9. Принципы доставки информации

9.1. Атрибуты телетрафика

Мультисервисная сеть должна гарантировать предоставление услуг с определенным качеством для каждого требования, обеспечивая семантическую и временную прозрачность соединения.

Семантическая прозрачность - это способность сети обеспечивать доставку информации от источника к адресату с приемлемым для данной службы уровнем ошибок.

Временнáя прозрачность - свойство сети обеспечивать такие значения задержки и дро-жания (джиттера) задержки, которые удовлетворяют требованиям качества обслуживания пользователей.

Требования к семантической прозрачности

Любые реальные системы передачи вносят ошибки, вызываемые, например, помехами, искажениями сигналов, шумами, замираниями, частота и природа которых могут быть различными. Уровень ошибок определяет верность приема информации. Качество цифровых систем передачи (ЦСП) определяется коэффициентом ошибок по битам (КОБ), величина которого сходится к вероятности ошибочного приема двоичного символа РОБ [2]:

  (9.1)

где nОБ - количество принятых битов с ошибками;

nS - общее количество битов, переданных источником.

В сетях с пакетной коммутацией используется показатель качества - вероятность искажения пакета РПАК:

  (9.2)

Последствия ошибок при пакетной коммутации приводят к потере пакетов или к передаче их не по назначению. Вероятность потери пакета РПП из-за ошибок маршрутизации или перегрузок буферов в коммутационных узлах определяется выражением:

  (9.3)

где nПП - количество потерянных пакетов;
nS ПАК - общее количество переданных пакетов.

Вероятность ошибочной доставки пакета РОД из-за искажения заголовка (при достаточно большом времени наблюдения) определяется выражением:

  (9.4)

где nОД - количество пакетов, доставленных не по адресу;
      nS ПАК - количество пакетов, принятых за время t.

Ошибки возникают как из-за нарушений функционирования технических средств доставки информации, так и в процессе передачи в физической среде.

Требования к временнóй прозрачности

Задержка доставки - это интервал между началом передачи пакета (кадра) источником и окончанием приема получателем. Требованиям к времени доставки очень важно удовлетворить для тех служб, которые предоставляют услуги в реальном времени, а именно: телефонии, видеотелефонии, организации распределенных вычислений.

Случайная величина времени задержки tз в сети представляет собой сумму случайных значений задержки в объектах сети, через которые проходит виртуальное соединение (звенья, коммутационные устройства) и определяется следующим соотношением:

  (9.5)

где M – количество звеньев в виртуальном соединении;

N – количество узлов коммутации;

tзпак – время пакетизации (ввода информации пользователя в фрейм (кадр или пакет), подлежащий передаче);

tpз,i – время распространения сигнала в i-ом звене;

tкомз,j – время обслуживания фрейма в j-ом коммутационном устройстве в условиях отсутствия очереди;

tочз,j – время ожидания фрейма в очереди в j-ом коммутационном устройстве.

Это соотношение представляет собой адекватную модель времени задержки, если процессы обработки в коммутационных устройствах и доставки в отдельных звеньях являются статистически независимыми. Для установленного виртуального соединения три составляющих времени доставки - задержка пакетизации, распространения и обслуживания фреймов в коммутационном устройстве при отсутствии очереди - практически постоянны. Поэтому обоснованным является предположение о том, что дисперсия времени доставки определяется в основном дисперсией времени ожидания в очередях коммутационных устройств данного виртуального соединения. На этом основании считают, что джиттер времени доставки определяется только очередями в коммутационных устройствах, где фреймы ожидают передачи в требуемом направлении.

Требования разных служб к качеству доставки информации (семантической и временной прозрачности) могут существенно отличаться друг от друга, что показано в таблице 9.1.

Табл. 9.1. Требования служб к качеству доставки информации

Вид службы

Вероятность ошибки на бит

Вероятность потери фрейма

Вероятность ошибки адресации

Задержка, мс

Телефонная

10-7

10-3

10-3

25мс/500мс

Передача данных

10-7

10-6

10-6

50мс/1000мс

Управление обработкой в распределенных базах данных

10-5

10-3

10-3

1000 мс

Звуковой сигнал с высокой точностью воспроизведения

10-5

10-7

10-7

1000 мс

Телевизионное вещание

10-6

10-8

10-8

1000 мс

При диалоге в телефонии важна общая задержка доставки, которая не должна превышать 25 мс в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.164. Большая величина задержки приводит к необходимости применения эхоподавителей. Использование эхоподавителей эффективно при общей задержке до 150 мс.

Как видно из данных таблицы 9.1, наиболее критична к битовым ошибкам и к задержке служба телефонии как представитель интерактивных служб реального времени. Служба телевизионного вещания наиболее критична к потере фреймов и к ошибкам их адресации.

В конце 20-го века МСЭ-Т уточнил требования к задержке для службы ПД в сторону ее уменьшения до 50 мс, чтобы обеспечить взаимодействие распределенных баз данных.

Разделение трафика на категории (Grade) или классы (Class) – необходимое требование для предоставления сетевых ресурсов пользователям, информация которых чувствительна к задержке, джиттеру задержки и потерям.

Одно из основных понятий в описании мультисервисных сетей - скорость передачи службы. В рекомендациях МСЭ-Т она определяется как скорость переда информации, доступная пользователю данной службы. Все службы делятся на две группы:

  • с постоянной скоростью передачи (ПСП) и;
  • с изменяющейся скоростью передачи (ИСП).

Если источник генерирует информацию с ИСП, то скорость передачи может характеризоваться пиковой (Vп) и средней (Vс) величинами (рисунок 9.1).


Рисунок 9.1. Характеристика скорости источника

Источники, генерирующие информацию с изменяющейся скоростью, характеризуются коэффициентом пачечности Кп = Vп/Vс и средней длительностью пика Tп. Пиковая, средняя скорость и коэффициент пачечности источников характеризуют конкретную службу, хотя стохастические процессы от сеанса к сеансу могут отличаться.

Если канал использует источник какой-либо службы, генерирующий информацию с изменяющейся скоростью, то в моменты превышения V(t) максимально допустимого значения Vmax качество обслуживания снижается.

Источник информации мультисервисной сети характеризуется двумя группами параметров трафика. К первой группе относятся:

- интенсивность поступающего от пользователя потока требований l , выз/час;

- средняя длительность сеанса Тс, с;

- удельная нагрузка источника ауд, Эрл .

Вторая группа параметров характеризует собственно абонентский терминал (Рекомендация I.311 Белой книги ITU-T):

- средняя (битовая) скорость передачи Vс;

- пиковая скорость передачи Vп;

- коэффициент пачечности Кп = Vп /Vс .

Ряд известных служб относят к службам с ПСП (не используется статистическое мультиплексирование и паузы при передаче не обнаруживаются):

  • обычная телефония,
  • цветной факс,
  • передача файлов.

Службы с ИСП делят на две группы:

  • стартстопного;
  • непрерывного типа.

Во время сеанса стартстопной службы наблюдаются периоды активности и паузы, что характерно для информационно-поисковых систем, например, при поиске документов, поиске видео. Скорость передачи источников таких служб меняется скачком от нуля до Vп.

Во время сеанса службы с ИСП скорость может меняться плавно, что характерно, например, для цифровой телефонии с использованием статистического кодирования – АДИКМ (рисунок 9.2).


Рисунок 9.2. Плавное изменение скорости при статистическом кодировании (statistical coding)

В мультисервисной сети представлен трафик двух типов:

  • реального времени (пересылаемая информация чувствительна к задержке и/или джиттеру задержки);
  • относительного времени (пересылаемая информация не чувствительна к задержке).

Виды трафика реального времени:

  • телефонный;
  • мультимедиа (multimedia);
  • управления сетью;
  • сигнализации.

Мультимедиа - это синтетическая структура данных, включающая произвольное множество разнотипных информационных элементов (изображение, звук, графика, анимация, текст и др.) в рамках одного высокоскоростного потока данных или приложения.

Разделение трафика на категории (Grade) или классы (Class) – необходимое требование для предоставления сетевых ресурсов пользователям, информация которых чувствительна к задержке, джиттеру задержки и потерям.

Использование сети с коммутацией пакетов для всех видов трафика выдвигает следующие требования к разработчикам сети следующего поколения:

  • обеспечение качества доставки (basic service) для каждого вида информации;
  • разработка новых сигнальных протоколов для установления соединения;
  • разработка транспортных протоколов для передачи сигнальных сообщений (ОКС-7) по сети с коммутацией пакетов.

Использование принципа единой транспортной сети для различных сетей доступа требует создания:

    • шлюзов (Media Gateways), которые позволяли бы подключать к сети следующего поколения объекты различных сетей доступа — от обычной телефонной пары до универсальной мобильной телекоммуникационной системы (UMTS);
    • транспортной сети с широкополосными трактами.

Избыточность ресурсов сети – необходимое условие работы IP-сетей. Существующий принцип маршрутизации "best effort" (“с максимальным усилием”) в сетях IP - это режим доставки без какой-либо гарантии качества доставки (в отличие от гарантий качества доставки в ССОП и сетях с технологией ATM). Резервирование ресурсов (с помощью протокола ReSerVation Protocol - RSVP) используется в IP-сетях для преодоления недостатков, присущих принципу маршрутизации "best effort".

Вопросы построения сетей с гарантированным качеством услуг являются предметом внимания Международного Союза Электросвязи, особенно в связи с развертывание работ по созданию глобальных сетей третьего и четвертого поколений.

Способы доставки информации

В телекоммуникационных сетях используется два способа доставки информации:

  • с ориентацией на соединение (connection oriented);
  • без ориентации на соединение (connectionless oriented).

Способ доставки информации “с ориентацией на соединение” связан с предварительным обменом сигнальными сообщениями между маршрутизаторами для закрепления элементов соединения за пользователем. Пользовательские данные не снабжаются адресом получателя.

Способ доставки информации “без ориентации на соединение” подразумевает включение адреса получателя в каждое сообщение пользователя (пакет).

9.2. Выбор телекоммуникационной технологии для транспортной сети нового поколения (NGN)

Каждый тип приложения, использующий конкретные ресурсы для взаимодействия через сеть, требует доставки информации с разными показателями качества. В таблице 9.2 приведено несколько примеров приложений с оценкой требований к различным показателям качества доставки информации пользователей.

Таблица 9.2. Требования различных приложений к показателям качества доставки информации пользователей [90]

Тип приложения

Вероятность потери информации

Задержка

Флуктуации задержки

Скорость передачи

Электронная почта

Высокие

Низкие

Низкие

Низкие

Передача файлов

Высокие

Низкие

Низкие

Средние

Web-доступ

Высокие

Средние

Низкие

Средние

Удаленный доступ

Высокие

Средние

Средние

Низкие

Аудио по заказу

Низкие

Низкие

Высокие

Средние

Видео по заказу

Низкие

Низкие

Высокие

Высокие

Телефония

Низкие

Высокие

Высокие

Низкие

Видеоконференции

Низкие

Высокие

Высокие

Высокие

Первые четыре типа приложений, приведенных в таблице 9.2, создают в сети потоки пакетов, обслуживаемые в относительном времени, то есть требования к задержке доставки невысоки, но высоки требования к вероятности потери информации. Последние четыре типа приложений создают в сети потоки пакетов, обслуживаемые в реальном времени, то есть требования к средней задержке доставки и флуктуации задержки высоки.

Важный аспект рассматриваемой проблемы – взаимодействие с сетями мобильной связи. Широко распространенный в России стандарт GSM предусматривает низкоскоростное кодирование. Это приводит к росту задержки при обмене информацией и к некоторому ухудшению качества передачи речи.

Технология асинхронного метода передачи (ATM). Асинхронный метод передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) ориентирован на перенос информации протокольных блоков данных второго и более высоких уровней с высоким качеством. При этом средства передачи выполняют минимум функций на уровне звена данных, что способствует уменьшению задержки ячеек АТМ при передаче через сеть. Благодаря фиксированной длине ячейки АТМ удается минимизировать время обработки (коммутации) на коммутационной станции и объем буферного пространства. Сущность технологии АТМ состоит в транспортировке всех видов информации ячейками фиксированной длины. При этом потоки ячеек от разных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте.

Особенность метода АТМ состоит в приспособленности к транспортировке информации любой службы независимо от требуемой скорости передачи, требований к временнóй, семантической прозрачности сети и пачечности трафика, создаваемого источниками. Достигнутая в настоящее время производительность коммутаторов АТМ (V=23·106 ячеек/с) [90] позволяет создавать мультисервисные сети для всех известных в настоящее время служб.

Асинхронный метод переноса (Asynchronous Transfer Mode) – технология передачи и коммутации широкополосной цифровой сети с интеграцией служб (Broadband ISDN) [37]. Скорость обработки данных пользователя в коммутаторах ATM (узлах ядра сети) может составлять 10 Гбит/с. Сеть с технологией ATM предоставляет услуги передачи речи, подвижных изображений, данных с высокой гарантией качества, с ориентацией и без ориентации на соединения.

Соответствие между моделями протоколов B-ISDN и OSI обеспечивается на физическом и частично на звеньевом уровне (ATM и часть функций уровня адаптации ATM). На верхних уровнях модели могут использоваться другие технологии, например, TCP/IP.

Эталонная модель протоколов B-ISDN с технологией ATM приведена на рисунке 9.4.

Плоскость управления (C) имеет уровневую структуру и определяет протоколы сигнализации, установления, разъединения и контроля соединений.

Плоскость пользователя (U) имеет уровневую структуру и обеспечивает транспортировку пользовательской информации с защитой от ошибок, контролем и управлением потоком, ограничением нагрузки.

Плоскость административного управления (M) реализует выполнение двух видов функций: управления (менеджмента) плоскостями и управления уровнями. Функции управления плоскостями, не разделенные на уровни, состоят в координации взаимоотношений всех остальных объектов модели, то есть относятся ко всей B-ISDN.

Плоскость управления уровнями имеет уровневую структуру и ориентирована на решение задач управления сетью, распределения сетевых ресурсов (с оперативным согласованием их с параметрами трафика), обработки информации эксплуатации и технического обслуживания.

Физический уровень соответствует первому уровню модели ВОС и реализует согласование уровня ATM с физической средой. Уровень АТМ и часть уровня адаптации АТМ соответствуют уровню звена данных модели ВОС. Часть функций уровня адаптации ATM соответствуют сетевому (третьему) уровню модели ВОС.

Физический уровень разделен на два подуровня: зависящий от физической среды и конвергенции (сходство, приближение) с системой передачи. Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость передачи потока битов через физическую среду, обеспечивает синхронизацию между сторонами передачи и приема, линейное кодирование. Если в качестве физической среды используется ВОЛС, то на этом подуровне обеспечивается электронно-оптическое и оптоэлектронное преобразование сигнала. Основное назначение подуровня конвергенции с системой передачи - определение порядка передачи ячеек ATM в битовом потоке.

Основным назначением уровня ATM является обеспечение независимости уровней выше физического от типа линии и вида передаваемой информации. Функции уровня ATM таковы:

  • мультиплексирование и демультиплексирование ячеек ATM;
  • преобразование идентификаторов виртуальных путей (ИВП) и виртуальных каналов (ИВК);
  • генерация или удаление заголовков ячеек;
  • общее управление потоком в интерфейсе "пользователь-сеть".

В таблице 9.3 приведены основные функции протоколов АТМ.

Мультиплексирование ячеек от разных источников в единый поток происходит на передающей стороне. На приемной стороне выполняется разделение единого потока ячеек АТМ на множество потоков в соответствие с их идентификаторами ИВП и ИВК.

Таблица 9.3. Основные функции протоколов B-ISDN

Наименование уровня

Наименование подуровня

Основные функции

Адаптации ATM

Конвергенции

Конвергенция к службе

Сегментации и сборки

Сегментация и сборка

ATM

 
  • Общее управление потоком;
  • Генерация (при передаче), удаление заголовка ячейки ATM (при приеме);
  • Преобразование идентификаторов виртуальных путей и виртуальных каналов;
  • Мультиплексирование (при передаче), демультиплексирование (при приеме).

Физический

Конвергенции с системой передачи

  • Согласование скорости ячеек ATM;
  • Формирование поля контроля ошибок (при передаче), обнаружение и исправление ошибок (при приеме);
  • Адаптация потока ячеек ATM к кадру системы передачи (при передаче), выделение ячеек из кадра (при приеме);
  • Генерация кадра системы передачи и его восстановление на приеме.

Зависящий от физической среды

  • Синхронизация;
  • Передача двоичного сигнала в данной среде.

Функции уровня адаптации АТМ определены в Рекомендации МСЭ-Т I.362 и состоят в предоставлении услуг более высоким уровням.

Подуровень сегментации и сборки на передающей стороне обеспечивает разделение (сегментацию) блоков данных более высокого уровня на сегменты, объем которых достаточен для размещения в информационном поле ячейки АТМ. На приемной стороне протокол этого уровня восстанавливает блоки данных из информационных полей ячеек уровня АТМ.

Функции подуровня конвергенции уровня адаптации АТМ существенно зависят от вида службы. Здесь учитываются требования служб 4-х классов. Этот подуровень предоставляет более высоким уровням услуги подуровня сегментации и сборки через точки доступа к услугам. Для каждой из существующих служб разработан свой протокол уровня адаптации АТМ, так как конкретная служба формирует информационные блоки данных своеобразной структуры и предъявляет специфические требования к их переносу через сеть АТМ.

На рисунке 9.5 показан формат информационной единицы переноса данных между коммутаторами сети – ячейка ATM (sell) длиной 53 октета (заголовок 5 октетов, нагрузочная часть 48 октетов).


Рисунок 9.5. Формат ячейки ATM

Информационная единица коммутации, используемая в коммутаторе ATM – быстрый пакет (fast packet), состоящий из ячейки ATM и маршрутной метки (ММ), с помощью которой обеспечивается коммутация БП с входа на выход коммутационного поля (рисунок 9.6). Количество бит в маршрутной метке зависит от структуры коммутационного поля узла.


Рисунок 9.6. Формат быстрого пакета (fast packet)

На рисунке 9.7 показано использование технологии ATM для доставки пакетов IP в транспортной сети. Технология ATM располагает собственной двухуровневой системой меток. Метки называются идентификаторами виртуальных трактов (VPI) и идентификаторами виртуальных каналов (VCI). В каждом звене виртуального соединения, устанавливаемого в транспортной сети с технологией ATM, ячейкам ATM (ATM Cells), которые переносят содержимое пакета IP, придается уникальное значение VPI. Идентификаторы виртуальных каналов (VCI) заголовка ячейки ATM идентифицируют конкретный поток ячеек ATM пользователя и поэтому коммутаторами транспортной сети с технологией ATM не интерпретируются.


Рисунок 9.7. Использование технологии ATM для доставки пакетов IP в транспортной сети

9.3. Технология MPLS

Технология многопротокольной коммутации с помощью меток

В решении задачи повышения качества услуг мультисервисных магистральных IP-сетей особая роль отведена технологии многопротокольной коммутации с помощью меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS) [70].

В IP-сети выделяют домен MPLS (рисунок 9.8), состоящий из высокоскоростных коммутаторов (Label Switching Router, LSR), обеспечивающих коммутацию с помощью меток (Label) и доставку IP-пакетов без анализа заголовков пакетов.

Информация о классе трафика передается в поле класса услуги (CoS) метки MPLS. Выделение путей (Label Switched Path, LSP), в транзитных узлах которых коммутация пакетов выполняется с помощью меток, внутри домена MPLS обеспечивает протокол назначения меток (Label Distribution Protocol, LDP) - специфический протокол сигнализации.


Рисунок 9.8. Доставка IP-пакетов в домене MPLS

Технология MPLS (Multiprotocol Label Switching) использует коммутацию пакетов с помощью меток и применяется для доставки информации в транспортной сети NGN.

На рисунке 9.9 приведен формат метки (Label), с помощью которой помечаются пакеты, пересылаемые в интерфейсе между соседними узлами (LER – LSR, LSR – LSR, LSR – LER) домена MPLS.


Рисунок 9.9. Место метки (прокладки) MPLS и ее формат

В формате метки имеется 4 поля: время жизни пакета (Time to Live) - 8 бит; индикатор стека меток (Stack Identifier, SI) - 1 бит (SI=1 – последняя (нижняя) метка стека); признак приоритетности кадра (Exp) - 3 бита; собственно метка (Label) – 20 бит.

На рисунке 9.10 показаны граничные (Label Edge Router, LER) и транзитные маршрутизаторы (Label Switching Router, LSR) домéна MPLS, коммутирующие пакеты с помощью меток.


Рисунок 9.10. Граничные (Label Edge Router, LER) и транзитные маршрутизаторы (Label Switching Router, LSR) домeна MPLS

На рисунке 9.11 показан путь (Path) передачи помеченных пакетов от одного граничного маршрутизатора до другого через цепочку коммутаторов (LSR 2, LSR 3, LSR 4).


Рисунок 9.11. Путь (Path) передачи помеченных пакетов

На рисунке 9.12 показан способ доставки данных двух классов (FEC - Forwarding Equivalence Class) в домéне MPLS.

Потоки пакетов IP пересылаются через Internet без гарантий качества доставки. Если информация пользователей чувствительна к задержке, потерям, джиттеру задержки, то для пакетов предварительно может быть создан путь в домéне MPLS, показатели качества доставки в котором гарантируются. Для каждого класса доставки (FEC) пакетов может быть создан отдельный путь.

На рисунке 9.12 показано два пути для помеченных пакетов классов A (стек меток L5, L7 домéна с технологией ATM) и B (стек меток L11, L33 домéна с технологией FR) с определенными гарантиями качества доставки информации.


Рисунок 9.12. Доставка данных двух классов (FEC - For-warding Equivalence Class) в домене MPLS

Путь, созданный для доставки помеченных пакетов от входного граничного маршрутизатора LER 1 до выходного маршрутизатора LER 2, может состоять из нескольких звеньев. В каждом звене пути используется уникальная метка.

В технологии MPLS используется принцип разделения маршрутизации и доставки (пересылки). На рисунке 9.13 приведены протоколы маршрутизации прикладного уровня, которые используют план распределения информации (ПРИ) и топологию сети для формирования таблиц маршрутизации и коммутационных таблиц для коммутирующих маршрутизаторов LER и LSR.


Рисунок 9.13. Разделение маршрутизации и доставки (пересылки) при применении технологии MPLS

Базовые компоненты MPLS разделены на следующие уровни:

      • протокол маршрутизации сетевого уровня (network layer IP routing protocols);
      • доставка данных вне сетевого уровня (edge of network layer forwarding);
      • коммутация с использованием меток в ядре сети (core network label-based switching);
      • детализация и схемотехника меток (label schematics and granularity);
      • сигнальный протокол для распределения меток (signaling protocol for label distribution);
      • управление трафиком (traffic engineering);
      • совмещение вариантов доставки данных на 2-ом протокольном уровне [ATM, Frame Relay, PPP] - compatibility with various Layer-2 forwarding paradigms (ATM, Frame Relay, PPP).

На рисунке 9.14 приведен стек протоколов MPLS. На прикладном уровне решаются задачи маршрутизации, распределения меток (LDP). Доставка сигнальных сообщений протокола LDP может быть поддержана протоколами TCP и UDP транспортного уровня Internet. Протоколы маршрутизации и распределения меток используют оперативную информацию библиотеки программ и данных (LIB). Протокол маршрутизатора IP с функциями MPLS использует таблицу коммутации (MPLS Fwd) для присвоения пакетам меток. Дополнительные данные для маршрутизации пакетов в домене MPLS, отсутствующие в заголовке пакетов IP и учитывающие требования протоколов верхних уровней, могут быть получены из библиотеки программ и данных.

Стек меток

Помеченные пакеты могут нести в себе несколько меток, уложенных в порядке “последним пришел - первым вышел”. Будем называть это стеком меток. Обработка всегда базируется на верхней метке, без учета того, что некоторое число других меток лежало поверх данной в прошлом, или того, что какое-то их число лежит под ней сейчас (рисунок 9.15). Если стек меток имеет глубину m, то считается, что метка на дне стека размещена на уровне 1, метка над ней (если таковая имеется) имеет уровень 2, а метка наверху стека имеет уровень m.

Запись “следующая пересылка с помощью метки” (Next Hop Label Forwarding, NHLFE) используется при переадресации помеченных пакетов. Здесь содержится следующая информация:

  • следующий шаг пакета;
  • операция, которая должна быть произведена над стеком меток.

Возможны операции над стеком меток:

a) заместить метку наверху стека специфицированной новой меткой;

b) извлечь метку из стека;

c) заместить метку наверху стека специфицированной новой меткой и затем ввести в стек одну или более специфицированных меток.


Рисунок 9.14. Стек протоколов MPLS


Рисунок 9.15. Стек меток MPLS

Следующим шагом пакета в домене MPLS может стать текущий коммутирующий маршрутизатор (LSR). В этом случае LSR должен будет извлечь метку из стека и затем переадресовать полученный пакет самому себе. Затем он примет следующее решение переадресации, базирующееся на полученном состоянии стека меток. Это подразумевает, что в некоторых случаях LSR должен будет работать с IP-заголовком для того, чтобы переадресовать пакет в IP-сеть.

Протокол распределения меток LDP

Пользователями LDP являются коммутирующие маршрутизаторы LSR. Они обмениваются сообщениями LDP во время сеанса связи. В состав сообщений LDP входят:

  • открытие / завершение сеанса связи;
  • обнаружение, для извещения соседнего LSR (“Привет”);
  • создание/удаление/изменение метки;
  • уведомление об ошибках и советы.

Сообщения обнаружения (соседнего LSR) пересылаются с помощью протокола UDP. Все другие сообщения требуют гарантированной доставки и поэтому пересылаются с помощью протокола TCP. Сообщения “Привет” посылаются на порт 646 UDP. Сообщения открытия сеанса связи посылаются на порт 646 TCP. В первой версии протокола LDP отсутствуют широковещание, доставка по нескольким путям и гарантии качества доставки.

Процесс присвоения пары “FEC-метка” потоку пакетов в каждом звене пути внутри домена MPLS, является весьма ответственным. Поручать пересылку этой информации протоколу UDP нельзя из-за возможности потери. Для пересылки сообщений “запрос метки” и “присвоение метки” предварительно должен быть открыт сеанс связи с помощью протокола TCP. После установления виртуального соединения с помощью протокола TCP может состояться обмен сообщениями для присвоения метки с высокой вероятностью доставки информации.

Последовательность обмена сообщениями протокола LDP

На рисунке 9.16 приведен пример обмена сообщениями протокола LDP, переносимыми с помощью протоколов UDP и TCP.


Рисунок 9.16. Пример обмена сообщениями протокола LDP, переносимыми пакетами протоколов UDP и TCP

9.4. Магистральные мультисервисные сети

Основу NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей (см. рисунок 1.1 в разделе 1) [30, 71, 72, 73].

В состав транспортной сети NGN могут входить:

  • транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации;
  • оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети;
  • контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями;
  • шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи (ССОП, СПД, ССПС).

Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему коммутации, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг.

Оконечные и оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен благодаря добавлению функций предоставления услуг. Для построения таких узлов может использоваться технология Softswitch. Структура мультипротокольной транспортной сети представлена на рисунке 9.17.


Рисунок 9.17. Структура мультипротокольной транспортной сети

Архитектура сети связи, построенной в соответствии с концепцией NGN, представлена на рисунке 1.1 (раздел 1).

Компоненты NGN:

  • серверы приложений (E-mail, SMS, Billing, SN-IN (Source Name - Internet Name Service), TMN, …);
  • программное обеспечение (ПО) для поддержки прикладного программного интерфейса (Application Programming Interface, API);
  • прикладной программный интерфейс (API);
  • Softswitch (контроллер медиашлюзов, обработчик вызовов, конвертор сигнализации);
  • программное обеспечение (ПО), используемое для поддержки интерфейсов;
  • транспортные платформы, медиашлюзы (информационные, сигнальные, управления).

Основные функции Softswitch таковы:

  • управление медиашлюзами (в плоскостях C, M) по протоколам MGCP/MEGACO/H.248, H.323, SIP;
  • управление транспортными сетями (установление соединений, маршрутизация, управление трафиком);
  • поддержка взаимодействия с приложениями.

В последнее время ряд крупных фирм, в частности, Alcatel, под Softswitch понимает гибкий коммутатор, поддерживающий функции управления гибридной коммутацией, т.е. оценивающий входящий трафик по различным характеристикам и направляющий его через соответствующие этим характеристикам сéти (включая сети с КК, КП, ATM). По крайней мере, такие возможности управления заложены в протоколе Н.248.

Проблемы внедрения услуг в NGN:

  • отсутствие современной инфраструктуры для развертывания инфокоммуникационных услуг;
  • недостаточное исследование рынка услуг (как по объемам, так и по платежеспособному спросу);
  • учет неудачного опыта зарубежных операторов в оценке рынка и развертывания услуг N-ISDN и B-ISDN.

Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие поставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться на основе функциональной модели распределённых (региональных) баз данных, реализуемых в соответствии с Рекомендацией ITU-T X.500 [74]. Доступ к базам данных организуется с использованием протокола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol).

Базы данных позволяют решить следующие задачи:

  • создание абонентских справочников;
  • автоматизация взаиморасчётов между операторами связи и поставщиками услуг;
  • обеспечение взаимодействия операторов связи в процессе предоставления интеллектуальных услуг;
  • обеспечение взаимодействия терминалов, характеризующихся различными функциональными возможностями.

Базы данных могут использоваться также поставщиками услуг для организации платных информационно-справочных услуг.

Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, например, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 (2-ой проект партнерства по системам мобильной связи 3-го поколения) и т.д.

Для управления услугами могут использоваться протоколы:

  • H.323 (стандарт ITU-T, определяющий требования к видеоконференциям, проводимым через сети с коммутацией пакетов, то есть по линиям связи с негарантированным качеством доставки информации, например, по сети Ethernet);
  • SIP (Session Initiation Protocol) – протокол инициализации сеанса связи в пакетных сетях [75];
  • INAP (IN Application Protocol) – прикладной протокол интеллектуальной сети [76].

В качестве технологической основы построения транспортного уровня мультисервисных сетей рассматриваются технологии АТМ, MPLS, 10GE, IP с возможным применением в будущем оптической коммутации [37].

Мультисервисные сети представляют собой самостоятельный класс сетей, строящихся на основе концепции NGN, на базе которых может быть осуществлено предоставление широкого набора как традиционных, так и новых услуг.

Определение мультисервисных сетей как самостоятельного класса означает, что их регламентация должна осуществляться на основе нормативно-технической базы, учитывающей особенности интеграции различных услуг и системно-технических решений в рамках одной сети.

Базовые услуги, предоставляемые существующими сетями связи и мультисервисными сетями (например, услуги телефонии) должны обладать идентичными характеристиками. Это означает, что мультисервисные сети должны обеспечивать выполнение принятых норм и требований для каждого типа услуг, включая показатели качества, параметры интерфейсов, адресацию/нумерацию и т.д.

Для новых типов услуг (таких как услуги ИСС, услуги мультимедиа, инфокоммуникационные услуги) мультисервисные сети должны обеспечивать возможность взаимодействия с аналогичными услугами других сетей.

Построение мультисервисных сетей должно соответствовать двухуровневой архитектуре: регионального и магистрального (включая межрегиональный) уровней (рисунок 9.18).

Это создаст условия для повсеместного внедрения инфокоммуникационных услуг и решения таких задач, как обеспечение структурной надежности, нормирование показателей качества услуг и т.п.

На региональном уровне мультисервисная сеть должна обеспечивать подключение терминалов абонентов и предоставление им как транспортных, так и инфокоммуникационных и других услуг, а также обеспечивать возможность взаимодействия с аналогичными услугами других региональных сетей.

На магистральном уровне мультисервисная сеть должна обеспечивать предоставление услуг переноса для взаимодействия мультисервисных региональных сетей, а также для всех существующих сетей (при необходимости).

Решение указанных задач связано с формированием сетей доступа, которые бы позволили, с одной стороны, обеспечить разделение трафика на участке, где не накладываются жесткие ограничения на скорость передачи, и, с другой стороны, не осуществляется концентрация трафика. Сеть доступа - это системно-сетевая структура, состоящая из абонентских линий, узлов доступа, систем передачи, служащая для подключения пользователей к ресурсам региональных сетей.

Доступ к ресурсам мультисервисной сети осуществляется через граничные узлы, к которым подключается оборудование сети доступа или осуществляется связь с существующими сетями. В последнем случае граничный узел выполняет функции межсетевого шлюза.


Рисунок 9.18. Двухуровневая архитектура мультисервисных сетей

Классификация стеков протоколов доставки информации в транспортной сети (рисунок 9.19).

В транспортной сети могут использоваться разнообразные наборы протоколов для доставки информации различных служб и поддержки приложений:

  • IP/AAL/ATM/SDH;
  • IP/MPLS/Ethernet;
  • IP/MPLS/PPP/I.430/I.431;
  • IP/MPLS/LAP-F/I.430/I.431;
  • IP/MPLS/LAP-D/I.430/I.431;
  • IP/MPLS/DWDM.

Выбор того или иного набора протоколов определяется предпочтениями оператора, которые зависят от:

  • типа уже используемых или планируемых для использования технологий физического уровня (SDH, 1GE/10GE BASE-LX, I.430/I.431, DWDM);
  • типа уже используемых или планируемых для использования технологий уровня звена данных (ATM, Ethernet, PPP, LAP-F, LAP-D, DWDM);
  • набора уже имеющихся или планируемых служб и приложений;
  • требований пользователей и многих других причин.


Рисунок 9.19. Стеки протоколов доставки информации в транспортной сети

9.5. Маршрутизация в мультисервисных сетях общего пользования и корпоративных

Межсетевые интерфейсы UNI, NNI, PNNI, B-ICI в мультисервисной сети с технологией АТМ

Процессы маршрутизации обеспечивают решение задач взаимосвязи между услугами связи и функциональными возможностями сети (Рекомендация I.335). Любой запрос связи обрабатывается процессом маршрутизации. Службы сети предоставляют услуги связи пользователям. Понятие услуги не зависит от времени. Предоставление конкретной услуги обычно называется коммутируемой связью. Для каждой коммутируемой связи необходимо подобрать соответствующий тип соединения (Рекомендация I.340). Типы соединений также не зависят от времени. Пользователь специфицирует только требуемую услугу, сеть же распределяет ресурсы, позволяющие установить соединение конкретного типа.

Понятие маршрут определяет соотношение между коммутируемой связью и соединением. Маршрут – это конкретное соединение для конкретной коммутируемой связи. На рисунке 9.20 показаны принципы подбора сетевых средств и соотнесение их с маршрутом.

Для создания условий пользования связью сеть должна выбрать:

    • соответствующий тип соединения для поддержки услуги;
    • множество элементов соединения, которые назначаются сетью для реализации соединения нужного типа (Рекомендация I.340).


Рисунок 9.20. Принципы подбора сетевых средств и соотнесение их с маршрутом

Процессы маршрутизации в ATM имеют три аспекта:

    • соответствие между услугами связи и типами соединений;
    • определение параметров маршрутизации, которые должны транслироваться и, возможно, обрабатываться в сети сигнализации;
    • выбор правил, касающихся маршрутизации через различные элементы соединения, с учетом базисных конфигураций, описанных в Рекомендации I.325.

Правила выбора пути в сети с технологией ATM приведены в Рекомендации E.172.

Оператор сети свободен в выборе типа соединения, соответствующего данной запрашиваемой услуге. В некоторых случаях одной конкретной услуге доставки информации могут соответствовать несколько типов соединений. Процесс маршрутизации в ATM состоит из нескольких последовательных этапов, реализация которых необходима для установления соединения в ответ на запрос услуги. На рисунке 9.21 приведена схема, иллюстрирующая использование параметров маршрутизации.


Рисунок 9.21. Иллюстрация использования параметров маршрутизации в ATM

Если пользователь запрашивает услугу, то оконечное оборудование преобразует запрос в сообщение SETUP об установлении соединения (Рекомендация Q.931) [77]. Это сообщение поступает к интерфейсу “пользователь-сеть” для запроса услуг доставки информации, предоставления связи и, возможно, дополнительной услуги. На сетевом уровне кодируются атрибуты запрашиваемой услуги.

План маршрутизации – это совокупность правил, определяющих процесс выбора необходимых компонентов элементов соединения, способных поддерживать услугу связи.

В процессе маршрутизации могут потребоваться следующие параметры и элементы:

  • абонирования вызывающего абонента;
  • входящего маршрута;
  • вызываемого номера;
  • характера запрашиваемой услуги связи;
  • требования к передающей среде;
  • характеристик средств доставки;
  • запроса дополнительной услуги;
  • индикатора предпочтительности ISUP во всех частях соединения;
  • особенностей соединения;
  • требования управления сетью;
  • выбора транзитной сети;
  • “истории” соединения;
  • время суток.

Маршрутизация в сети простой конфигурации

В простой сети с одной станцией (коммутатором), обслуживающей группу источников, необходимо устанавливать виртуальные соединения между пользователями. Эти соединения устанавливаются под управлением протокола маршрутизации станции. Протокол маршрутизации управляет соединением по запросу инициатора. В запросе соединения указывается адрес получателя, параметры качества обслуживания (например, допустимая задержка ячеек АТМ потока пользователя) и скорость. Если получатель доступен (известен адрес порта, куда он подключен), то происходит установление двунаправленного логического соединения между двумя портами на время сеанса.

Результат маршрутизации (адреса двух портов) записывается в таблицу, которая используется коммутатором ячеек АТМ. По созданному соединению будут передаваться ячейки АТМ без их маршрутизации. Это означает, что маршрутизация в такой сети необходима только при установлении и разъединении соединений, а каждая ячейка АТМ потока пользователя не является объектом маршрутизации. Для созданного соединения устанавливается требуемая инициатором скорость потока и задержка передачи ячеек АТМ из конца в конец.

В более сложной сети (с многими станциями) алгоритм маршрутизации усложняется. В корпоративных широкополосных сетях с технологией АТМ применяется протокол маршрутизации корпоративных сетей PNNI (Private Network-to-Network Interface).

Этот протокол позволяет любой станции (коммутатору) найти маршрут до любой другой станции. На рисунке 9.22 приведены интерфейсы, стандартизованные Форумом ATM: PNNI, Public UNI, Private UNI, B-ICI. Взаимодействие сетей общего пользования происходит по широкополосному интерфейсу B-ICI (Broadband Intercarrier Interface). Интерфейс Public UNI применяется для взаимодействия сетей общего пользования и корпоративных (ограниченного пользования) сетей. Интерфейс Private UNI применяется для взаимодействия коммутаторов ATM корпоративных сетей.


Рисунок 9.22. Интерфейсы сетей с технологией ATM

Протокол PNNI состоит из двух частей: протокола маршрутизации запросов соединения (МЗС) и протокола сигнализации. Протокол МЗС обеспечивает передачу оперативной информации о топологии сети (связности станций) и состоянии межстанционных линий. Для получения информации о текущем состоянии соседей все станции должны обмениваться сообщениями протокола приветствия (Hello Protocol), являющегося частью PNNI. В сообщении приветствия (Hello), полученном от соседней станции, содержится идентификатор группы станций, к которой относится источник. Рассмотрим случай обмена сообщениями Hello, когда две станции сети принадлежат одной группе (рисунок 9.23).

Если инициатором передачи приветствия является станция Х.1, то она передает соседней станции через исходящий порт 7 сообщение 1, уведомляя о том, что протокол PNNI функционирует и порт 7 исправен. Если на станции Х.2 протокол PNNI функционирует, то она отвечает сообщением 2, подтверждая в нем идентификаторы удаленной станции ИУС=Х.1, группы ИГ=Х, адрес порта 7 и сообщая о собственном идентификаторе ИС=Х.2 и адресе порта 1, через который принято сообщение 1. В ответ на сообщение 2 станция Х.1 передает сообщение 3, в котором подтверждает полученные данные. После обмена приветствиями обе станции сохраняют записи о топологии ближайшего окружения - ТБО (PNNI Topology State Element, PTSE). Используя эти записи, станции могут определить маршрут для сигнального сообщения вызова, которое позволит установить виртуальное соединение “из конца в конец” для трансляции (уже без маршрутизации) ячеек АТМ потока пользователя.

В результате обмена приветствиями обе станции могут маршрутизировать сигнальные сообщения вызова по линии, связывающей порты 7 и 1. Любая станция, получив новые данные о ТБО и сохранив их в своей БД, транслирует их на другие станции, а поступающие повторные копии стирает. Как только все станции сети получат новые данные о ТБО, подтвердив их получение, лавинный обмен данными о новой топологии прекращается. Для того, чтобы предотвратить занятие большой доли сетевых ресурсов при коррекции данных о меняющейся сетевой топологии, формирование новой ТБО должно происходить лишь при значительных изменения топологии.


Рисунок 9.23. Сообщения протокола приветствия

На каждой станции протокол сигнализации PNNI использует данные о ТБО для маршрутизации запроса соединения. Исходящая станция определяет координаты маршрута передачи запроса соединения (ЗС). Совокупность этих координат называют транзитным списком (Designated Transit List, DTL). Транзитные станции анализируют DTL и устанавливают соответствующее соединение входного порта с выходным. Коммутируемое виртуальное соединение из конца в конец устанавливается протоколом сигнализации после того, как вызываемая пользовательская установка и все транзитные станции подтвердят возможность предоставления услуг, параметры которых имеются в ЗС. Протокол сигнализации PNNI предоставляет услуги установления, поддержания и разъединения двунаправленных коммутируемых виртуальных соединений из конца в конец типа “точка-точка” и однонаправленных - “точка-группа”. Протоколы сигнализации корпоративных сетей известны как UNI 3.1 и UNI 4.1.

Особенность описанного централизованного способа маршрутизации состоит в том, что определение маршрута соединения происходит лишь на одной станции сети. Благодаря этому уменьшается нагрузка на транзитные станции и исключается возможность петель в маршруте. Алгоритм вычисления маршрута не специфицирован международными организациями стандартизации и определяется поставщиком программных и аппаратных средств корпоративной сети.

В процессе установления виртуального соединения необходимо использовать только те станции и каналы связи, которые могут удовлетворить требованиям качества услуги, зафиксированным в ЗС. На каждой станции сети ведется учет свободных и занятых ресурсов. Благодаря этому вновь поступившему ЗС либо выделяется ресурс, либо требование отклоняется. Отклонение требования какой-либо транзитной станцией позволяет исходящей станции продолжить поиск альтернативного маршрута для данного вызова. В момент окончания сеанса связи генерируется запрос разъединения, который проходит по установленному соединению и используется для освобождения занятых ранее ресурсов [78].

9.6. Алгоритмы маршрутизации в сетях с коммутацией пакетов

Под алгоритмами маршрутизации подразумевают протокол сетевого уровня, который управляет пакетами при их движении по подсети связи до требуемого места назначения [79].

В зависимости от принципа передачи сообщений от абонента-источника к абоненту-адресату различают несколько модификаций КП, основными из которых являются режим виртуальных сообщений и дейтаграммный режим.

В режиме виртуальных сообщений абонент-источник перед тем, как послать сообщение абоненту-адресату, посылает специальный пакет виртуального вызова с информацией о величине посылаемого сообщения с целью резервирования ресурса (памяти) абонента-адресата для приема пакетов всего сообщения. Пакет виртуального вызова одновременно фиксирует маршрут передачи пакетов одного и того же сообщения (устанавливает виртуальный канал) и резервирует ресурсы УК для приема следующих друг за другом пакетов этого сообщения. По окончании сеанса связи виртуальный канал разрушается.

При дейтаграммном способе передачи пакетов абонент-источник посылает пакеты сообщения без предварительного уведомления абонента-адресата, при этом пакеты одного и того же сообщения могут передаваться по различным маршрутам. В соответствии с архитектурой цифровых сетей маршрутизация осуществляется на сетевом уровне. При этом процессы маршрутизации, в свою очередь, можно представить в виде трех уровней:

1) передачи пакетов по выбранному маршруту (пути);

2) выбора пути передачи по маршрутным таблицам;

3) коррекции матриц маршрутов.

Методы коррекции матриц для сетей с КП часто называют методами адаптивной маршрутизации. При дейтаграммном режиме необходимость в выполнения процессов первого уровня отпадает, так как перед передачей информационных пакетов никакой маршрут не выбирается и не устанавливается определенный виртуальный канал между источником и потребителем информации. Процесс аналогичен передаче информации по установленному каналу.

Процессы второго уровня (выбор направления передачи по таблице маршрутов) осуществляется в процессе передачи информационных пакетовпо сети в случае дейтограммного режима или с помощью специальных пакетов вызова при установлении виртуального канала. Процессы второго уровня аналогичны установлению соединения.

Процессы первого и второго уровней характерны для фиксированной маршрутизации в сетях с КП. Процессы третьего уровня относятся к динамическому управлению распределением потока пакетов. Коррекция матриц маршрутов как при дейтаграммном режиме, так и при коммутации пакетов с виртуальными каналами может выполняться аналогичными методами [80]. Первоначально принципы построения и функционирования систем адаптивного (динамического) распределения информационных потоков были сформулированы в 1964 г. В. Г. Лазаревым. Несколько позднее на их основе был разработан метод распределенного управления выбором путей передачи информации, получивший название метода рельефов. Однако, несмотря на тот факт, что научный приоритет идей адаптивного распределения принадлежит нашей стране, практическая реализация была осуществлена в США в сети ARPA (Advanced Research Project’s Agency), созданной управлением перспективных научных исследований (DARPA) в 1968 г. Основным критерием оптимальной маршрутизации в сетях с КП является среднее время задержки пакета в сети. Поэтому основной проблемой при адаптивной маршрутизации является оценка времени передачи пакетов по различным маршрутам.

В сетях с КП в режиме виртуальных соединений на каждом УК маршрутизация осуществляется с помощью таблицы путевых номеров виртуальных каналов. Указанная таблица сопоставляет номера линий, связанных с данным УК, а номера логических каналов в этих линиях - с номером виртуального канала. С помощью этих таблиц осуществляется выбор пути передачи пакетов в УК.

Выбор маршрута устанавливаемого виртуального канала может осуществляться централизованно или быть распределенным. При централизованном способе информация о состоянии сети (сведения о нагрузке, наличии свободных логических каналов в линиях связи, данных очередей в УК и др.) поступает в ЦУС или специальный центр маршрутизации. На основе этих данных ЦУС, используя алгоритм выбора кратчайших путей по критерию задержки пакета в сети, определяет по заявке от абонента-источника маршрут прохождения виртуального канала. Сведения о маршруте в виде управляющей информации передаются в УК, через которые проходит образованный виртуальный канал. На основе этой информации заполняется таблица путевых номеров указанных УК. Если виртуальный канал невозможно установить, то ЦУС посылает абоненту-источнику отказ в установлении канала, либо запрос ставится в очередь на ожидание. После окончания сеанса связи ЦУС осуществляет разъединение виртуального канала. Таким образом, выбор оптимального маршрута в случае централизованного управления в сетях с КП в режиме виртуального соединения осуществляется в ЦУС на основе методов потока кратчайшего пути, в частности, матричных методов. При этом, каждой линии назначается определенный вес, зависящий от стоимости линии, ее длины, задержки во времени при передаче сигналов, нагрузки в линии, числа ошибок и др.

При распределенном способе выбора маршрутов виртуальных каналов на каждом УК имеется матрица маршрутов, определяющая порядок выбора исходящих линий для связи с УК, к которому включен абонент-адресат. При поступлении пакета-вызова на определенный УК, в заголовке которого указан УК-адресат, по маршрутной матрице в порядке предпочтения отыскиваются свободные логические каналы в исходящих линиях, при этом номер линии и номер логического канала заносятся в таблицу путевых номеров. Таким образом, таблица путевых номеров УК при каждом запросе на установление виртуального канала записывается в соответствии с маршрутной матрицей и с учетом занятости определенных логических каналов. В сетях с КП используются также гибридные методы маршрутизации, сочетающие в себе элементы распределенной и централизованной маршрутизации.

Выбор алгоритма маршрутизации

Существенными характеристиками любого алгоритма адаптивной маршрутизации являются:

1) способ рассылки информации, используемой для построения маршрутных матриц УК;

2) период обновления маршрутных матриц.

Затраты на адаптацию складываются из расходов на сбор и рассылку служебной информации о состоянии сети и на вычислительные ресурсы для расчета маршрутных таблиц. Чем больше сеть подвержена резким колебаниям нагрузки и частым изменениям структуры, тем динамичнее должен быть алгоритм маршрутизации и тем чаще возникает необходимость в обмене

служебной информацией о состоянии сети, что приводит к отвлечению значительных ресурсов сети. Для применения оптимальных маршрутных решений на узлах необходимо располагать достоверной информацией о ситуации в сети. Эта информация может включать в себя загруженности узлов коммутации сети, длины очередей (например, в пакетах, заявках, блоках и т.п.) по направлениям связи в узлах, состояние каналов связи и т.д.; степень детализации информации зависит от конкретного алгоритма маршрутизации. Основная сложность, возникающая при этом, заключается в соизмеримости скорости изменения ситуации в сети со скоростью передачи информации об этих изменениях. На узлах при принятии маршрутных решений информация о состоянии сети оказывается устаревшей. Поэтому в большинстве случаев пользуются не мгновенными значениями контролируемых параметров, а их усредненными значениями за некоторый промежуток времени. Это связано с тем, что чрезмерно быстрая реакция на мгновенные колебания нагрузки приводит к неустойчивой работе алгоритма маршрутизации и большим издержкам на обмен служебной и формацией. В общем можно сказать, что вопросы: какие параметры сети контролировать, как часто проводить обмен служебной информацией и что конкретно она должна включать в себя, сколько это потребует связных и вычислительных ресурсов сети, – являются ключевыми при разработке новых алгоритмов адаптивной маршрутизации.

Из рассмотрения адаптивных детерминированных методов маршрутизации следует, что каждый из них ориентирован на решение определенного класса задач. Так основным достоинством адаптивных детерминированных методов (например, метода рельефов) является хорошая адаптация к структурным изменениям, но они малоэффективны при возникновении функциональных изменений (перекосов нагрузки и перегрузок). В то же время статистические методы (например, игровой), обладая достаточной эффективностью при отслеживании функциональных изменений, малоэффективны для адаптации к изменению топологии сети.

Для сетей, в равной степени характеризуемых как структурными, так и функциональными изменениями, задача совмещения в одном комбинированном методе достоинств детерминированных и статистических методов и нивелирование присущих им недостатков является актуальной. К числу таких методов относится стохастическо-детерминированный метод. Несмотря на определяющую роль маршрутизации в деле обеспечения эффективной работы сети связи, в силу сложности процессов, протекающих в системах связи, ни одну из маршрутных стратегий нельзя назвать “наилучшей” вообще. Выбор той или иной стратегии маршрутизации необходимо проводить с учетом особенностей контроля и функционирования конкретной рассматриваемой системы связи, включая характеристики и виды передаваемых потоков информации, размерность сети и ее топологию, объем памяти и производительность управляющих вычислительных комплексов узлов сети, пропускную способность линии связи. В сетях большой размерности (более 100 узлов) обычные стратегии маршрутизации оказываются неэффективными, так как возросший размер маршрутных таблиц (пропорционально числу узлов) обусловливает более высокие накладные расходы, связанные передачей по линии значительного объема служебной информации для коррекции маршрутных таблиц и большую загрузку памяти. Одним из путей решения данной проблемы является использование иерархической маршрутизации. При этом сеть разбивается на области, внутри которых маршруты вычисляются на основе региональных стратегий. Области объединяются посредством межрегиональной сети. В этом случае маршруты, соединяющие пользователей различных областей, представляют собой композицию трех локально оптимальных маршрутов (двух областных и одного межрегионального).

Мультисервисные сети связи


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.