Маршрутизация

Задача маршрутизации, в свою очередь, включает в себя две подзадачи:

- определение маршрута;

- оповещение сети о выбранном маршруте.

Определить маршрут - это значит выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату.

Маршрут может определяться эмпирически («вручную») администратором сети на основании различных, часто не формализуемых соображений. Среди побудительных мотивов выбора пути могут быть: особые требования к сети со стороны различных типов приложений, решение передавать трафик через сеть определенного поставщика услуг, предположения о пиковых нагрузках на некоторые каналы сети, соображения безопасности.

Однако эмпирический подход к определению маршрутов мало пригоден для большой сети со сложной топологией. В этом случае используются автоматические методы определения маршрутов. Для этого конечные узлы и другие устройства сети оснащаются специальными программными средствами, которые организуют взаимный обмен служебными сообщениями, позволяющий каждому узлу составить свое «представление» о сети. Затем на основе собранных данных программными методами определяются рациональные маршруты.

Продвижение данных

Для каждой пары абонентов эта операции может быть представлена несколькими (по числу транзитных узлов) локальными операциями коммутации. Прежде всего, отправитель должен выставить данные на тот свой интерфейс, с которого начинается найденный маршрут, а все транзитные узлы должны соответствующим образом выполнить «переброску» данных с одного своего интерфейса на другой, другими словами, выполнить коммутацию интерфейсов.

Устройство, функциональным назначением которого является коммутация интерфейсов, называется коммутатором (рисунок 14.11).

Рисунок 14.11 – Коммутатор

Однако прежде чем выполнить коммутацию, коммутатор должен распознать поток. Для этого поступившие данные анализируются на предмет наличия в них признаков какого-либо из потоков, заданных в таблице коммутации. Если произошло совпадение, то эти данные направляются на интерфейс, определенный для них в маршруте.

Коммутатором может быть как специализированное устройство, так и универсальный компьютер со встроенным программным механизмом коммутации, в этом случае коммутатор называется программным.

Компьютер может совмещать функции коммутации данных с выполнением своих обычных функций как конечного узла. Однако во многих случаях более рациональным является решение, в соответствии с которым некоторые узлы в сети выделяются специально для коммутации. Эти узлы образуют коммутационную сеть, к которой подключаются все ос­тальные.

На рисунке 14.12 показана коммутационная сеть, образованная из узлов 1.5. 6 и 8. к которой подключаются конечные узлы 2. 3. 4, 7. 9 и 10

Мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы определить, на какой интерфейс следует передать поступившие данные, коммутатор должен определить, к какому потоку они относятся. Эта задача должна решаться независимо от того, поступает на вход коммутатора только один «чистый» поток или «смешанный» поток, являющийся результатом агрегирования нескольких потоков.

В последнем случае к задаче распознавания потоков добавляется задача демультиплексирования, то есть разделения суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков.

Рисунок 14.12 – Коммутационная сеть

Как правило, операцию коммутации сопровождает также обратная операция — мультиплексирование. При мультиплексировании из нескольких отдельных потоков образуется общий агрегированный поток, который можно передавать по одному физическому каналу связи.

Операции мультиплексирования/демультиплексирования имеют такое же важное значение в любой сети, как и операции коммутации, потому что без них пришлось бы для каждого потока предусматривать отдельный капал, что привело бы к большому количеству параллельных связей в сети и свело бы «на нет» все преимущества неполносвязной сети.

На рисунке 14.13 показан фрагмент сети, состоящий из трех коммутаторов. Коммутатор 1 имеет пять сетевых интерфейсов. Рассмотрим, что происходит на интерфейсе Инт.1. Сюда поступают данные с трех интерфейсов — Инт.3, Инт.4 и Инт.5. Все их надо передать в общий физический канал, то есть выполнить операцию мультиплексирования. Мультиплексирование является способом разделения имеющегося одного физического канала между несколькими одновременно протекающими сеансами связи между абонентами сети.

Рисунок 14.13 – Операции мультиплексирования и демультиплексирования

при коммутации

Распространено также частотное разделение канала, когда каждый поток передает данные в выделенном ему частотном диапазоне. Иначе этот способ мультиплексирования называется частотным мультиплексированием (Frequency Division Multiplexing, FDM).

Частотное мультиплексирование используется при передаче информации в аналоговом виде.

Технология мультиплексирования должна позволять получателю такого суммарного потока выполнять обратную операцию — разделение (демультиплексирование) данных на слагаемые потоки. На интерфейсе Инт.3 коммутатор выполняет демультиплексирование потока на три составляющих его подпотока. Один из них он передает на интерфейс Инт. 1. другой — на Инт.2. а третий — на Инт.5. А вот на интерфейсе Инт.2 нет необходимости выполнять мультиплексирование или демультиплексирование — этот интерфейс выделен одному потоку в монопольное использование. Вообще говоря, на каждом интерфейсе могут одновременно выполняться обе функции — мультиплексирования и демультиплексирования.

Частный случай коммутатора, у которого все входящие информационные потоки коммутируются на один входной интерфейс, где они мультиплексируются в один агрегированный поток, называется мультиплексором (рисунок 14.14,а). Коммутатор, который имеет один входной интерфейс и несколько выходных, называется демультиплексором (рисунок 14.14, б).

Рисунок 14.14 – Мультиплексор и демультиплексор

Разделяемая среда передачи данных

Еще одним параметром разделяемого канала связи является количество подключенных к нему узлов. В приведенных выше примерах к каждому каналу связи подключались только два взаимодействующих узла, точнее - два интерфейса (рис. 2.18. а и б). В телекоммуникационных сетях используется и другой вид подключения, когда к одному каналу подключается несколько интерфейсов (рис. 2.18. в). Такое множественное подключение интерфейсов порождает уже рассматривавшуюся выше топологию «общая шина», иногда называемую также шлейфовым подключением. Во всех этих случаях возникает проблема организации совместного использования канала несколькими интерфейсами.

Среди множества возможных подходов к решению коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих, к которым относят коммутацию каналов и коммутацию пакетов.

Сети с коммутацией каналов имеют более богатую историю, они происходят от первых телефонных сетей. Сети с коммутацией пакетов сравнительно молоды, они появились в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми глобальными компьютерными сетями. Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, но по долгосрочным прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии коммутации пакетов, как более гибкой и универсальной.

Выводы

Для того чтобы пользователь сети получил возможность использовать ресурсы «чужих» компьютеров, таких как диски, принтеры, плоттеры, необходимо дополнить все компьютеры сети специальными средствами. В каждом компьютере функции передачи данных в линию связи выполняют совместно аппаратный модуль, называемый сетевым адаптером, или сетевой интерфейсной картой, и управляющая программа — драйвер. Задачи более высокого уровня — формирование запросов к ресурсам и их выполнение — решают соответственно клиентские и серверные модули ОС.

Даже в простейшей сети, состоящей из двух компьютеров, возникают проблемы физической передачи сигналов по линиям связи: кодирование и модуляция, синхронизация передающего и принимающего устройств, контроль корректности переданных данных.

Важными характеристиками, связанными с передачей трафика через физические каналы, являются: предложенная нагрузка, скорость передачи данных, пропускная способность, емкость канала связи, полоса пропускание.

При связывании в сеть более двух компьютеров возникают проблемы:

- выбора топологии (полносвязной, ячеистой, звезды, кольца, общей шины, иерархического дерева, произвольной);

- способа адресации (плоского или иерархического, числового или символьного);

- способа разделения линий связи;

- механизма коммутации.

В неполносвязных сетям соединение пользователей осуществляется путем коммутации через сеть транзитных узлов. При этом должны быть решены следующие задачи: определение потоков данных и маршрутов для них, продвижение данных в каждом транзитном узле, мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации выделяют два основополагающих — коммутацию каналов и пакетов.

Вопросы и задания

1. Какая информация перелается по каналу, связывающему внешние интерфейсы компьютера и периферийного устройства?

2. Какие компоненты включает интерфейс устройства?

3. Какие задачи решает ОС при обмене с периферийным устройством?

4. Какие функции возлагаются на драйвер периферийного устройства?

5. Дайте определение понятия «топология».

6. К какому типу топологии можно отнести структуру, образованную тремя свя­занными друге другом узлами (в виде треугольника)?

7. К какому типу топологии можно отнести структуру, образованную четырьмя связанными друг с другом узлами (в виде квадрата)?

8. К какому типу топологии можно отнести структуру, образованную тремя по­следовательно соединенными друг с другом узлами (последний не связан с первым)?

9. Частным случаем какой топологии является общая шина:

• полносвязная;

• кольцо;

• звезда.

10. Какая из известных топологий обладает повышенной надежностью?

11. Какой тип топологии наиболее распространен сегодня в локальных сетях?

12. Какие требования предъявляются к системе адресации?

13. К какому типу можно отнести следующие адреса:

- www.oiifer.net;

- 20-34-а2-00-с2-27;

- 128.145.23.170.

14. Чем неравномерный поток данных отличается от равномерного?

15. Какие параметры передаваемых данных могут служить признаком потока?

16. Опишите основные подходы и критерии, используемые при выборе маршрута.

17. Какие из этих утверждений могут быть в некоторых случаях верными:

- маршруты фиксируются в коммутаторах путем жесткого соединения пар интерфейсов;

- маршруты определяются администратором и заносятся вручную в специальную таблицу;

- таблица маршрутов строится автоматически сетевым программно-аппаратным обеспечением;

- для каждого коммутатора строится своя таблица маршрутов, которая на нем и хранится.

18. Какое из этих устройств можно назвать коммутатором:

- электрический выключатель;

- автоматическая телефонная станция;

- маршрутизатор;

- мост;

- мультиплексор;

- ни одно из названных.

19. Какие методы используются при мультиплексировании?

20. Объясните различия между разделением среды передачи и мультиплексированием.

21. Опишите, какие основные задачи нужно решить, чтобы обеспечить инфор­мационное взаимодействие любой пары абонентов в коммуникационной сети любого типа.

22. Как представление общего городского трафика в виде нескольких различных потоков позволяет рационализировать управление городским транспортом?

23. Пусть в сети существует несколько маршрутов между двумя конечными узлами А и В. Перечислите достоинства и недостатки следующих вариантов передачи данных между этими узлами:

- использовать все имеющиеся маршруты для параллельной передачи данных;

- передавать все данные по одному оптимальному по некоторому критерию маршруту;

- использовать несколько маршрутов из набора всех возможных маршрутов и разделять между ними передаваемые данные.

Дата добавления: 2013-12-13