3. Методы и средства динамической маршрутизации в глобальных ткс
- •3.1. Постановка задачи динамической маршрутизации
- •3.2. Основные алгоритмы динамической маршрутизации
- •3.2.1. Алгоритм Беллмана-Форда и его модификации
- •3.2.2. Алгоритм Дейкстры
- •3.3. Критерии существования оптимальных маршрутов передачи данных в динамических ткс на основе простых карт и таблиц маршрутизации
- •3.3.1. Критерий маршрутизируемости
- •3.3.2. Оптимальные таблицы и карты маршрутизации и вычисление оптимальных маршрутов
- •3.5. Много-адресная маршрутизация в динамических ткс
- •3.6. Многопотоковая маршрутизация в динамических ткс
- •3.7. Алгоритм 2-потоковой динамической маршрутизации
- •4. Модели и методы адаптивной и нейросетевой маршрутизации в мульти-агентных ткс
- •4.1. Особенности адаптивной маршрутизации в ткс с неопределённой днамикой
- •4.2. Принципы и модели централизованной, децентрализованной и мульти-агентной маршрутизации
- •4.3. Особенности организации распределительных таблиц и карт для адаптивной маршрутизации
- •4.4. Критерии корректности распределяющих карт маршрутизации
- •4.5. Расширение карт маршрутизации и интенсивность потоков данных
- •4.6. Централизованная и распределённая маршрутизации в мульти-агентных ткс
- •4.7. Нейросетевая маршрутизация в мульти-агентных ткс
- •Список литературы
- •Сведения об авторах
1.3. Pазвитие ip-технологий маршрутизации и передачи потоков данных
Создание в 1969 году первого узла распределенной компьютерной сети ARPANET, спроектированной по заказу Агентства оборонных перспективных проектов США с целью обеспечения доступа к удаленным вычислительным информационным ресурсам, привело к необходимости разработки новых методов транспортировки данных между узловыми компьютерами сети. Развитие этих методов привело к созданию специальных протоколов управляемой передачи пакетов на сетевом и транспортных уровнях, названных в 1974 году соответственно Internet Protocol (IP) и Transmission Control Protocol (TCP).
В результате развития ARPANET была создана сеть Internet – первая компьютерная глобальная ТКС. Однако услуги этой сети стали доступными миллионам пользователей во всем мире только после разработки к 1995 году операционной системы Windows 95 с интегрированным стеком TCP/IP и дружественных к пользователю приложений (системы поиска информации Mosaic, гипертекстовый язык HTML, WWW и т.п.).
Сегодня всемирная сеть Internet включает в себя десятки тысяч других компьютерных ТКС, десятки миллионов узловых компьютеров и сотни миллионов пользовательских компьютеров. Столь широкая популярность сети Internet в значительной степени определяется ее известными достоинствами: универсальность, масштабируемость и открытость, а также простотой и доступностью базовой IP-технологии. Стек TCP/IP позволяет пользователям обмениваться информацией между любыми двумя компьютерами этой глобальной сети.
Однако простота базовых технологий управляемой передачи информации в Internet приводит к некоторым недостаткам. Среди них отметим невозможность обеспечить гарантированное качество обслуживания и информационной безопасности. Это связано, в частности, с анархичным характером развития Internet, который поклонники этой глобальной ТКС ошибочно принимают за проявление демократии в телекоммуникациях.
В ближайшем будущем можно ожидать, что Internet как глобальная ТКС сохранит и усилит свои позиции. Однако это потребует не только совершенствования существующих, но и создания новых эффективных методов управления потоками данных и протоколов доставки информации.
Лавинообразный рост и глобализация сети Internet привели в последние годы к тому, что исходные IP-принципы доставки информации стали тормозить дальнейшее развитие этой всемирной компьютерной ТКС и препятствовать улучшению качества предоставляемых ею услуг. Действительно, ресурсы исходных IP-технологий в части адресации оказались исчерпанными (дефицит IP-адресов и т.п.).
Взрывной рост трафика реального времени и его гетерогенный (мультимедийный) характер начали вызывать сетевые конфликты и перегрузки на магистральных участках сети, блокируя нормальную работу сетевых узлов. Бурное развитие новых видов услуг (электронная коммерция, электронные игры и развлечения и т.п.) резко повысило требование к качеству обслуживания и защите информации.
Возникшие проблемы привели к необходимости создания новых версий классического протокола, потребовавших решения следующих задач:
-
разработка масштабируемой системы адресации (увеличения числа IP-адресов, упрощение их конфигурирования и т.п.);
-
повышение эффективности маршрутизации потоков данных (упрощение обработки адресов пакетов в узлах IP-сети, увеличение быстродействия сети, оптимизация маршрутов и т.п.);
-
обеспечение гарантированного качества обслуживания (интеграция с АТМ-технологиями, новые механизмы управляемой передачи потоков данных и т.п.);
-
разработка эффективных методов аутентификации и защиты информации;
-
возможность поддержки и реализация мобильных услуг в Internet.
Кроме указанных задач, важное значение приобрела проблема создания нового поколения высокопроизводительных маршрутизаторов.
Новые задачи и требования к IP-технологиям привели к созданию наиболее распространенной сегодня четвертой версии классического протокола (IPv4) и разработке его шестой версии (IPv6). Приведем краткую характеристику основных особенностей IPv6. К ним относятся следующие свойства нового протокола [6,7]:
-
увеличение адресного поля служебной части пакета до 128 бит, что увеличивает количество IP-адресов до 1020 на каждый узел сети;
-
увеличение длины заголовка пакета до 320 бит с локализацией информации, необходимой для работы маршрутизатора;
-
повышение эффективности за счет агрегирования адресов, фрагментации больших пакетов с помощью пограничных узлов и маршрутизация от узла-источника;
-
обеспечение безопасности информации за счет аутентификации узлов-источников и узлов-приемников (получателей) информации, шифрования и поддержания целостности передаваемых данных.