Файл: Проектирование маршрутизации в двух трехуровневых сетях с использованием протокола RIP.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Использование корпоративных предоставляет множество возможностей централизации управления автоматизированной информационной системой, реализации унифицированных административных политик, что обеспечивает возможность эффективного функционирования АИС предприятия. При проектировании сети необходимо уделять внимание настройки маршрутизации.

Актуальность темы. Расширение сферы использования компьютерных сетей и повышение их мобильности предъявляет новые, более высокие, требования к качеству обслуживания трафика различного типа, что, в свою очередь, отражается на протоколах маршрутизации.

Динамическая маршрутизация — это процесс протокола маршрутизации, определяющий взаимодействие устройства с соседними маршрутизаторами. Маршрутизатор будет обновлять сведения о каждой изученной им сети.

Под протоколом маршрутизации в сетях передачи данных будем понимать формальный набор правил и договоренностей по обмену сетевой информацией между маршрутизаторами для определения маршрута передачи данных, который удовлетворяет заданным параметрам качества обслуживания и обеспечивает сбалансированную нагрузку всей мобильной компьютерной сети в целом. Протокол RIP является дистанционно-векторным протоколом внутренней маршрутизации. Процесс работы протокола состоит в рассылке, получении и обработке векторов расстояний до IP-сетей, находящихся в области действия протокола, то есть в данной RIP-системе.

Вопросам организации и построения компьютерных мобильных сетей, в том числе и вопросам маршрутизации, посвящены работы отечественных ученых М.Ю.Ильченко, С. Бунина, А. П. Войтер и работы зарубежных ученых Д. Дэвиса, Д. Барбера, В. Прайса, В. Вилингера, Д. Вильсона, Д. Рахсона и др.

Для современных компьютерных сетей большой размерности характерна многоуровневая маршрутизация, при которой компьютерная сеть определенным образом разбивается на подсети (домены маршрутизации), с использованием на уровне подсетей наиболее эффективных протоколов группы IGP и протоколов группы EGP между сетями.

Большинство известных методов и протоколов маршрутизации в мобильных сетях рассчитаны на сети с однородной (плоской) структурой (протоколы DSDV, RIP, WRP) или на сети с фиксированной структурой доменов (протоколы CBRP, CGSR, ZRP), не является эффективным для мобильных сетей большой размерности. Постоянное перемещение абонентов мобильной компьютерной сети приводит к изменению ее топологии, состава и количества доменов маршрутизации, влияющим на эффективность процедуры маршрутизации. В связи с этим возникает необходимость в разработке и анализе новых интеллектуальных протоколов маршрутизации, которые обеспечат передачу информации с заданными параметрами качества обслуживания при минимальном объеме служебного трафика независимо от реконфигурации сети.

---

Таким образом, тематика данной работы, посвященной разработке методов и средств организации динамической структуры мобильной компьютерной сети большой размерности, является актуальной и представляет собой научный и практический интерес.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности процесса маршрутизации за счет оптимизации динамической структуры мобильной компьютерной сети большой размерности.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. Анализ и исследования известных методов и протоколов маршрутизации с целью выявления факторов, существенно влияющих на эффективность процесса маршрутизации в мобильных сетях большой размерности.

2. Разработка и исследование метода формирования и поддержания оптимальной инфраструктуры мобильной сети с точки зрения времени маршрутизации и объема служебного трафика, необходимого для обновления маршрутной информации.

3. Разработка способа многоуровневой распределенной маршрутизации на основе использования агентного технологии, обеспечивающей минимальный объем служебного трафика в мобильных сетях большой размерности за счет самоорганизации структуры сети.

Объект исследования. Процесс маршрутизации в мобильных компьютерных сетях большой размерности.

Предмет исследования. Способы и средства формирования динамической структуры мобильных компьютерных сетей большой размерности.

Методы исследований. Для решения задачи декомпозиции сети на домены маршрутизации применяются теория графов и теория множеств.

1. Технико-экономическая характеристика предметной области и предприятия

1.1. Характеристика предприятия и его деятельности

Основным направлением деятельности компании ООО «АГРОТОН» является оптовая торговля продуктами питания и некоторыми хозяйственными товарами. Компания имеет в долгосрочной аренде как офисные помещения, так и оборудованный склад.

Изначально деятельность компании была ориентирована на работу с крупными поставщиками. Что на начальном этапе позволило сократить издержки по оплате труда и транспортные расходы.

---

Однако, в 2010 году, было принято решение о выходе на мелкооптовый рынок, то есть продажи в магазины с децентрализованным хранением товаров. Для этого было увеличено количество сотрудников отдела сборки и комплектации, транспортного отдела, а так же увеличен автопарк. Данный шаг так же потребовал увеличения отдела коммерческих продаж, с последующим выведением отдела по работе с мелкооптовыми учреждениями в самостоятельное подразделение.

Помимо оптовых коммерческих продаж, компания так же участвует в тендерах гос. закупок, а также поставкой продукции под заказ.

Основные показатели компании показаны в таблице 1.

Так как основным видом деятельности компании являются продажи, то для оценки основных показателей деятельности, рассмотрим динамику продаж, представленную в таблице 1.

Таблица 1

Динамика продаж за 2017, 2018 гг.

Показатели	Янв.	Фев.	Март	Апр.	Май	Июнь	Июль	Авг.	Сент.	Окт.	Нояб.	Дек.
Продажи в 2013 году млн. руб.	7,54	8,39	9,45	9,3	12,79	11,75	10,89	11,6	12,96	11,78	11,22	9,28
Продажи в 2014 году млн.руб.	7,78	8,54	9,08	9,96	13,89	11,91	11,42	11,8	13,87	11,57	10,65	11,35
Прирост продаж, млн. руб.	1,24	1,15	-0,37	0166	1,10	1,16	0,53	0,19	0,91	-0,21	-0,57	2,07
Прирост продаж, %	19%	16%	-4%	7%	9%	11%	5%	2%	7%	-2%	-5%	22%
Кол-во ЮФЛ	27	28	29	28	28	28	27	29	28	30	30	29
Ср.отгрузка с 1 ЮФЛ, тыс .руб.	288	305	313	356	496	426	423	407	496	386	355	392
Прирост ср.отгрузки с 1 ЮФЛ, %		6%	3%	12%	20%	-15%	-3%	-7%	17%	-28%	-10%	16%

---

Как видно из приведённой таблицы в продажах отмечен небольшой рост, который, однако, сглаживается инфляционными процессами. В прочем, справедливости ради стоит указать на общий спад в отрасли в 2016 г.

Исходными данными для проектирования сети есть 2 документа: план зданий и     результаты информационного обследования предприятия. Поэтажный план зданий рисуется в масштабе и на нем указывается размещения рабочих мест. В ходе разработки проекта сети на плане указываются также розетки, короба, в которые производится укладка кабеля, коммуникационные шкафы с активным сетевым оборудованием.

 Информационное обследование предприятия проводится по следующему шаблону.

 Описание предприятия в целом, то есть сфера деятельности предприятия (организации), внешние информационные потоки, необходимые для деятельности предприятия.

 Для каждого отдела (подразделения, рабочей группы) предприятия описываются функции отдела, количество рабочих мест, использовано программное обеспечение, использованы общие ресурсы сети предприятия, выделены данным отделом ресурсы для других пользователей сети, требования к уровню безопасности сегмента сети данного отдела.

 Общие ресурсы сети, необходимые для работы предприятия, такие как файловые серверы, серверы баз данных, серверы доступа в Интернет, серверы голосовых коммуникаций и т.д.

 Требования к системе обеспечения безопасности сети, то есть необходимыесервисы аутентификации, авторизации и учета.[2]

 На основании плана здания и результатов информационного обследования предприятия выполняется эскизный проект сети.

1.2. Современные методы построения сетей для решения сходных задач

 С точки зрения внутренней организации сетевой уровень делится на ориентированный на соединения и без соединений. В первом случае соединение называют виртуальным каналом, по аналогии с физическим каналом в телефонных сетях. Во втором случае о пакетах говорят как о дейтаграммах, по аналогии с телеграммами.

Идея виртуального канала – избежать маршрутизации для каждого пакета. Маршрут устанавливается один раз при установлении виртуального канала между отправителем и получателем и в дальнейшем не меняется до тех пор, пока передача не закончится. Подсеть запоминает выбранный маршрут. После окончания передачи, когда соединение разрывается, виртуальный канал уничтожается. При подходе без соединения каждый пакет маршрутизируется независимо. Разные пакеты могут следовать разными маршрутами. Продвижение по разным маршрутам может требовать разное время. Вследствие такой организации подсеть более надежна, способна гибко реагировать на ошибки и перегрузки. Позже мы вернемся к обсуждению всех pro и contra этих двух подходов. Каждый маршрутизатор в сети, ориентированной на виртуальные каналы, должен помнить, какие каналы проходят через него. У каждого маршрутизатора есть таблица виртуальных каналов. Каждый пакет должен иметь дополнительное поле, где хранится номер виртуального канала. Когда пакет приходит к маршрутизатору, то, зная линию, по которой он пришел, и номер виртуального канала, указанный в пакете, по таблице маршрутизатор устанавливает, по какой линии надо отправить пакет далее. При установлении соединения номер виртуального канала выбирается из числа неиспользуемых в данный момент на данной машине. Так как каждая машина выбирает номер канала независимо, то этот номер имеет лишь локальное значение. Заметим, что каждый процесс должен указать ожидаемое время освобождения виртуального канала. В противном случае возникнут проблемы с принятием решения при освобождении виртуального канала: может быть, одна из машин на маршруте «зависла». Итак, при использовании виртуальных каналов транспортной среде предстоит немало работы. В случае дейтаграмм никакой таблицы виртуальных каналов в каждом маршрутизаторе иметь не надо. Вместо этого у них есть таблица, в которой указано, какую линию надо использовать, чтобы доставить пакет по тому или иному адресу. Такая таблица нужна и при виртуальных каналах, когда устанавливается соединение. У каждой дейтаграммы должен быть полный адрес доставки. В больших сетях этот адрес может быть достаточно большим (десятки байт). Когда пакет поступает, маршрутизатор по таблице и адресу определяет, по какой линии надо отправить эту дейтаграмму, и посылает ее туда.

---

Алгоритмы маршрутизации

Основной задачей сетевого уровня является маршрутизация пакетов. Пакеты маршрутизируются всегда, независимо от того, какую внутреннюю организацию имеет транспортная среда - с виртуальными каналами или дейтаграммную. Разница лишь в том, что в первом случае этот маршрут устанавливается один раз для всех пакетов, а во втором - для каждого пакета. В первом случае говорят иногда о маршрутизации сессии, потому что маршрут устанавливается на все время передачи данных пользователя, т.е. сессии.

Алгоритм маршрутизации - часть программного обеспечения сетевого уровня. Он отвечает за определение, по какой линии отправлять пакет дальше. Вне зависимости от того, выбирается маршрут для сессии или для каждого пакета в отдельности, алгоритм маршрутизации должен обладать рядом свойств: корректностью, простотой, устойчивостью, стабильностью, справедливостью и оптимальностью. Если корректность и простота комментариев не требуют, то остальные свойства надо разъяснить.

Алгоритм маршрутизации должен быть устойчивым, т.е. сохранять работоспособность независимо ни от каких сбоев или отказов в сети, изменений в ее топологии (отключение хостов, машин транспортной подсети, разрушения каналов и т.п). Алгоритм маршрутизации должен адаптироваться ко всем таким изменениям, не требуя перезагрузки сети или остановки абонентских машин.

Стабильность алгоритма - также весьма важный фактор. Существуют алгоритмы маршрутизации, которые никогда не сходятся к какому-либо равновесному состоянию, как бы долго они ни работали. Это означает, что адаптация алгоритма к изменениям в конфигурации транспортной среды может оказаться весьма продолжительной. Более того, она может оказаться сколь угодно долгой.

Справедливость значит, что все пакеты, вне зависимости от того, из какого канала они поступили, будут обслуживаться равномерно, никакому направлению не будет отдаваться предпочтение, для всех абонентов будет всегда выбираться оптимальный маршрут. Надо отметить, что справедливость и оптимальность часто могут вступать в противоречие друг с другом. Прежде чем искать компромисс между оптимальностью и справедливостью, мы должны решить, что является критерием оптимизации. Один из возможных критериев - минимизация средней задержки пакета. Другой - максимизация пропускной способности сети. Однако эти критерии конфликтуют. Согласно теории массового обслуживания, если система с очередями функционирует близко к своему насыщению, то задержка в очереди увеличивается. Как компромисс, во многих сетях минимизируется число переходов между маршрутизаторами - один такой переход мы будем называть скачком (hop). Уменьшение числа скачков сокращает маршрут, а следовательно, сокращает задержку, а также минимизирует потребляемую пропускную способность при передаче пакета. Алгоритмы маршрутизации можно разбить на два больших класса: адаптивные и неадаптивные. Неадаптивные алгоритмы не принимают в расчет текущую загрузку сети и состояние топологии. Все возможные маршруты вычисляются заранее и загружаются в маршрутизаторы при загрузке сети. Такая маршрутизация называется статической маршрутизацией. Адаптивные алгоритмы, наоборот, определяют маршрут, исходя из текущей загрузки сети и топологии. Адаптивные алгоритмы различаются тем, где и как они получают информацию (локально от соседних маршрутизаторов или глобально от всех), когда они меняют маршрут (каждые Т секунд, когда меняется нагрузка, когда меняется топология), какая метрика используется при оптимизации (расстояние, число скачков, ожидаемое время передачи).

---