31 июля 2019г.
Важным аспектом построения современной производительной сети, является правильный выбор маршрута следования пакета от источника к приемнику. Отсутствие проводов дает возможность свободного перемещения устройств, однако в связи с физическими особенностями передачи сигнала данное движение ограниченно определенным радиусом действия. В некоторые моменты времени доступность узла может быть утеряна, вследствие чего, построение точной топологии сети практически невозможно. Для поддержания QoS при передаче информации требуется применение современных методов, способных подстраиваться под предлагаемые условия работы и решать задачи маршрутизации при неверных, неполных или противоречивых выходных параметрах.
Повышение безопасности и производительности сети с уменьшением сложности инфраструктуры возможно благодаря использованию сетей с гибкой архитектурой, что свойственно адаптивным сетям передачи данных. Работа адаптивных протоколов маршрутизации основана на распределенном принципе. Подразумевается, что агрегация топологической информации происходит не на выделенных маршрутизаторах, а равномерно по всей сети. На сетевых узлах происходит анализ принимаемых пакетов, направленный на выявление адреса назначения пакета, после чего происходит определение соответствующей линии связи для дальнейшего следования пакета. Выбор линии связи осуществляется по принципу обеспечения минимальной задержки доставки пакета на адрес назначения, данный параметр определяется при помощи анализа хранимой локально служебной информации о состоянии сети. На выбор маршрута может повлиять достижимость, частота ошибок и величина задержки при передаче данных.
Для преодоления поврежденных линий или узлов на пути следования пакетов, методы маршрутизации допускают определенный уровень адаптации и поиска обходных путей. Постоянно происходит обновление критерия маршрутизации с учетом величины очередей на линиях связи и работоспособности сети. Решение по корректировки маршрута принимается мгновенно, что может привести к тому, что два пакета одного и того же сообщения могут пойти по разным маршрутам до точки следования.
Адаптивная маршрутизация имеет ряд недостатков, не смотря на свою привлекательную способность приспосабливаться к изменениям топологии и нагрузки в сети. Одним из них является возможность неупорядоченности пакетов, принимаемых приемником после прохождения по сети, что связанно с тем, что пакеты могут следовать разными путями. Однако для решения данной проблемы пакеты могут быть пронумерованы, что опять же добавляет сложности, из-за того, что принимающее устройство не знает, потерян ли или же просто задерживается недостающий пакет.
Еще один недостаток связан с тем, что возможны колебания при выборе маршрута. Выделение слишком малой доли пропускной способности, на обновление алгоритмов управления выбором маршрута, может привести к непосильной нагрузке на мало загруженный узел, до момента получения соседними узлами об изменении потока нагрузки. В такой ситуации возможен возврат пакета на узел-источник.
Адаптивная маршрутизация связана с определёнными трудностями в организации управления потоками. Как только сеть оказывается сильно перегруженной, прекращается установление соединения по обходным направлениям, так как обходные пути требуют больших ресурсов.
С увеличением размера сети, появляются трудности при реализации алгоритмов маршрутизации и управления интенсивностью потоков, что обусловлено следующими факторами: рост доли служебного трафика, вследствие чего уменьшение производительности сети. Раздутые маршрутные таблицы, что усложняет реализацию узлов коммутации сети. Увеличенное время доставки служебной информации, вследствие чего, в работе используется недостоверные сведения о ситуации в сети в данный момент времени.
Сбор служебной информации во время мониторинга сети, а именно: скорости передачи, времени задержки, надежности: является основанием для определения маршрутов между узлами с требуемыми вероятностно-временными характеристиками (ВВХ). Построенные маршруты заносятся в таблицу маршрутизации ранжированными по предпочтительности выбора.
Для получения возможности определения маршрутов между любой парой узлов, необходимо наличие таблицы маршрутизации на каждом узле сети. Совокупность всех таблиц маршрутизации сети называется планом распределения информации (ПРИ). На практике реализация таблиц маршрутизации сводится к двум вариантам: пошаговая таблица маршрутизации и таблицы маршрутизации от источника. Формирование плана распределения информации первоначально производится администрацией.
В процессе эксплуатации сети могут возникнуть ситуации, при которых необходимо скорректировать ПРИ, как правило, это происходит в фиксированные временные промежутки с определенным интервалом. Однако заявка на установление соединения может поступить в произвольный момент времени, что говорит о том, что информации в таблице маршрутизации не отражает реальную ситуацию в момент данного события. При использовании динамического плана распределения информации происходит автоматическое переоформление плана в процессе эксплуатации сети связи.
Современные методы маршрутизации в мультисервисных сетях связи
«Лавинный» метод распределения информации подразумевает, что через определенные промежутки времени, на каждом узле сети формируются зонд-сигналы, пересылаемые по всем смежным узлам, где эта процедура повторяется, генерирую лавинное распространение служебной информации по всей сети. По мере продвижения по сети зонд-сигналы анализируют ВВХ и по окончании зондирования собранная характеристика попадает в базу данных, анализируется и используется для расчета маршрутных таблиц.
Основным недостатком данного метода формирования ПРИ, является необходимость предоставления некоторого ресурса для передачи зонд-сигналов. Протоколы маршрутизации RIP, IGRP, EIGRP, IS-IS, OSPF.
Другой метод формирования ПРИ называется «статистический». Данный ПРИ предполагает формирование плана по накопленной статистике установления соединения между парой узлов. Перед стартом функционирования сети устанавливается начальный ПРИ, который представлен в виде матрицы из набора таблиц маршрутизации. Каждое значение матрицы имеет весовой коэффициент, из чего формируется таблица весовых коэффициентов.
Определение маршрута и формирование ПРИ происходит по следующему сценарию. Начиная с исходящего узла, во всех транзитных узлах при поиске маршрута к i-ому узлу, производится обращение к i- м строкам матриц маршрутизации. В этих строках выявляется максимальный весовой коэффициент. После чего формируется исходящий тракт передачи из текущего узла для организации маршруту к зулу назначения. В результате маршрут между узлами будет сформирован, либо будет дан отказ. В случае, когда произошло удачное формирование маршрута, все исходящие тракты на пути следования – поощряются посредством увеличиваются их весовых коэффициентов. В другом случае коэффициенты уменьшаются.
«Статистический» метод формирования ПРИ за счет использования весовых коэффициентов, как вероятностей выбора соответствующих исходящих трактов, решает задачу глобальной оптимизации ПРИ по критерию вероятности установления соединения между парой узлов.
Несомненным достоинством данного метода является циркуляции минимального количества служебной информации для формирования ПРИ. Однако за счет инертности, при выходе из строя элементов сети понадобится время для переформирования ПРИ. Еще одним недостатком является неопределенность в выборе ПРИ после добавлении в сеть новых узлов. Такой метод иcпользуется в MPLS.
Еще одни метод формирования ПРИ – «логический». Данный метод подразумевает наложение на сеть системы координат, после чего каждому узлу присваивается определенный адрес согласно координатам. Начиная от источника и до узла-назначения в каждом транзитном узле, происходит сопоставления адреса текущего узла с узлом-назначения. После чего рассчитывается геометрическое направление из текущего узла к узлу-назначения. Далее определяется исходящий тракт, имеющий наибольшее совпадение с ранее рассчитанным геометрическим направлением. Если ближайший по направлению исходящий тракт не доступен, то выбирается следующий по предпочтительности тракт.
Достоинством данного метода является простота и отсутствие движения служебной информации. Отсутствие таблиц маршрутизации сокращает объем оперативной памяти узла, упрощает ввод в эксплуатацию новых узлов и процедуру маршрутизации. Однако данный ПРИ не является динамическим.
Методы выбора исходящих трактов в мультисервисных сетях связи
Различают последовательный и параллельный выбор исходящих трактов в зависимости от количества одновременно устанавливаемых маршрутов между двумя узлами. Последовательный подразумевает на каждом узле выбор только одного исходящего тракта. В результате формируется один постепенно наращиваемый маршрут от источника к приемнику. В отличии от последовательного, параллельный выбор подразумевает поиск маршрута одновременно по всем исходящим трактам в определенной зоне сети.
Выделяется три основных класса последовательных алгоритмов выбора исходящих трактов передачи сообщений. Градиентный подразумевает, что на пути следования к приемнику участие принимает лишь часть, наиболее предпочтительные исходящие тракты. При недоступности исходящих трактов в одном узле, в данной заявке отказывается. Формирование маршрута будет происходить вдоль геометрического направления к приемнику. Данный метод позволяет организовать кратчайшие маршруты.
Диффузный выбор подразумевает возможность формирования маршрута и в противоположном направлении. В данном случае возможен выбор любого доступного исходящего тракта. Диффузный метод обладает увеличенной средней длиной маршрута по сравнению с градиентным, однако при этом имеет большую гибкость при обходе поврежденных маршрутов.
Существует также градиентно-диффузный метод, который сочетает свойства двух предыдущих методов.
Кроме того, процедура выбора исходящего тракта может осуществляться однозначно по максимальному значению одного из элементов вектора (детерминированный), либо в результате случайного розыгрыша (стохастический). Исходящие тракты с большими значениями имеют большую вероятность выбора.
Существует множество комбинаций последовательных алгоритмов выбора исходящих трактов. Наиболее широкое применение из последовательных методов на сегодняшний день нашел «диффузно детерминированный».
Заключение
Выполнение маршрутизации при недостаточно полной информации, является основной проблемой представленных алгоритмов. Отказ отдельных каналов связи или самих маршрутизаторов может являться следствием неправильной работы системы маршрутизации. При отсутствии информации для выбора оптимального маршрута, пересылка данных осуществляется по заранее определенным стандартным маршрутам.
Системой маршрутизации данные могут быть отправлены за пределы локальной автономной системы, после чего данные вернутся обратно и может произойти зацикливание трафика. Отказ каналов обеспечивающих статические резервные маршруты передачи данных приводит к полной остановке сети. Использование аппроксимирующих способностей нейронных сетей может обеспечить поддержание функционирования сети в то время, когда стандартные протоколы маршрутизации работают нестабильно.
Список литературы
1. Лавренков Ю.Н., «Исследование и разработка комбинированных нейросетевых технологий для повышения эффективности безопасной маршрутизации информации в сетях связи» – диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – 208с. – 2014.
2. Новиков О.П., Новиков М.О., «Анализ эффективности методов маршрутизации видеоинформации в сетях интернет» – Научный журнал «Транспортное дело России» № 6 – 152-153с. – 2013.
3. Новиков С.Н., Буров А.А., «Анализ влияния служебной информации методов маршрутизации на объем доступных сетевых ресурсов» – Научный журнал «Телекоммуникационные системы и компьютерные сети» – 41-46с. – 2009.
4. Павлов А.А., Датьев И.О., «Протоколы маршрутизации в беспроводных сетях» - ТрудыКольского научногоцентраРАН – 64-75с. – 2014.
5. Поздняк И. С., «Разработка и исследование алгоритмов адаптивной маршрутизации в мультисервисных сетях связи» – диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – 131с. – 2009.
6. «Перераспределение протоколов маршрутизации» [электронный ресурс] – Cisco support – 11c. –2014.
