РОЗДІЛ 2. АДАПТИВНА МОДЕЛЬ КОМП'ЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ НА ОСНОВІ СТЕКУ ПРОТОКОЛІВ ТСР/ІР
2.1. Вимоги до моделі мережі
Моделювання є універсальним інструментом дослідження складних систем. Теоретичною базою моделювання є теорія подібності [53]. Під подібністю розуміється взаємно-однозначна відповідність між двома об'єктами, при якому функція переходу від параметрів, які характеризують один об'єкт, до параметрів, які характеризують інший об'єкт, відома, а опис цих об'єктів може бути перетворене у тотожне.
Головним завданням моделювання мережі є упорядкування інформації про стан мережі для прийняття рішення про маршрутизацію пакету з огляду на стан завантаженості альтернативних шляхів проходження пакету. Тобто у нашому випадку є інформація про топологію мережі і реальний стан завантаженості.
Вимоги до моделі визначаються завданнями, які вона вирішує. Процес моделювання розуміється, як задача мінімізації складності моделі при обмеженнях на ступінь достовірності отриманих результатів. При цьому раціональними є моделі, для яких, при збереженні заданого ступеню адекватності реальному об'єкту, забезпечуються прийнятні витрати машинного часу та пам'яті. Під адекватністю розуміється відтворення моделлю, у необхідних межах, усіх параметрів реального об'єкту, суттєвих для прийняття рішення.
Модель мережі повинна надавати інформацію по двох напрямкам:
1) топологія мережі;
2) стан завантаженості каналу.
Для вирішення цих завдань найбільш адекватним є апарат теорії графів, який дозволяє адекватно відобразити, як топологію мережі, так і інформацію про стан завантаження каналів, у випадку застосування зваженого по ребрам графу.
Якщо для збору інформації про топологію мережі можна скористатися інформацією, яку надають сусідні маршрутизатори по протоколу BGP, то отримати інформацію про стан завантаженості каналів, які знаходяться за межами сусідніх маршрутизаторів, набагато складніше. Для вивчення процесів, які відбуваються з пакетом при проходженні необхідно провести детальне дослідження цих процесів.
2.2. Модель мережі з урахуванням завантаження каналів
Розглянемо моделі мережі, які використовуються існуючими протоколами маршрутизації.
Для статичної маршрутизації використовується модель при якій вся мережа поділяється на сегменти, кількість яких відповідає кількості мережевих інтерфейсів маршрутизатору. Тобто активний маршрутизатор має відомості лише про сусідні маршрутизатори та про вузли, які доступні через них. Активний маршрутизатор виділено.
Рис. 2.1. Статична маршрутизація
Подальшим розвитком протоколів маршрутизації стало прийняття моделі мережі, яка враховує інформацію про стан завантаження каналів між активним та сусідніми маршрутизаторами. Такий підхід дозволяє приймати рішення про маршрутизацію пакетів не тільки на основі інформації про найліпший маршрут від активного маршрутизатору до ВПП, але й використовуючи інформацію про стан завантаження каналів передачі даних до сусідніх маршрутизаторів. Тобто сфера достовірної інформації про стан мережі поширюється на сусідні маршрутизатори. На малюнку активний виділений товстим колом, а сусідні - тонким.
Рис.2.2. Маршрутизація з альтернативними каналами
Оптимальною моделлю була б модель, яка враховує інформацію про стан всієї мережі, але це вимагає надто великих витрат ресурсу мережі та маршрутизаторів. Пропонується використовувати модель з частковим врахуванням інформації про стан мережі. Зона охоплення моделлю - вузли та підмережі, які мають однакову статистику. Тобто вузли, пакети до яких найбільш часто проходять через маршрутизатор.
Рис2.3. Модель мережі для визначення ступеня завантаженості каналів мережі
Для практичного втілення такої моделі необхідно вирішити два завдання:
* Збирати статистику про ВПП пакетів, які проходять через маршрутизатор;
* Визначати стан завантаження каналів у межах зони охоплення.
Збір статистики про ВПП пакетів не потребує суттєвих зусиль зважаючи на те, що рішення про маршрутизацію всіма існуючими протоколами маршрутизації приймається на основі аналізу ВПП кожного пакету. Тобто достатньо організувати накопичення та обробку цієї інформації.
Визначення стану завантаження каналів між сусідніми маршрутизаторами використовується лише у мережах з централізованим управлінням (протокол OSPF). Такий підхід потребує можливість доступу адміністратору до всіх маршрутизаторів, що в умовах Інтернет неможливе.
Пропонується вирішити задачу збору інформації не використовуючи централізовані протоколи, а користуючись лише існуючими механізмами отримання такої інформації.
2.3. Аналіз способів оцінки завантаженості каналів мережі
Сучасні прилади маршрутизації, будь-то програмні маршрутизатори чи апаратні, мають можливість тільки статичного розмежування ресурсів каналу.
Розглянемо модель мережі пакетної комутації, у якій квітірування пакетів здійснюється тільки між сусідніми вузлами. Невдало переданий пакет повторюється з вузла відправника. Це вимагає збереження копії пакета в буферній пам'яті передавального вузла до моменту одержання від сусіднього вузла позитивної квитанції про прийом пакета. Відсутність відгуку протягом time-out класифікується як утрата пакета, і передавальний вузол повторює пакет по тому ж самому або новому маршруту [54].
Розглянемо модель мережі Рис. 2.4:
Рис.2.4
A,B,C,D,E,F,G --- маршрутизатори, програмні чи апаратні.
Кожен з маршрутизаторів має буфер певного розміру.
Якщо маршрутизатор не завантажений, то кількість отриманих пакетів дорівнює кількості відправлених пакетів. Однак, при великій кількості запитів, виникають затримки у проходженні пакету через маршрутизатор.
Так як час очікування пакету може бути більшим ніж таймаут, то можуть виникати дублікати пакетів. Це ж може призвести до втрати пакета. Другою причиною є затримки пакетів в буферах маршрутизаторів. Як наслідок - перевищення часу очік