Маршрутизация и коммутация Коммутация - экономичное продвижение пакетов на основании локального адреса (MAC-адрес, номер виртуального канала) 1.Обеспечивается продвижение пакета между «соседями»: -одной локальной сети (не разделенной маршрутизаторами) -по каналу «точка-точка» глобальной сети 2.Таблицы коммутации небольшого размера – учитываются только адреса активно взаимодействующих «соседей» 3.Пакет при продвижении не модифицируется – экономия действий, стоимость скорости
Маршрутизация Порт 4 Порт 3 Порт 2 Порт 1 3 Проверка контрольной суммы заголовка IP-пакета Отдельный процесс -построение таблицы маршрутизации по RIP, OSPF или BGP Поиск в таблице маршрутизации 2 Извлечение IP-пакета из кадра Data IP FCSData MAC2 IP 1 Прием в буфер, проверка контрольной суммы канального уровня FCSData MAC2 IP 5 Подсчет КС кадра, формирование кадра и передача на выходной порт FCSData MAC7 IP ROUTER
Коммутация в глобальных сетях - техника виртуальных каналов Порт 3 Порт 2 Порт 1 Порт 4 Порт 3 Порт Новый виртуальный канал Пакет Setup Адрес узла Адрес назначенияПорт Таблица маршрутизации Входная метка Входной порт Выходная метка Выходной порт Таблица коммутации Порт 1
Коммутация в глобальных сетях - техника виртуальных каналов Порт 4 Порт 3 Порт 2 Порт 1 Порт 4 Порт 3 Порт 2 Порт DLCI Кадр Виртуальный канал
Коммутация в глобальных сетях - техника виртуальных каналов Порт 4 Порт 3 Порт 2 Порт 1 Порт 4 Порт 3 Порт 2 Порт К1К2 Таблица коммутации К Входная метка Входной порт Выходная метка Выходной порт
Сравнение коммутаторов и маршрутизаторов Коммутаторы + Работают на канальном уровне, прозрачны для протоколов верхнего уровня + Быстрые устройства - обрабатывают кадры со скоростями, близкими к предельным (wire speed) Не могут фильтровать трафик для защиты от несанкционированного доступа или ошибок (широковещательный шторм) Не могут объединять сети с разными технологиями
Маршрутизаторы + Способны объединять сети с разными технологиями (составные сети) + Защищают и изолируют сети от проблем в одной из сетей (широковещательный шторм, нежелательный доступ) + Осуществляют баланс и приоритезацию трафика - Обрабатывают пакеты медленней, чем мосты (количество этапов при обработке больше в 2- 3 раза)
Концентраторы 1.Рабочие группы – 10 Мбит/с, standalone, $8-10 за порт 2.Рабочие группы – 100 Мбит/с, standalone, $15-20 за порт 3.Стековые – 10 Мбит/с, Примерная стоимость сетевых устройств 1.Gigabit Ethernet TP - $200 2.Gigabit Ethernet FO - $ /100 TP – $20-30 Сетевые адаптеры
Коммутаторы 3 уровня Порты 10/100 TP с поддержкой QoS – $250 – 300 Порты GE TP - $1000 Порты GE SX - $2000 Коммутаторы 2 уровня 1.10 Мбит/с Standalone – $ /100 TP Standalone – $30 – Стековые 10/100 - $
Пути преодоления недостатков маршрутизаторов и коммутаторов 1. Отказ от маршрутизации - «плоские» сети плохо масштабируются: любой ошибочный трафик может парализовать сеть - популярность IP не допускает такого решения 2. Ускорение работы маршрутизаторов за счет тесной интеграции с коммутаторами - уменьшение числа промежуточных операций маршрутизаторов NHRP, MPOA - совмещние функций маршрутизации и коммутации в одном устройстве - MPLS 3. Ускорение выполнения операций маршрутизации - отделение функций продвижения от составления таблиц маршрутизации (управление) - использование ASIC для быстрого продвижения (forwarding & filtering в силиконе – рутинные операции, топология и построение таблиц – в универсальном CPU)
Взаимодействие слоев маршрутизаторов и коммутаторов в современных сетях Ускоренная маршрутизация - пакет передается маршрутизатору, ближайшему к адресу назначения – один хоп между маршрутизаторами Происходит «прокол» сети коммутаторов до ближайшего к узлу назначения маршрутизатора
1 вариант – использование PVC Создается полносвязная (mesh) топология – каждый маршрутизатор связан PVC с каждым Недостаток – плохо масштабируемая сеть – слишком много виртуальных каналов, трудно поддерживать и модифицировать Сети с виртуальными каналами
1 вариант – использование PVC – логическая структура Пример конфигурирования Сети с виртуальными каналами interface fr0/0 ip address ip ospf network encapsulation frame-relay neighbour frame-relay map ip interface fr0/1 ip address ip ospf network encapsulation frame-relay neighbour frame-relay map ip
2 вариант – использование SVC Каждый маршрутизатор может связяться с каждым – установив SVC и разорвав соединение, когда данные долго не поступают в данном направлении. Аналог полносвязных PVC, лучше масштабируется Недостаток – долгое время установления соединения Плохо для кратковременных потоков Сети с виртуальными каналами
Net вариант – использование SVC Пример конфигурирования Сети с виртуальными каналами Router A Router C Router B net atm11.111… atm33.33……33 Логический интерфейс atm33.33…… Atm22.22…..22 Логический интерфейс
2 вариант – использование SVC Пример конфигурирования (продолжение 1) Router A Interface ATM0/0 ip address map-group a Atm nsap-address Router ospf 1 network area 0 neighbour Map-list a ip atm-nsap Сети с виртуальными каналами
2 вариант – использование SVC Пример конфигурирования (продолжение 2) Router B Interface ATM0/0 ip address map-group a Atm nsap-address Router ospf 1 network area 0 neighbour Map-list a ip atm-nsap Сети с виртуальными каналами
2 вариант – использование SVC Пример конфигурирования (продолжение 3) Router C Interface ATM0/0.1 ip address map-group a Atm nsap-address Interface ATM0/0.2 ip address map-group b Atm nsap-address Router ospf 1 network area 0 neighbour neighbour Map-list a ip atm nsap-address Map-list b ip atm nsap-address
Основная проблема SVC - как определить канальный адрес ближайшего к адресу назначения маршрутизатора: -без ручного конфигурирования всех соседей -с учетом логической структуризации (неполносвязности) сети коммутаторов (VLAN в локальных сетях, ELAN – в сетях АТМ)
32
Технология IP Switching компании Ipsilon - тесная интеграция IP с АТМ IP-маршрутизация АТМ-коммутация IP-маршрутизация АТМ-коммутация IP-маршрутизация АТМ-коммутация IP-маршрутизация АТМ-коммутация Долговременный поток Кратковременный поток Значения VPI/VCI в коммутаторах расставляет специальный протокол распределения меток, работающий по указаниям IP Метки могут быть расставлены заранее - перед передачей данных
В общедоступном значении слова маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через об"единенную сеть. При этом, как правило, на пути встречается по крайней мере один узел. Маршрутизация часто противопоставляется об"единению сетей с помощью моста, которое, в популярном понимании этого способа, выполняет точно такие же функции. Основное различие между ними заключается в том, что об"единение с помощью моста имеет место на Уровне 2 эталонной модели ISO, в то время как маршрутизация встречается на Уровне 3. Этой разницей об"ясняется то, что маршрутизация и об"единение по мостовой схеме используют различную информацию в процессе ее перемещения от источника к месту назначения. Результатом этого является то, что маршрутизация и об"единение с помощью моста выполняют свои задачи разными способами; фактически, имеется несколько различных видов маршрутизации и об"единения с помощью мостов.
Коммутация Алгоритмы коммутации сравнительно просты и в основном одинаковы для большинства протоколов маршрутизации. В большинстве случаев главная вычислительная машина определяет необходимость отправки пакета в другую главную вычислительную машину. Получив определенным способом адрес роутера, главная вычислительная машина-источник отправляет пакет, адресованный специально в физический адрес роутера (уровень МАС), однако с адресом протокола (сетевой уровень) главной вычислительной машины пункта назначения.
После проверки адреса протокола пункта назначения пакета роутер определяет, знает он или нет, как передать этот пакет к следующему роутеру. Во втором случае (когда роутер не знает, как переслать пакет) пакет, как правило, игнорируется. В первом случае роутер отсылает пакет к следующей роутеру путем замены физического адреса пункта назначения на физический адрес следующего роутера и последующей передачи пакета.
Следующая пересылка может быть или не быть главной вычислительной машиной окончательного пункта назначения. Если нет, то следующей пересылкой, как правило, является другой роутер, который выполняет такой же процесс принятия решения о коммутации. По мере того, как пакет продвигается через об"единенную сеть, его физический адрес меняется, однако адрес протокола остается неизменным.
Ниже приводится описание всех четырех модификаций заголовков кадров Ethernet (причем под заголовком кадра понимается весь набор полей, которые относятся к канальному уровню):
Кадр 802.3/LLC (или кадр Novell 802.2)
Кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3)
Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II)
Кадр Ethernet SNAP
Заголовок кадра 802.3/LLC является результатом объединения полей заголовков кадров, определенных в стандартах 802.3 и 802.2.
Стандарт 802.3 определяет восемь полей заголовка:
Поле преамбулы состоит из семи байтов синхронизирующих данных. Каждый байт содержит одну и ту же последовательность битов - 10101010. При манчестерском кодировании эта комбинация представляется в физической среде периодическим волновым сигналом. Преамбула используется для того, чтобы дать время и возможность схемам приемопередатчиков (transceiver) прийти в устойчивый синхронизм с принимаемыми тактовыми сигналами.
Начальный ограничитель кадра состоит из одного байта с набором битов 10101011. Появление этой комбинации является указанием на предстоящий прием кадра.
Адрес получателя - может быть длиной 2 или 6 байтов (MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя - это признак того, является адрес индивидуальным или групповым: если 0, то адрес указывает на определенную станцию, если 1, то это групповой адрес нескольких (возможно всех) станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адреса устанавливаются в 1. Общепринятым является использование 6-байтовых адресов.
Адрес отправителя - 2-х или 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя. Первый бит - всегда имеет значение 0.
Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в кадре.
Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Но если длина поля меньше 46 байт, то используется следующее поле - поле заполнения, чтобы дополнить кадр до минимально допустимой длины.
Поле заполнения состоит из такого количества байтов заполнителей, которое обеспечивает определенную минимальную длину поля данных (46 байт). Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Если длина поля данных достаточна, то поле заполнения в кадре не появляется.
Поле контрольной суммы - 4 байта, содержащие значение, которое вычисляется по определенному алгоритму (полиному CRC-32). После получения кадра рабочая станция выполняет собственное вычисление контрольной суммы для этого кадра, сравнивает полученное значение со значением поля контрольной суммы и, таким образом, определяет, не искажен ли полученный кадр.
Кадр 802.3 является кадром MAС-подуровня, в соответствии со стандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленными флагами начала и конца кадра. Формат кадра LLC был описан выше.
Результирующий кадр 802.3/LLC изображен в левой части рисунка 4. Так как кадр LLC имеет заголовок длиной 3 байта, то максимальный размер поля данных уменьшается до 1497 байт.
Рис. 4. Форматы кадров Ethernet
Кадр стандарта Ethernet DIX, называемый также кадром Ethernet II, похож на кадр Raw 802.3 тем, что он также не использует заголовки подуровня LLC, но отличается тем, что на месте поля длины в нем определено поле типа протокола (поле Type). Это поле предназначено для тех же целей, что и поля DSAP и SSAP кадра LLC - для указания типа протокола верхнего уровня, вложившего свой пакет в поле данных этого кадра. Для кодирования типа протокола используются значения, превышающие значение максимальной длины поля данных, равное 1500, поэтому кадры Ethernet II и 802.3 легко различимы.
Еще одним популярным форматом кадра является кадр Ethernet SNAP (SNAP - SubNetwork Access Protocol, протокол доступа к подсетям). Кадр Ethernet SNAP определен в стандарте 802.2H и представляет собой расширение кадра 802.3 путем введения дополнительного поля идентификатора организации, которое может использоваться для ограничения доступа к сети компьютеров других организаций.
В таблице 2 приведены данные о том, какие типы кадров Ethernet обычно поддерживают реализации популярных протоколов сетевого уровня.
Таблица 2
39. Адресация в сетевых системах с пакетной коммутацией. Проблема и общие алгоритмы маршрутизации.
В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IP-адреса и символьные доменные имена. Все эти типы адресов присваиваются узлам составной сети независимо друг от друга.
IP-адрес имеет длину 4 байта и состоит из номера сети и номера узла. Для определения границы, отделяющей номер сети от номера узла, реализуются два подхода. Первый основан на понятии класса адреса, второй - на использовании масок.
Класс адреса определяется значениями нескольких первых бит адреса. В адресах класса А под номер сети отводится один байт, а остальные три байта - под номер узла, поэтому они используются в самых больших сетях. Для небольших сетей больше подходят адреса класса С, в которых номер сети занимает три байта, а для нумерации узлов может быть использован только один байт. Промежуточное положение занимают адреса класса В.
Другой способ определения, какая часть адреса является номером сети, а какая номером узла, основан на использовании маски. Маска - это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые в IP-адресе должны интерпретироваться как номер сети.
Номера сетей назначаются либо централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает автономно.
Процесс распределения IP-адресов по узлам сети может быть автоматизирован с помощью протокола DHCP.
Установление соответствия между IP-адресом и аппаратным адресом (чаще всего МАС-адресом) осуществляется протоколом разрешения адресов ARP, который для этой цели просматривает ARP-таблицы. Если нужный адрес отсутствует, то выполняется широковещательный ARP-запрос.
В стеке TCP/IP применяется доменная система символьных имен, которая имеет иерархическую древовидную структуру, допускающую использование в имени произвольного количества составных частей. Совокупность имен, у которых несколько старших составных частей совпадают, образуют домен имен. Доменные имена назначаются централизованно, если сеть является частью Internet, в противном случае - локально.
Соответствие между доменными именами и IP-адресами может устанавливаться как средствами локального хоста с использованием файла hosts, так и с помощью централизованной службы DNS, основанной на распределенной базе отображений «доменное имя - IP-адрес».
Маршрутизатор представляет собой сложное многофункциональное устройство, в задачи которого входит: построение таблицы маршрутизации, определение на ее основе маршрута, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.
Для алгоритмов маршрутизации характерны одношаговый и многошаговый подходы. Одношаговые алгоритмы делятся на алгоритмы фиксированной, простой и адаптивной маршрутизации. Адаптивные протоколы маршрутизации являются наиболее распространенными и в свою очередь могут быть основаны на дистанционно-векторных алгоритмах и алгоритмах состояния связей.
Алгоритмы маршрутизации должны быть гибкими. Другими словами, алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, предположим, что сегмент сети отвергнут. Многие алгоритмы маршрутизации, после того как они узнают об этой проблеме, быстро выбирают следующий наилучший путь для всех маршрутов, которые обычно используют этот сегмент. Алгоритмы маршрутизации могут быть запрограммированы таким образом, чтобы они могли адаптироваться к изменениям полосы пропускания сети, размеров очереди к роутеру, величины задержки сети и других переменных.
Статические или динамические алгоритмы
Статические алгоритмы маршрутизации вообще вряд ли являются алгоритмами. Распределение статических таблиц маршрутизации устанавливется администратором сети до начала маршрутизации. Оно не меняется, если только администратор сети не изменит его. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружениях, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста.
Т.к. статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети, они, как правило, считаются непригодными для современных крупных, постоянно изменяющихся сетей. Большинство доминирующих алгоритмов маршрутизации 1990гг. - динамические.
Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, программы маршрутизации пересчитывают маршруты и рассылают новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения пронизывают сеть, стимулируя роутеры заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять статические маршруты там, где это уместно. Например, можно разработать "роутер последнего обращения" (т.е. роутер, в который отсылаются все неотправленные по определенному маршруту пакеты). Такой роутер выполняет роль хранилища неотправленных пакетов, гарантируя, что все сообщения будут хотя бы определенным образом обработаны.
Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы
Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Преимущества многомаршрутных алгоритмов очевидны - они могут обеспечить заначительно большую пропускную способность и надежность.
Одноуровневые или иерархические алгоритмы
Некоторые алгоритмы маршрутизации оперируют в плоском пространстве, в то время как другие используют иерархиии маршрутизации. В одноуровневой системе маршрутизации все роутеры равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые роутеры формируют то, что составляет основу (backbone - базу) маршрутизации. Пакеты из небазовых роутеров перемещаются к базовыи роутерам и пропускаются через них до тех пор, пока не достигнут общей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового роутера через один или несколько небазовых роутеров до конечного пункта назначения.
Системы маршрутизации часто устанавливают логические группы узлов, называемых доменами, или автономными системами (AS), или областями. В иерархических системах одни роутеры какого-либо домена могут сообщаться с роутерами других доменов, в то время как другие роутеры этого домена могут поддерживать связь с роутеры только в пределах своего домена. В очень крупных сетях могут существовать дополнительные иерархические уровни. Роутеры наивысшего иерархического уровня образуют базу маршрутизации.
Основным преимуществом иерархической маршрутизации является то, что она имитирует организацию большинства компаний и следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика. Большая часть сетевой связи имеет место в пределах групп небольших компаний (доменов). Внутридоменным роутерам необходимо знать только о других роутерах в пределах своего домена, поэтому их алгоритмы маршрутизации могут быть упрощенными. Соответственно может быть уменьшен и трафик обновления маршрутизации, зависящий от используемого алгоритма маршрутизации.
Алгоритмы с игнтеллектом в главной вычислительной машине или в роутере
Некоторые алгоритмы маршрутизации предполагают, что конечный узел источника определяет весь маршрут. Обычно это называют маршрутизацией от источника. В системах маршрутизации от источника роутеры действуют просто как устойства хранения и пересылки пакета, без всякий раздумий отсылая его к следующей остановке.
Другие алгоритмы предполагают, что главные вычислительные машины ничего не знают о маршрутах. При использовании этих алгоритмов роутеры определяют маршрут через об"единенную сеть, базируясь на своих собственных расчетах. В первой системе, рассмотренной выше, интеллект маршрутизации находится в главной вычислительной машине. В системе, рассмотренной во втором случае, интеллектом маршрутизации наделены роутеры.
Компромисс между маршрутизацией с интеллектом в главной вычислительной машине и маршрутизацией с интеллектом в роутере достигается путем сопоставления оптимальности маршрута с непроизводительными затратами трафика. Системы с интеллектом в главной вычислительной машине чаще выбирают наилучшие маршруты, т.к. они, как правило, находят все возможные маршруты к пункту назначения, прежде чем пакет будет действительно отослан. Затем они выбирают наилучший мааршрут, основываясь на определении оптимальности данной конкретной системы. Однако акт определения всех маршрутов часто требует значительного трафика поиска и большого об"ема времени.
Внутридоменные или междоменные алгоритмы
Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними. Природа этих двух типов алгоритмов различная. Поэтому понятно, что оптимальный алгоритм внутридоменной маршрутизации не обязательно будет оптимальным алгоритмом междоменной маршрутизации.
Алгоритмы состояния канала или вектора расстояния
Алгоритмы состояния канала (известные также как алгоритмы "первоочередности наикратчайшего маршрута") направляют потоки маршрутной информации во все узлы об"единенной сети. Однако каждый роутер посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных каналов. Алгоритмы вектора расстояния (известные также как алгоритмы Бэлмана-Форда) требуют от каждогo роутера посылки всей или части своей маршрутной таблицы, но только своим соседям. Алгоритмы состояния каналов фактически направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как алгоритмы вектора расстояний отсылают более крупные корректировки только в соседние роутеры.
Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния каналов несколько меньше склонны к образованию петель маршрутизации, чем алгоритмы вектора расстояния. С другой стороны, алгоритмы состояния канала характеризуются более сложными расчетами в сравнении с алгоритмами вектора расстояний, требуя большей процессорной мощности и памяти, чем алгоритмы вектора расстояний. Вследствие этого, реализация и поддержка алгоритмов состояния канала может быть более дорогостоящей. Несмотря на их различия, оба типа алгоритмов хорошо функционируют при самых различных обстоятельствах.
В телекоммуникационных системах различают несколько видов передачи информации - выделенный канал (рассмотренные нами ранее, поэтому на них останавливаться не будем), коммутация пакетов , коммутация сообщений , коммутация пакетов сообщений .
Коммутируемой транспортной сетью называется сеть, в которой между двумя (или более) конечными пунктами устанавливается связь по запросу. Существуют следующие методы коммутации : коммутация цепей (каналов); коммутация с промежуточным хранением, которая разделяется на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.
Давайте представим себе железнодорожную компанию «ЖелДорБанкрот», которая формирует отправляемые составы исходя из числа пассажиров, купивших билет на рейс. Вместо того, чтобы проанализировать пассажиропоток и загруженность железнодорожной сети, компания всякий раз отправляет избыточное число вагонов. Это и экономические потери и крайне не эффективное использование путей. Примерно по этой же схеме работает метод коммутации сообщений .
Технология коммутации сообщений относится к технологии типа "запомнить и послать". Кроме того, технология коммутации сообщений обычно предусматривает отношение "главный - подчиненный" . Все операции по хранению и пересылке сообщений фактически выполняются в центре коммутации сообщения (ЦКС), представляющей собой коммуникационную ЭВМ. Именно эта ЭВМ управляет входящими и выходящими потоками сообщений, учитывает уровни приоритетов поступающих сообщений. Естественно, высокоприоритетные задачи задерживаются в ЦКС значительно меньше тех, что имеют более низкий приоритет.
ПРИМЕЧАНИЕ
Коммутация сообщения преобладала над другими видами передачи сравнительно давно, порядка 40 лет назад. До сих пор она широко используется при передаче электронной почты, рассылках новостей, телеконференциях.
При коммутации сообщений каждое сообщение в процессе передачи от источника к приемнику, проходя соответствующие ЦКС, сохраняет свою целостность, являясь единичным объектом передачи. Это означает, что какова бы не была длина сообщения, передается оно целиком . Важно отметить, что транзитный узел не может начинать дальнейшую передачу части сообщения, если оно еще принимается. Это существенным образом снижает производительность ресурсов вычислительной сети, что экономически не целесообразно.
Прежде чем переходить к недостаткам метода вспомним «ЖелДорБанкрот», которая крайне не эффективно использовала свои возможности. Также как и вышеупомянутая компания метод коммутации сообщений обладает рядом узких мест, к которым можно отнести:
для успешной передачи сообщений, длина которых заранее не известна, требуется наличие в узлах передачи буферных запоминающих устройств большого размера;
существенные ограничения по организации работы в оперативном режиме (режиме реального времени);
коммуникационные возможности коммутатора сообщений и его пропускная способность могут ограничивать число сообщений, передаваемых в единицу времени;
использование соединения типа «главный-подчиненный» ненадежно, т.к. при выходе из строя коммутатора сеть перестает работать;
каналы передачи данных используются менее эффективно по сравнению с другими методами коммутации с промежуточным хранением .
Начав с недостатков, мы обязательно должны указать преимущества метода коммутации сообщений:
не требуется заблаговременно устанавливать канал связи между абонентами;
можно организовать системы обслуживания запросов с учетом их приоритетов;
существует возможность сглаживания пиковых нагрузок, т.к. низкоприоритетные задачи могут запоминаться в ЦКС и отправляться после спада основной нагрузки;
отсутствуют потери запросов на обслуживание.
Когда используется коммутация пакетов , данные (сообщения), которые необходимо передать разбиваются на короткие пакеты , имеющие фиксированную длину. Каждый пакет снабжается дополнительной информацией в соответствии с протоколом, используемым для его передачи (см. п. 5.6). Пакеты, принадлежащие одному и тому же пользовательскому сообщению, как правило, передаются по различным маршрутам в составе дейтаграмм . Управление передачей и обработкой пакетов в узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП). Пакеты в ЦКП долго не хранятся, а значит, доставляются получателю с минимально возможными задержками, где из них восстанавливается исходное сообщение.
В отличие от коммутации сообщений технология коммутации пакетов позволяет осуществлять :
менее затратное подключение к коммутаторам дополнительных линий связи;
маршрутизацию в обход поврежденных или занятых узлов связи, это увеличивает скорость работы и надежность передачи информации, а также повышает эффективность использования сетевых ресурсов.
Для увеличения производительности телекоммуникационных систем используется мультиплексирование с помощью разделения времени , когда один канал эксплуатируется несколькими пользователями одновременно. Мультиплексирование порта и канала называют виртуальным каналом . В настоящее время коммутация пакетов является основной для передачи данных.
При коммутации цепей (каналов) связь между абонентами устанавливается заблаговременно и на протяжении всего сеанса передачи, данные проходят по каналу с постоянной полосой пропускания в режиме реального времени. Канал связи формируется из отдельных участков с одинаковой пропускной способностью. Прохождение сигнала вызова обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких коммутационных устройств, размещаемых в центрах коммутации каналов (ЦКК). Коммутационное устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим и одним исходящим каналами. Часто бывает так, что при попытке установить канал связи, вызываемая сторона (или хотя бы одно из коммутационных устройств в цепочке прохождения сигнала вызова) занята. В этом случае сигнал вызова блокируется, а вызывающий абонент через некоторое время должен его повторить. Из-за этого время установления соединения может существенно возрастать .
После того как соединение установлено, ЦКК выполняет минимальный набор сервисных функций по поддержанию соединения и организации временных каналов. В качестве недостатков метода коммутации цепей можно указать следующие:
Преимущества метода коммутации цепей:
работа в режиме реального времени;
широкая область применения (главным образом передача акустических сигналов).
Теперь мы вплотную подошли к проблеме выбора оптимального маршрута доставки информации от отправителя к получателю. Этот процесс называется маршрутизацией , а выбор маршрута производится в соответствии с используемым алгоритмом маршрутизации .
ПРИМЕЧАНИЕ
Если говорить о сетях, то в подсети, использующей дейтаграммную службу выбор маршрута для каждого пакета должен производиться заново, т.к. оптимальный маршрут мог измениться. Если используются виртуальные каналы, маршрут выбирается только при создании нового виртуального канала .
Основную цель маршрутизации можно определить следующим образом - доставка пакета получателю за минимально возможное время, при сохранении требуемой пропускной способности и минимальных потерях информации. Здесь приходится учитывать и топологию сети и то, что маршрутизаторы (коммуникационные устройства, осуществляющие пересылку и маршрутизацию), а также линии связи могут выйти из строя.
В отечественной литературе, например, в выделяют три способа маршрутизации: централизованная маршрутизация (выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, что чревато отказом всей сети при выходе из строя центрального узла); распределенная маршрутизация (функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, а значит, обеспечивается большая гибкость); смешанная маршрутизация сочетает принципы централизованной и распределенной маршрутизации.
Почему вопросами создания алгоритмов маршрутизации до сих пор занимается огромное количество ученых и инженеров, несмотря на то, что технология с успехом работает много лет? Ответ предельно просто и заключается в следующем - мы не знаем как будет изменяться нагрузка в сети в следующий момент времени. Хотя крайне важными параметрами остаются топология сети и ее изменение (в результате отказов узлов и линий связи, а также при подключении новых), а также различная пропускная способность участков сети. Но оба эти параметра можно определить и передать маршрутизаторам. А значит, во всех случаях алгоритмы маршрутизации выполняются в условиях неопределенности текущего и будущего состояний телекоммуникационной системы .
Рассмотрим несколько наиболее известных и широко применяемых алгоритмов маршрутизации. Сначала давайте проведем черту между существующими алгоритмами. Они разделяются на два больших класса: адаптивные и неадаптивные . Вместо того чтобы учитывать топологию сети и изменение ее состояния, а также измерять текущий трафик неадаптивные алгоритмы выбирают маршруты заранее. Полученный список маршрутов загружается в маршрутизаторы на этапе загрузке сети. Эта процедура называется статической маршрутизацией . Адаптивные алгоритмы напротив охотно пользуются всеми параметрами, которые можно измерить.
Вне зависимости от топологии сети и интенсивности трафика все алгоритмы маршрутизации базируются на принципе оптимальности и концепции кратчайшего пути . В соответствии с принципом оптимальности , если маршрутизатор B располагается на оптимальном маршруте от маршрутизатора A к маршрутизатору C , то оптимальный маршрут от маршрутизатора B к маршрутизатору C совпадает с частью первого маршрута .
ПРИМЕЧАНИЕ
Концепция кратчайшего пути, чаще всего поясняется на графах, где каждый узел сети - вершина графа, а дуга - линия связи. В этом случае для поиска кратчайшего пути на графах используется, например, алгоритм Дейкстры.
Наиболее простой статический алгоритм маршрутизации - заливка . Здесь можно провести аналогию с методом полного перебора из методов оптимизации и поиска экстремума функции. Суть заливки заключается в том, что каждый пришедший пакет посылается на все исходящие линии, кроме той, по которой он поступил. Это порождает бесконечное число дублированных пакетов. Для ограничения количества тиражируемых пакетов используются счетчики, которые помещаются в заголовок пакета и уменьшаются при прохождении каждого маршрутизатора. Если счетчик обнуляется, то такой пакет удаляется. Кроме данного метода применяются еще ряд вариаций на тему счетчиков и помещения в заголовки номера пройденного узла.
Однако на практике применяется выборочная заливка . Отличие его состоит в том, что пакеты посылаются не на все исходящие линии, а только на те, которые идут в приблизительно правильном направлении. Такой «громоздкий» алгоритм может подойти военным, где вероятность потери части сети из-за боевых действий велика, а также для тестирования других алгоритмов. Напомним, что также как и метод полного перебора, заливка рано или поздно найдет оптимальный маршрут.
На практике, современные системы телекоммуникаций применяю не статические, а динамические алгоритмы маршрутизации.
Многие юзеры не знают, в чём состоит разница между маршрутизаторами и коммутаторами, ошибочно думая, что устройства имеют одинаковый принцип работы и служат для одних и тех же целей. Чтобы понять отличие, необходимо изучить, для чего используются гаджеты, где чаще всего их устанавливают, на чем основано их функционирование. Главный вывод, который можно сделать, - маршрутизатор и коммутатор - это устройства, применяемые для различных задач и целей. При этом они имеют разную стоимость. Стоит отметить, что оба гаджета используются для . Иногда их сравнивают с третьим видом гаджетов - концентратором, который на сегодняшний день является устаревшим и не соответствует современным технологическим требованиям. Информация, приведённая в статье, будет интересна людям, которым интересен принцип построения сети. В некоторых случаях нужно применять один тип устройств, в то время как в других целесообразно установить второй тип.
Switch и маршрутизатор выполняют различные функции внутри сети
Принцип работы коммутатора
Чтобы понять, в чем разница между коммутатором и маршрутизатором, необходимо изучить основы работы этих устройств. Стоит отметить, что коммутатор, который устанавливается для компьютерных сетей, называется сетевым. Такой прибор применяется для подключения разнообразных компьютеров в сеть в пределах нескольких либо одного сегмента. При этом стоит отметить, что используется канальный, то есть второй уровень модели OSI. Первый уровень применяют устаревшие концентраторы. При этом девайс передаёт информацию непосредственно получателю, что повышает безопасность и производительность устройства по сравнению с концентратором. Коммутатор сохраняет специальные таблицы коммутации. Это сведения о соответствии MAC-адресов узлов к портам гаджета. В процессе работы девайс устанавливает MAC-адрес хоста-отправителя и заносит информацию в таблицу.
Другими словами, любой фрагмент Ethernet, то есть фрагмент пакетной передачи данных, имеет MAC-адрес. Гаджет фиксирует данные о нем и осуществляет работу своеобразного регулировщика, то есть определяет компьютер, на который можно пересылать информацию. Соответственно, на другие компьютеры данные не могут быть переданы. Таким образом, сетевой девайс такого типа гарантирует прямое подключение между передающим и принимающим ноутбуком, компьютером.
Такой девайс не всегда удобно применять при работе с крупными сетями, поскольку память таблиц, с которыми он работает, является лимитированной. При этом такие устройства имеют невысокую цену и обладают прекрасной скоростью функционирования . Очень часто их применяют в крупных компаниях для построения сетей, поскольку такой вариант является недорогим.
Принцип функционирования роутера
Маршрутизатор - это знакомый многим роутер. Такие приборы обладают большим объёмом памяти и фактически представляют мини компьютер. Это позволяет роутеру работать с трафиком до 1 гигабайта. Преимуществом является то, что маршрутизатор совместим со всеми видами интерфейсных модулей. Стоит отметить, что устройство позволяет подключать неограниченное число маршрутов.
Не всегда юзеров удовлетворяет скорость работы, поскольку маршрутизатор проверяет полностью все данные, а не только MAC- и IP-адрес. Такие гаджеты обладают расширенным набором функций , например, могут определить различные программы, которые поступают в качестве входящей информации. Стоит отметить, что девайс функционирует на третьем, более продвинутом уровне OSI. Маршрутизатор позволяет связывать несовместимые по протоколу и архитектурам сети. Такие современные и удобные устройства, безусловно, стоят дороже. При этом девайсы прекрасно справляются с созданием крупных сетей.
Очень часто роутеры применяются для домашнего использования. Обычно гаджет получает IP-адрес от поставщика услуг интернет, а сам проводит IP-адресацию по локальной сети. Множество продвинутых приборов позволяет пользователю ощутить преимущество использования дополнительных функций. Среди них встроенная защита от опасных вредоносных программ, удобный веб-интерфейс, в который можно зайти с помощью любого компьютера либо ноутбука, и даже возможность подсоединения принтера.
Разница между двумя приборами может быть не очень ясна простому обывателю на первый взгляд. Стоит отметить, что они могут использоваться для одних и тех же функций. При этом гаджеты отличаются по своим принципам работы, стоимости, скорости работы и прочим параметрам. Маршрутизатор как бы «додумывает» маршруты передачи данных в то время, как коммутатор ретранслирует их.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1 КОММУТАЦИЯ ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ 4
1.1 Понятие коммутации. Классификация коммутаций 4
1.2 Коммутация каналов 4
1.3 Коммутация с промежуточным хранением 6
2 МАРШРУТИЗАЦИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ 10
2.1 Сущность и цели маршрутизации 10
2.2 Способы и методы маршрутизации 11
3 ПРИМЕНЕНИЕ ПОДПРОГРАММ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ НА ЯЗЫКЕ ASSEMBLER 14
3.1 Условие задачи 14
3.2 Блок-схемы алгоритма 14
3.3 Текст программы на языке Assambler с подробными комментариями 15
3.4 Результат работы программы 18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 20
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 21
ВВЕДЕНИЕ
В наше время миллионы людей используют Internet в повседневной жизни и это число непрерывно растёт. Современные технологии позволяют использовать сети связи не только для обычного просмотра web - страниц и отправки электронных писем, но и для передачи голоса и видео. Трафик пакетных данных достиг таких объёмов, что для телекоммуникационных компаний любого типа он стал заметным источником доходов. С целью увеличения прибыли операторы стараются повысить эффективность использования сети, а значит, методы маршрутизации и коммутации сетей приобретают все большую значимость. Максимальный коммерческий эффект от сети не может быть получен без рационального использования всех сетевых ресурсов - в первую очередь маршрутизаторов и каналов связи. Функционирование пакетной сети можно считать эффективным только тогда, когда каждый ресурс загружен, но не перегружен.
Несколько лет назад услуги телевидения и телефона предоставлялись пользователям по различным сетям доступа. В конце 90-х - начале 2000 года в телекоммуникации начался новый этап развития индустрии, а именно конвергенция трафика. Теперь по одним и тем же сетям доступа пользователи могут получать услуги и телевидения, телефонии, доступа в Internet и др. виды сервисов. Однако методы маршрутизации и коммутации, которые применялись для трафика единственного типа сервиса, стали неэффективными для трафика пакетов различных сервисов. Поэтому в настоящее время коммутация и маршрутизация телекоммуникационных систем являются актуальными темами для изучения.
Целью курсовой работы является изучение таких понятий, как «коммутация» и «маршрутизация» в телекоммуникационных системах, их классификаций, а также способов и методов их реализации.
Задачи курсовой работы:
1. Раскрыть понятие «коммутации» и «маршрутизации»
2. Выявить сущность и цели данных процессов
3. Изучить методы и способы коммутации и маршрутизации
4. Применить навыки, полученные на занятиях, на практике.
Объектами исследования являются процессы коммутации и маршрутизации в телекоммуникационных системах.
Предмет исследования - цели, методы и способы коммутации и маршрутизации.
1 КОММУТАЦИЯ ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
1.1 Понятие коммутации. Классификация коммутаций
Коммутация - процесс соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Она является жизненно важным элементом связи абонентских систем (АС) между собой и с центрами управления, обработки и хранения информации в сетях. Узлы сети подключаются к некоторому коммутирующему оборудованию, избегая таким образом необходимости создания специальных линий связи. Коммутируемой транспортной сетью называется сеть, в которой между двумя (или более) конечными пунктами устанавливается связь по запросу. Примером такой сети является коммутируемая телефонная сеть (Рисунок 1). Существуют следующие методы коммутации:
- коммутация цепей (каналов);
- коммутация с промежуточным хранением, разделяемая на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.
Рисунок 1 - Коммутация абонентов через сеть транзитных узлов
1.2 Коммутация каналов
При коммутации каналов (цепей) между связываемыми конечными пунктами на протяжении всего временного интервала соединения обеспечивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной полосой пропускания (Рисунок 3,4).
Преимущества метода коммутации цепей:
- ........
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Прогопедия - энциклопедия языков программирования [Электронный ресурс]: Assembler - язык программирования низкого уровня. - Режим доступа:
2. Учеба - Легко - крупнейший портал по учебе [Электронный ресурс]: Вычислительны системы, сети и телекоммуникации: Коммутация и маршрутизация телекоммуникационных систем. - Режим доступа:
3. Siblec.ru - Банк лекций [Электронный ресурс]: Лекции по сетям связи и системам коммутации: Методы коммутации в телекоммуникационных сетях. - Режим доступа:
4. Студопедия - лекционный материал для студентов [Электронный ресурс]: Коммутации в телекоммуникационных системах. - Режим доступа:
5. MyShared.ru - крупнейшая база готовых презентаций с возможностью предпросмотра [Электронный ресурс]: Презентация на тему: Телекоммуникационные системы. Основные сведения. - Режим доступа:
6. Distanz.ru - сетевая система обучения [Электронный ресурс]: Телекоммуникационные системы. Коммутация в сетях. Маршрутизация пакетов в сетях. - Режим доступа: