|
«Адаптивная маршрутизация
в сетях передачи данных»
Магистерская работа
Обоснование темы и ее актуальность
В недалеком прошлом, когда сфера применения
информационных сетей была строго ограничена, задача адаптивной
маршрутизации практически не возникала: информационная сеть
использовалась практически исключительно для передачи небольшого
объема файлов - данных не критичных относительно качества
обслуживания [2].
Сегодня трафик информационной сети в значительной мере гетерогенен:
по сети передаются как различного рода данные, так и аудио
и видео в реальном времени. В этой связи и возникает задача
адаптивной маршрутизацииm (под адаптивной маршрутизацией подразумеваются
алгоритмы маршрутизации способные балансировать загрузку имеющихся
в распоряжении каналов принимая при этом во внимание текущую
загрузку каналов, тип трафика, пропускную способность и надежность
каналов).
Максимальный эффект от сети передачи не может быть получен
без рационального использования имеющихся ресурсов - в первую
очередь маршрутизаторов и каналов связи. Функционирование
пакетной сети можно считать эффективным, когда каждый ресурс
загружен, но не перегружен. Это значит, что коэффициент использования
ресурса должен приближаться к единице, но не настолько, чтоб
очереди пакетов к нему - неминуемое явление в пакетных сетях
- были бы постоянно большими, приводя к задержкам и потерям
из-за переполнения внутренних буферов маршрутизаторов.
Недостатки существующих решений
Решения, существующие сегодня в области маршрутизации
позволяют обеспечить устойчивое соединение, однако вопросы
повышения эффективности передачи информации остаются, по-прежнему,
актуальными. Резервирование ресурсов и оптимизация производительности,
в существующих решениях, рассматриваются как второстепенные
задачи маршрутизации. Основное внимание фокусируется на поддержке
соединения, таким же вопросам, как эффективный выбор пути
и сокращение числа узких мест, практически не уделяется внимания
[1].
В качестве примера можно упомянуть IP-маршрутизацию. Протоколы
маршрутизации IP не были предназначены для оптимизации производительности
сети; их главная цель - обеспечить связь при изменении топологии
или возникновении сетевых ошибок [3]. При маршрутизации IP
кратчайший путь к адресату чаще всего выбирается на основе
простых параметров, таких, как задержка. Подобный подход оправдывает
себя в случае применения в Internet модели "по мере возможности",
но он не в состоянии предложить адекватную поддержку эффективного
резервирования и оптимизации ресурсов. Оптимизация производительности
требует реализации дополнительных возможностей в маршрутизации
IP и создания более качественного инструментария управления.
Цель исследования
Цель работы - возможно приблизится к созданию
системы адаптивной маршрутизации. Сейчас, можно определить
следующие этапы работы.
- Выбор средств, пригодных для моделирования вариантов нестандартных
решений в области маршрутизации. Реализация возможности такого
моделирования.
- Разработка алгоритмов управления маршрутизацией. Моделирование
и оценка существующих вариантов.
- Реализация системы.
На момент составления настоящего текста, завершен первый из
этапов. Таким образом, дальнейшее изложение посвящено именно
реализации возможности моделирования вариантов нестандартных
решений в области маршрутизации.
Научная новизна. Практическая ценность работы
Для моделирования сети передачи данных использована
система Matlab. Возможность такого моделирования реализована
посредством создания библиотеки Matlab Simulink предназначенной
для моделирования сетей с пакетным принципом передачи. Такое
решение обусловлено следующей причиной.
Возможности специализированных программных пакетов, предназначенных
для моделирования работы информационных сетей заведомо ограничены
ввиду ориентации на существующие технологии и протоколы, а
также отсутствия развитых математических инструментов.
В рамках же системы Matlab [4] и реализованной библиотеки,
возможно моделирование нестандартных решений в области маршрутизации,
а также имеются развитые возможности анализа характеристик
работы модели. Например, среди возможностей недоступных при
использовании специализированных программных пакетов и реализуемых
посредством созданной библиотеки, можно назвать возможность
определения функции распределения вероятности времени передачи
пакета определенного типа по определенному маршруту.
Библиотека Matlab Simulink предназначенная для
моделирования работы сетей передачи данных
Созданный набор модулей включает следующие
составляющие: 7 Level Producer - модуль реализующий потоки
запросов на обслуживание сетью; IP-fragmentation - модуль
выполняющий IP-фрагментацию; Level 4 - модуль выполняющий
повторные перезапросы, а также фрагментацию. Network: one-way
channels - модуль реализующий односторонние каналы с очередями
на входе; Network: half-duplex channels - модуль реализующий
сети с эфирным принципом доступа; SimpleStatRouter, StatRouter
- маршрутизаторы (на данном этапе развития библиотеки реализована
маршрутизация только по статической таблице); Sniffer - анализатор
трафика - используется для анализа отдельных характеристик
состояния модели.
В реализуемых посредством созданного набора модулей моделях
предполагается к использованию дискретная модель времени с
постоянным шагом квантования [4].
Далее дадим некоторые объяснения по поводу реализуемых некоторыми
модулями функций.
7 level producer.
Модуль реализует потоки запросов на обслуживание сетью. В
настройках модуля задается число одновременно генерируемых
потоков запросов; для каждого из потоков задается средняя
битовая скорость, долевой состав генерируемого трафика по
типам, долевой состав генерируемого трафика по адресному пространству
отправителя, долевой состав генерируемого трафика по адресному
пространству получателя. Также задаются параметры каждого
из типов трафика: минимальная и максимальная длинна пакета,
функция распределения вероятности длинны пакета.
Network: one-way channels.
Модуль реализует следующую логику функционирования: принимает
пакет со входного интерфейса; если необходимо, ставит его
в очередь на передачу; передает пакет на выходной интерфейс;
во время нахождения пакета в очереди и его передачу наращивается
время жизни пакета. По сути, модуль помимо непосредственно
канала, реализует также передающий порт маршрутизатора, генерируя
управляющие пакеты в случае переполнения буферов. Модуль способен
реализовать до 99 независимых каналов.
Было проведено детальное тестирование библиотеки. Далее приведены
результаты некоторых тестов.
Распределение межпакетного интервала. Схема исследования приведена
на рисунке 1, результаты на рисунке 2.
Рисунок 1. Схема тестирования модуля
7 level produser
Рисунок 2. Распределение времени межпакетного
интервала
Последний из осуществленных тестов заключался
в моделировании сети, схема которой представлена на рисунке
3. Средние скорости генерации внешнего трафика для каждой
из сетей были заданы в пределах 0,5 1,6 Мбит/с; все каналы
- полнодуплексные каналы 1 Мбит/с; Сеть "3" - сеть
с эфирным принципом доступа, скорость 10 Мбит/с.
Рисунок 3. Схема исследуемой сети
Результатом моделирования должны были стать
распределения времени прохождения пакета из сети "3"
в каждую из других сетей, средние скорости прохождения пользовательскими
данными маршрута из сети "3" в каждую другую сеть,
средняя загруженность каждого из каналов.
|
|
