В транспортных сетях

Маршрутизация пакетов данных

Лекция 11.

Задачей маршрутизации является выбор маршрута передачи информации по каналам связи от источника сообщений к его потребителю. Эта задача возникает в сетях с коммутацией каналов, сообщений и пакетов.

Основными целями маршрутизации являются:

· Минимальная задержка пакета в пунктах временного хранения;

· Максимальная пропускная способность сети;

· Максимальная защита информации, содержащейся в пакете;

· Надежность доставки пакета адресату;

· Минимальная стоимость пакета по каналам связи.

Различают следующие способы маршрутизации:

· Централизованная маршрутизация;

· Распределенная (децентрализованная);

· Смешанная.

Централизованная маршрутизация реализуется в сетях с централизованным управлением. В этом случае выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центральной ЭВМ.

Соответственно в сетях с децентрализованным управлением реализуется распределенная маршрутизация. Функции управления маршрутизацией распределяются между узлами (коммутаторами) сети, которые обладают необходимыми для этого требованиями. Эта маршрутизация сложнее, но обладает большей гибкостью.

Смешанная маршрутизация отличается сочетанием двух выше рассмотренных.

Для задачи маршрутизации пакетов в транспортных сетях характерны: постоянная динамика топологии сети, пропускная способность ее узлов и каналов, зависящей от объемов свободной буферной памяти и коммутационных ресурсов коммутаторов.

Различают три вида методов маршрутизации:

· Простая;

· Фиксированная;

· Адаптивная.

Простая маршрутизация не учитывает изменений топологии сети и временной загрузки ее элементов. Здесь не осуществляется направленная передача пакетов. Эта маршрутизация не гарантирует высокой эффективности передачи, но имеет простую реализацию и обеспечивает устойчивую работу сети при выходе из строя ее элементов.

Разновидности простой маршрутизации:

· Случайная;

· Лавинная.

Случайная характеризуется тем, что из каждого очередного узла пакет может быть направлен по любому свободному, случайно выбранному каналу связи. Используя случайный свободные каналы, пакет блуждает до тех пор, пока не доберется до адресата.

Лавинная маршрутизация отличается тем, что очередной пакет из узла передается одновременно по всем свободным каналам. Так, если каналы 2 и 4 заняты, то очередной пакет будет отправлен сразу по двум свободным каналам 1 и 3.

Применение лавинной маршрутизации приводит к резкому увеличению копий одного и того же пакета, что значительно увеличивает нагрузку на сеть и снижает ее пропускную способность. Поэтому в каждом узле организуется уничтожение копий, кроме одного, который снова отправляется по всем свободным каналам. Лавинная маршрутизация гарантированно обеспечивает оптимальное время доставки пакета адресату.

Фиксированная маршрутизация учитывает изменение топологии сети, но не учитывает изменение ее загрузки. Метод заключается в том, что для каждого узла назначения направление передачи пакетов выбирается по таблице маршрутов (каталог маршрутов), которая определяет (указывает) кратчайшие пути в сетях передачи данных. Однако, совершенно не учитывается загрузка каналов и узлов сети, что приводит к задержкам в передаче пакетов по заданным маршрутам.

Фиксированная маршрутизация делится на:

· Однопутевая;

· Многопутевая.

Таблицы однопутевой фиксированной маршрутизации предусматривает только один путь между двумя адресатами, что порождает отказы в сети.

Таблицы многопутевой маршрутизации предусматривают несколько вариантов соединения каждой пары абонентов, что дает возможность выбора лучшего из возможных маршрутов.

Адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, имеющейся в каждом узле, которая включает:

· Таблицу маршрутов передачи пакетов из этого узла;

· Данные о состоянии линий связи, выходящих из данного узла;

· Длину очереди ожидаемых пакетов.

Таким образом, выбор маршрута передачи очередного пакета из данного узла осуществляется на основании самых последних данных о его состоянии. Недостаток метода заключается в том, что состояние сети в целом не учитывается.

Распределенная адаптивная маршрутизация учитывает также наряду с состоянием узла и состояние смежных узлов. В каждом узле формируется таблица маршрутов ко всем смежным узлам с указанием минимального времени задержки пакета (таблицы задержек). В процессе работы сети узлы обмениваются между собой такими таблицами задержек, что позволяет каждому узлу корректировать свою таблицу маршрутов, учитывая при этом длину собственной очереди пакетов.

Централизованная адаптивная маршрутизация отличается тем, что задача маршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации. Каждый узел периодически формирует сообщение о своем состоянии и передает его в центр маршрутизации, по этим данным центр маршрутизации для каждого из узлов сети составляет новые таблицы маршрутов, на основе которых и производится маршрутизация пакетов.

Гибридная маршрутизация сочетает в себе принцип централизованной и локальной адаптивной маршрутизации, т. е. использование таблицы маршрутов, рассылаемых центром маршрутизации узлам сети и анализа длины очередей в узлах. Гибридная маршрутизация сочетает достоинства этих методов и их недостатки.

Лекция 12.

Локальные вычислительные сети в системах

сбора и обработки информации.

Вычислительная сеть представляет собой систему распределенной обработки данных, охватывающую значительную территорию и включающей в свой состав большие ЭВМ.

В отличие от вычислительных сетей, локальные вычислительные сети (ЛВС) охватывает сравнительно небольшую территорию (≈ до 10 км в диаметре) и создаются на базе ПЭВМ. Такие системы могут быть созданы в пределах одного завода, предприятия, НИИ, ВУЗа, банка и т. д.

ЛВС характеризуются:

· Сравнительно низкой стоимостью;

· Высокой живучестью;

· Оснащенностью современными операционными системами, высокоскоростными средствами передачи данных и памятью (оперативной и внешней) большой емкости.

Поэтому они нашли широкое применение для автоматизации управленческой деятельности в учреждениях, на предприятиях (АСУП), а так же для создания на их основе информационных, измерительных и управляющих систем автоматизации технологических процессов (АСУТП).

Классификация ЛВС.

Все множество видов ЛВС можно разделить на 4 группы.

К первой группе относятся ЛВС, ориентированные на массового пользователя. Такие ЛВС объединяют, в основном, ПЭВМ с помощью систем передачи данных, имеющих низкую стоимость и обеспечивающих передачу информации на расстояние 100-500 м. со скоростью 2400-19200 бод (1 бит в сек.).

Ко второй группе относятся ЛВС, объединяющие кроме ПЭВМ, микропроцессорную технику, встроенную в технологическое оборудование, а также средства электронной почты. Система передачи данных таких ЛВС обеспечивает передачу информацию на расстояние до 1 км со скоростью от 19200 бод до 1 Мбод. Стоимость передачи данных здесь возрастает на 30% по отношению к 1 группе.

К третьей группе относятся ЛВС, объединяющие ПЭВМ, мини-ЭВМ и ЭВМ среднего класса. Эти ЛВС используются для организации управления сложными производственными процессами, а так же для создания крупных систем автоматизации. Системы передачи данных в таких ЛВС имеют среднюю стоимость, обеспечивают передачу информации на расстояние до нескольких километров со скоростью ≈120 Мбод.

Для ЛВС четвертой группы характерно объединение в своем составе всех классов ЭВМ. Такие ЛВС включают в себя элементы всех предыдущих групп. Такие ЛВС применяются в сложных системах управления крупным производством и даже отдельной отраслью. Расстояние до 10 км, скорость от 10 до 50 Мбод. По своим функциональным возможностям ЛВС этой группы мало чем отличаются от региональных вычислительных сетей, обслуживающих крупные города, районы, область.

По топологическим признакам ЛВС подразделяются на сети следующих типов:

1) с общей шиной;

2) кольцевые;

3) иерархические;

4) радиальные;

5) многосвязные.

1. С общей шиной.

В ЛВС с общей шиной одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам. ЛВС данного типа приобрели большую популярность благодаря низкой стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкости расширения сети (подключение новых абонентов не сказывается на основных характеристиках).

К недостаткам можно отнести необходимость использования довольно сложных протоколов и уязвимость в отношении физических повреждений кабеля.

2. Кольцевая топология.

Кольцевая топология характеризуется тем, что информация по кольцу может передаваться только в одном направлении, и все подключенные ЭВМ могут участвовать в ее приеме и передаче. Для того, чтобы не появлялись заблудившиеся данные, мешающие нормальной работе сети, необходима маркировка информации. Эта конфигурация особенно уязвима в отношении выхода из строя какого-то участка кольцевого кабеля, что приведет к прекращению обслуживания всех пользователей.

Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное кольцо, общая кольцевая топология сохраняется.

3. Иерархическая ЛВС (дерево) представляет собой более развитый вариант структуры ЛВС, построенной на основе общей шины.

Дерево образуется путем соединения нескольких шин с кольцевой системой, где располагаются самые важные компоненты ЛВС. Дерево обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВс нескольких этажей в здании или несколько зданий на одной территории и реализуется, как правило, в сложных системах, насчитывающих 10 и даже 100 абонентов.

4. Радиальная (звездообразная).

В центре сети обычно размещается коммутирующие устройство, обеспечивающее жизнеспособность системы. ЛВС подобной конфигурации находит применение в автоматизированных учреждениях системах управления (1С – программа), использующих центральную базу данных. Они менее надежны, чем сети с общей шиной или иерархической, но эта проблема решается дублированием аппаратуры центрального узла.

К недостаткам можно также отнести значительное потребление кабеля по сравнению с шиной и иерархической топологии. Наиболее сложной и дорогой является многосвязная топология, в которой каждый узел связан со всеми другими узлами сети.

Эта топология применяется редко, в основном там, где требуется исключительно высокая надежность сети и скорость передачи данных. На практике чаще встречаются гибридные ЛВС, приспособленные к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты всех топологий.

Сетевое оборудование ЛВС.

Сетевой адаптер представляет собой интерфейсную плату, которая служит для соединения процессорной и микропроцессорной техники с кабелем транспортной сети.

По выполняемым функциям сетевые адаптеры делятся на 2 группы:

1. реализующие функции физического и канального уровней базовой модели взаимодействия открытых информационных систем.

2. реализующие функции первых четырех уровней базовой модели взаимодействия открытых информационных систем: физического, канального, сетевого и транспортного.

Сетевые адаптеры первой группы обеспечивают прием – передачу данных из сети в ЭВМ и обратно, согласование скорости приема – передачи информации.

Такие адаптеры применяются в сетях с простой топологией, где отсутствует маршрутизация пакетов.

Сетевые адаптеры второй группы наряду с перечисленными выше функциями осуществляют следующие функции:

· маршрутизация пакетов данных;

· формирования пакетов из сообщений и сборку пакетов в сообщения;

· согласование протоколов различных сетей.

Технически адаптеры второй группы выполняются на базе микропроцессоров и встроенных моделей. Все сетевые адаптеры ориентированны на определенную топологию ЛВС и каждый из них поддерживает либо шинную, либо кольцевую, либо звездообразную, либо древовидную или комбинированную топологию сети.

Концентраторы (хабы) обычно имеют несколько портов, к которым отдельными кабелями подключаются конечные элементы сети, в частности компьютеры. Концентратор объединяет отдельные физические сегменты сети в единую разделяющую среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с одним из протоколов ЛВС.

Приемопередатчики или трансиверы предназначены для работы в сетях с шинной топологией.

Трансиверы – это устройство, которое принимает пакеты от рабочих станций сети и передает их в шину.

Мосты в настоящее время применяются для соединения сетей, имеющих различие на физическом и канальном уровнях.

На рисунке показано, как с помощью трех мостов три кольцевые сети объединяются в единую сеть.

Основное различие между мостом и коммутатором в том, что мост обрабатывает кадры последовательно, а коммутатор параллельно.

Дата добавления: 2014-01-06