РАЗДЕЛ 2
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ МАРШРУТИЗАЦИИ В СОСТАВНЫХ СЕТЯХ
2.1. Введение
Как известно, гетерогенность присуща любой сколько-нибудь крупной вычислительной сети. На согласование разнородных аппаратных и программных компонентов затрачиваются большие усилия и время. Поэтому любая технология, направленная на уменьшение влияния неоднородности сети при использовании различных методов обработки и передачи разнородного сетевого трафика, привлекает интерес специалистов ?1-3 и др.?.
Из-за гетерогенности сетей возникают серьезные проблемы своевременной доставки данных без потерь и перегрузок сети. По данным аналитиков [4], в настоящее время используется чуть ли не 1% от суммарной "международной" полосы пропускания, в результате чего вот уже три года кряду тарифы на популярных международных маршрутах ежегодно падают на 50%. С другой стороны, поставщики сетевых служб сообщают о регулярных потерях до 30% пакетов [2]. Более того, иногда наблюдаются периоды, когда потери достигают 50%. Потеря уже 10% пакетов заметно сказывается на производительности сети, а при потере 50% пакетов сетевая служба становится фактически бесполезной [2,28].
Одним из методов преодоления проблем, связанных с неоднородностью сетей, является пакетная архитектура с фрагментацией пакетов: в сетях ATM - применение стандартных ячеек размером 53 байта, в сетях IP - принудительное ограничение размера пакетов (в среднем - не более 576 байт). Наиболее эффективным средством управления производительностью внутри совокупности пакетных сетей является маршрутизатор ?2?. На рис. 2.1 изображена модель типовой глобальной сети, состоящей из маршрутизаторов и других сетевых узлов, как стационарных, так и мобильных. Предполагается, что у всех сетевых узлов есть постоянные адреса. Задача управления потоком как часть общей задачи управления производительностью сводится к согласованию скорости передачи со скоростью, с которой канал передачи способен передавать, а получатель - принимать поток пакетов. Для управления потоком создаются каналы сигнализации и обратной связи между абонентами.
Задача управления нагрузкой на сеть и предотвращения перегрузкой является более общей, чем управление потоком между двумя абонентами. В процесс управления нагрузкой включены все сетевые узлы, коммутаторы и маршрутизаторы. В алгоритмах борьбы с перегрузкой также используют обратную связь в виде различных сообщений отправителям для регулирования скорости передачи данных при возникновении заторов в сети.
Рис. 2.1. Глобальная сеть, используемая локальными и региональными сетями в качестве информационного и транспортного ресурса. Маршрутизаторы обозначены кружками. МСУ - мобильный сетевой узел.
Таким образом, задачи маршрутизации в составных сетях сводятся, с одной стороны, к рациональному распределению нагрузки на сеть, а с другой - к выбору оптимальных маршрутов обмена данными между абонентами на основе знания сетевой конфигурации и эффективных механизмов обмена информацией между сетевыми узлами.
Рассмотрим задачу организации обмена данными в составной сети мегаполиса. На рис. 2.2 изображена схема гипотетической сети мегаполиса. Как видно из рисунка, сеть имеет достаточно выраженную иерархическую структуру. Подобные схемы построения используются также в крупных корпоративных сетях [13]. Для организации обмена данными здесь могут использоваться средства канального и сетевого уровней. Эти средства имеют большой разброс характеристик в зависимости от того, на каком уровне иерархии они применяются и, соответственно, от круга решаемых задач.
Рис. 2.2. Составная информационно-вычислительная сеть мегаполиса.
ТМ - терминальный мультиплексор; КЦ - коммутационный центр; УД - узел доступа; ТУ - транзитный узел; ММ - магистральный маршрутизатор; WLAN - беспроводная сеть стандарта IEEE 802.11; БС WMAN - базовая станция беспроводной сети стандарта IEEE 802.16.
В качестве средств канального уровня теоретически могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако на практике коммутаторы практически полностью вытеснили классические однопроцессорные мосты вследствие их низкой производительности. В настоящее время мосты используются только на достаточно медленных глобальных магистралях между двумя удаленными локальными сетями (так называемые удаленные мосты - remote bridges) ?1?. Поэтому в дальнейшем при анализе средств канального уровня будем рассматривать только коммутаторы.
Коммутатор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента, что делает линии связи разделяемыми преимущественно между станциями данного сегмента. Тем самым сеть распадается на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров.
Однако построение сложных сетей только на основе повторителей, мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения и недостатки:
* в топологии получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост/коммутатор может решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет образования резервных путей;
* логические сегменты сети, расположенные между мостами или коммутаторами, слабо изолированы друг от друга, а именно, не защищены от так называемых широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети;
* в сетях, построенных на основе коммутаторов, достаточно сложно решается задача управления трафиком на основе информации, содержащейся в пакете;
* реализация транспортной подсистемы только средствами физического и канального уровней приводит к недостаточно гибкой, одноуровневой системе адресации: в качестве адреса назначения используется МАС-адрес, жестко связанный
- Киев+380960830922