изображение

Когда маршрутизатор загружается, его первая задача состоит в получении ин­формации о своих соседях. Он достигает этой цели, посылая специальный пакет HELLO по всем двухточечным линиям. При этом маршрутизатор на другом конце линии должен послать ответ, сообщая информацию о себе. Имена маршрутизато­ров должны быть совершенно уникальными, поскольку, если удаленный маршру­тизатор слышит, что три маршрутизатора являются соседями маршрутизатора F, не должно возникать разночтений по поводу того, один и тот же маршрутизатор F имеется в виду или нет.

Когда два или более маршрутизаторов объединены в локальную сеть, ситуа­ция несколько усложняется. На рис. 5.9, а изображена ЛВС, к которой напря­мую подключены три маршрутизатора — А, С и F. Каждый из них, как показано на рисунке, соединен также с одним или несколькими дополнительными мар­шрутизаторами.

Один из способов моделирования локальной сети состоит в том, что ЛВС рас­сматривается в виде узла графа, как и маршрутизаторы. Это показано на рис. 5.9, б. На рисунке сеть изображена в виде искусственного узла N, с которым соединены маршрутизаторы А, С и F. Возможность передачи пакетов от Л к С по локальной сети отражается здесь наличием пути ANC.

Алгоритм дырявого ведра формирует строгий выходной поток с постоянной ско­ростью, не зависящей от неравномерности входного потока. Для многих прило­жений было бы лучше при поступлении больших пакетов данных немного увели­чивать выходную скорость. Таким образом можно было бы попытаться создать более гибкий алгоритм, желательно, не теряющий данные. Одним из таких алго­
ритмов является алгоритм маркерного ведра. В этом алгоритме ведро содержит маркеры, создаваемые через равные интервалы времени ДТ секунд. На рис. 5.30, а изображено ведро с тремя маркерами и пятью пакетами, стоящими в очереди. Чтобы передать один пакет, требуется удалить один маркер. На рис. 5.30, б мы ви­дим, что три из пяти пакетов прошли в сеть, а оставшиеся два пакета остались ждать двух новых маркеров.

Алгоритм маркерного ведра формирует трафик не так, как алгоритм дыряво­го ведра. Алгоритм дырявого ведра не позволяет простаивающим хостам запа­саться впрок разрешениями на передачу больших пакетов. Алгоритм маркерного ведра разрешает запасаться маркерами до определенного размера ведра п. Это свойство означает, что пачки (пакеты) с величиной до п могут быть переданы в сеть сразу, что создает некоторую неравномерность в выходном потоке, но обес­печивает быструю реакцию на неожиданные входные пачки.

Еще одно различие двух алгоритмов заключается в том, что при переполне­нии маркерного ведра алгоритм игнорирует маркеры, но никогда не отвергает пакеты. Алгоритм дырявого ведра, напротив, при переполнении выбрасывает са­ми пакеты.

Возможен вариант алгоритма, при котором маркер может предоставлять пра­во пересылать не один пакет, a k байт. Пакет пересылается только при наличии достаточного числа маркеров, чтобы покрыть его длину. Лишние маркеры сохра­няются для будущего использования.

Алгоритмы дырявого и маркерного ведра могут использоваться не только для регулирования выхода хостов, но и для сглаживания трафика между маршрути­заторами. А различаются эти два алгоритма тем, что применение алгоритма мар­керного ведра может заставить маршрутизатор остановить передачу пакетов, что может привести к потере данных.

Реализация исходного алгоритма маркерного ведра подразумевает наличие пе- ременной, считающей маркеры. Счетчик увеличивается на единицу через равные интервалы времени ДГи уменьшается при посылке пакета. Когда счетчик уменьша- „ ется до нуля, передача пакетов останавливается. В варианте с учетом количества переданных байт счетчик увеличивается на k байт каждые AT секунд и уменьшается на размер переданного пакета.

Суть алгоритма маркерного ведра состоит в том, что он допускает передачу Данных пачками, но ограничивает длительность пачки. Для примера рассмотрим рис. 5.29, в, на котором изображено маркерное ведро емкостью 250 Кбайт. Мар­керы появляются с частотой, соответствующей выходной скорости 2 Мбайт/с. Предположим, что маркерное ведро заполнено, когда прибывает пакет данных , размером 1 Мбайт. Ведро может быть освобождено с максимальной скоростью 25 Мбайт/с примерно за 11 мс. Затем оно должно уменьшить скорость передачи ' До 2 Мбайт/с, пока не будет передан весь входной пакет данных.

Недостатком алгоритма маркерного ведра является слишком большая скорость передачи данных при опустошении ведра, несмотря на то что длительность пач­ки можно регулировать тщательным подбором р и М. Часто бывает желательно уменьшить пиковую скорость, не возвращаясь при этом к скорости алгоритма дырявого ведра.

Один из способов получения более гладкого трафика состоит в помещении дырявого ведра после маркерного ведра. Скорость дырявого ведра должна быть выше минимальной скорости маркерного ведра р, но ниже максимальной скоро­сти сети. На рис. 5.29, е показан выходной поток маркерного ведра емкостью 500 Кбайт, за которым установлено дырявое ведро со скоростью протекания, равной 10 Мбайт/с.

Управление такими схемами может оказаться непростым. По сути, сеть долж­на имитировать алгоритм и гарантировать, что пакетов и байтов посылается не больше, чем разрешено. Тем не менее, эти методы позволяют формировать сете­вой трафик, приводя его к более управляемому виду и обеспечивая тем самым выполнение требований к качеству обслуживания.

Потоки можно сохранять в буферной памяти на принимающей стороне перед тем, как доставлять потребителю. Буферизация не сказывается на надежности и пропускной способности, но сказывается на увеличении задержки. Зато с ее по­мощью можно снизить уровень флуктуаций. При передаче аудио и видео по тре­бованию именно флуктуация представляет собой основную проблему, и буфери­зация помогает решить ее.

Мы уже видели различия характеристик сети при высокой и низкой флуктуа­ции на рис. 5.26. На рис. 5.27 изображен поток пакетов, доставляемый при значи­тельной флуктуации. Пакет 1 посылается с сервера в момент времени ( = 0 с и прибывает в момент времени t = 1 с. Задержка пакета 2 составляет уже не 1, а 2 с. Прибывающие пакеты буферизируются на клиентской машине.

В момент времени 10 с начинается воспроизведение, при этом пакеты с 1-го по 6-й уже находятся в буфере, поэтому их можно оттуда извлекать через равные интервалы и воспроизводить. К сожалению, пакету 8 не повезло: он задержался настолько, что его невозможно воспроизвести вовремя. Выдача пакетов приоста­навливается до его прибытия. Возникает досадная задержка в проигрывании му­
зыки или фильма. Проблему можно решить увеличением задержки начала выда­чи пакетов, но для этого потребуется буфер большей емкости. Все коммерческие веб-сайты, на которых содержится потоковое видео или аудио, используют про­игрыватели, которые начинают воспроизведение только после примерно десяти- секундной буферизации.

Самая сложная часть алгоритма заключается в распространении пакетов состоя­ния линий. По мере распространения и установки пакетов маршрутизаторы, по­лучившие первые пакеты, начинают изменять свои маршруты. Соответственно разные маршрутизаторы будут пользоваться разными версиями топологии, что может привести к противоречиям, появлению в маршрутах петель, недоступных машин, а также к другим проблемам.

Сначала мы опишем основной алгоритм распространения. Затем расскажем о некоторых улучшениях. Основная идея алгоритма распространения пакетов со­стояния линии состоит в использовании алгоритма заливки. Чтобы держать этот процесс под контролем, в каждый пакет помещают порядковый номер, увеличи­вающийся на единицу для каждого следующего пакета. Маршрутизаторы запи­сывают все пары (источник, порядковый номер), которые им попадаются. Когда приходит новый пакет состояния линий, маршрутизатор ищет адрес его отпра­вителя и порядковый номер пакета в своем списке. Если это новый пакет, он рас­сылается дальше по всем линиям, кроме той, по которой он пришел. Если же это дубликат, он удаляется. Если порядковый номер прибывшего пакета меньше, чем номер уже полученного пакета от того же отправителя, то такой пакет также удаляется как устаревший, поскольку очевидно, что у маршрутизатора есть бо­лее свежие данные.

С этим алгоритмом связано несколько проблем, но с ними можно справить­ся. Во-первых, если последовательный номер, достигнув максимально возмож­ного значения, обнулится, возникнет путаница. Решение состоит в использова­нии 32-разрядных порядковых номеров. Даже если рассылать каждую секунду по пакету, то для переполнения 4-байтового целого числа понадобится 137 лет.

Во-вторых, если маршрутизатор выйдет из строя, будет потерян его порядко­вый номер. Если он будет снова загружен с нулевым порядковым номером, его пакеты будут игнорироваться как устаревшие.

В-третьих, может произойти искажение порядкового номера — например, вмес­то номера 4 будет принято число 65 540 (ошибка в 1-м бите); в этом случае паке­ты с 5-го по 65 540-й будут игнорироваться некоторыми маршрутизаторами как устаревшие.

Решение этих проблем заключается в помещении в пакет после его порядково­го номера возраста пакета и уменьшении его на единицу каждую секунду. Когда возраст уменьшается до нуля, информация от этого маршрутизатора удаляется. В нормальной ситуации новый пакет приходит, например, каждые 10 секунд; та­ким образом, сведения о маршрутизаторе устаревают, только когда маршрутиза­тор выключен (или в случае потери шести пакетов подряд, что маловероятно). Поле возраста также уменьшается на единицу каждым маршрутизатором во вре­мя начального процесса заливки, чтобы гарантировать, что ни один пакет не по­теряется и не будет жить вечно.

Для повышения надежности этого алгоритма используются некоторые усо­вершенствования. Когда пакет состояния линий приходит на маршрутизатор для заливки, он не ставится сразу в очередь на отправку. Вместо этого он сохраняет­ся в течение некоторого периода времени в области промежуточного хранения. Если за это время от того же отправителя успевает прийти еще один пакет, мар­шрутизатор сравнивает их порядковые номера. Более старый пакет удаляется. Если номера одинаковые, то удаляется дубликат. Для защиты от ошибок на ли­ниях связи между маршрутизаторами получение всех пакетов состояния линий подтверждается. Когда линия освобождается, маршрутизатор сканирует область промежуточного хранения, из которой выбираются для передачи пакеты или подтверждения.

Структура данных, используемая маршрутизатором В для работы с подсетью, изображенной на рис. 5.11, а, показана на рис. 5.12. Каждый ряд здесь соответству­ет недавно полученному, но еще не полностью обработанному пакету состояния линий. В таблице записываются адрес отправителя, порядковый номер, возраст и данные. Кроме того, в таблице содержатся флаги рассылки и подтверждений для каждой из трех линий маршрутизатора В (к А, С и F соответственно). Флаги отсылки означают, что этот пакет следует отослать по соответствующей линии. Флаги подтверждений означают, что нужно подтвердить получение этого пакета по данной линии.

Как видно из рис. 5.12, пакет состояния линий от маршрутизатора А пришел напрямую, поэтому он должен быть отправлен маршрутизаторам С и F, а под­тверждение о его получении следует направить маршрутизатору А, что и пока­зывают флаговые биты. Аналогично, пакет от F следует переслать маршрутиза­торам А и С, a F отослать подтверждение.

Однако ситуация с третьим пакетом, полученным от маршрутизатора Е, отли­чается. Он был получен дважды, по линиям ЕАВ и EFB, Следовательно, его нуж­но отослать только С, но подтверждения выслать и А, и jF, как указывают биты.

Если в то время, когда оригинал еще находится в буфере, прибывает дуб­ликат пакета, значение битов должно быть изменено. Например, если копия со­стояния маршрутизатора С прибудет от F прежде, чем четвертая строка таблицы будет разослана, шесть флаговых битов примут значение 100011, и это будет оз­начать, что следует подтвердить получение пакета от F, но не пересылать его F.

В некоторых приложениях хостам требуется посылать сообщения на множество хостов или даже на все сразу. Можно привести такие примеры, как распростране­ние прогнозов погоды, обновление биржевых курсов ценных бумаг, радиопро­граммы в прямом эфире. Эффективнее всего распространять соответствующие данные широковещательным способом, предоставляя возможность всем заинте­ресованным хостам получить их. Итак, широковещанием называется рассылка пакетов по всем пунктам назначения. Для ее реализации применяются разнооб­разные методы.

Один из методов широковещательной маршрутизации не требует никаких осо­бых способностей от подсети и используется просто для того, чтобы рассылать отдельные пакеты по всем направлениям. Он не только отнимает у подсети про­пускную способность, но и требует, чтобы у источника пакета был полный спи­сок всех хостов. На практике это может быть единственная возможность, но та­кой метод является наименее желательным.

Третий алгоритм называется многоадресной маршрутизацией. При исполь­зовании этого метода в каждом пакете содержится либо список адресатов, либо битовая карта, показывающая предпочитаемые хосты назначения. Когда такой пакет прибывает на маршрутизатор, последний проверяет список, содержащийся в пакете, определяя набор выходных линий, которые потребуются для дальней­шей рассылки. (Линия может потребоваться в том случае, если она входит в оп­тимальный путь к какому-то из адресатов списка.) Маршрутизатором создается копия пакета для каждой из используемых исходящих линий. В нее включаются только те адресаты, для доступа к которым требуется данная линия. Таким обра­зом, весь список рассылки распределяется между исходящими линиями. После определенного числа пересылок каждый из пакетов будет содержать только один адрес назначения и будет выглядеть как обычный пакет. Многоадресная мар­шрутизация подобна индивидуально адресуемым пакетам с той разницей, что в первом случае из нескольких пакетов, следующих по одному и тому же маршру­ту, только один «платит полную стоимость», а остальные едут бесплатно.

Еще один, четвертый алгоритм широковещательной маршрутизации в явном виде использует корневое дерево или любое другое связующее дерево. Связую­щее дерево представляет собой подмножество подсети, включающее в себя все маршрутизаторы, но не содержащее замкнутых путей. Если каждый маршрути­затор знает, какие из его линий принадлежат связующему дереву, он может от­править приходящий пакет по всем линиям связующего дерева, кроме той, по которой пакет прибыл. Такой метод оптимальным образом использует пропуск­ную способность сети, порождая минимальное количество пакетов, требующих­ся для выполнения работы. Единственной проблемой этого метода является то, что каждому маршрутизатору необходимо обладать информацией о связующем дереве. Иногда такая информация доступна (например, в случае маршрутизации с учетом состояния линий), но иногда — нет (при маршрутизации по векторам расстояний).

Последний алгоритм широковещания, который мы рассмотрим, представляет собой попытку приблизиться к поведению предыдущего алгоритма, даже когда маршрутизаторы ничего не знают о связующих деревьях. Лежащая в основе дан­ного алгоритма идея, называющаяся продвижением по встречному пути, заме­чательно проста. Когда прибывает широковещательный пакет, маршрутизатор проверяет, используется ли та линия, по которой он прибыл, для нормальной пе­редачи пакетов источнику широковещания. В случае положительного ответа ве­лика вероятность того, что широковещательный пакет прибыл по наилучшему маршруту и является, таким образом, первой копией, прибывшей на маршрути­затор. Тогда маршрутизатор рассылает этот пакет по всем линиям, кроме той, по которой он прибыл. Однако если пакет прибывает от того же источника по дру­гой линии, он отвергается как вероятный дубликат.

Пример работы алгоритма продвижения по встречному пути показан на рис. 5.14. Слева изображена подсеть, посередине —входное дерево для маршру­тизатора I этой подсети. На первом транзитном участке маршрутизатор I посы­лает пакеты маршрутизаторам F, Н, J и N, являющимся вторым ярусом дерева. Все эти пакеты прибывают к I по предпочитаемым линиям (по пути, совпадаю­щему с входным деревом), что обозначается кружками вокруг символов на рис. 5.14, в. На втором этапе пересылки формируются восемь пакетов — по два каждым маршрутизатором, получившим пакет после первой пересылки. Все во­семь пакетов попадают к маршрутизаторам, не получавшим ранее пакетов, а пять из них приходят по предпочитаемым линиям. Из шести пакетов, формируемых на третьем транзитном участке, только три прибывают по предпочитаемым ли­ниям (на маршрутизаторы С, Е и К). Остальные оказываются дубликатами.

Принципиальное преимущество метода продвижения по встречному пути за­ключается в его вполне приемлемой эффективности при простоте реализации. Для использования этого метода маршрутизаторам не нужна никакая дополни­тельная информация о связующих деревьях. Не требуются и дополнительные рас­ходы на список получателей или бит-карту в каждом распространяемом пакете, как в случае многоадресной рассылки. Также не требуется никакого специально­го механизма для прекращения процесса, как, например, в методе заливки (либо счетчик транзитных участков в каждом пакете и априорные сведения о диаметре сети, либо список уже встречавшихся пакетов от каждого источника).

В некоторых приложениях сильно разделенные процессы работают совместными группами. Например, в виде группы процессов может быть реализована распре­деленная база данных. Часто одному процессу бывает необходимо послать сооб­щение всем остальным членам группы. Если группа невелика, то можно просто послать каждому члену группы отдельное сообщение. Если же группа достаточно большая, такая стратегия окажется весьма дорогостоящей. Иногда может быть использовано широковещание, но применять его для информирования 1000 ма­шин в сети, состоящей из миллиона узлов, неэффективно, поскольку большинст­во получателей будут не заинтересованы в данном сообщении (или, что еще ху­же, явно заинтересованы, но было бы крайне желательно от них эту информацию скрыть). Таким образом, требуется способ рассылки сообщений строго опреде­ленным группам, довольно большим по численности, но небольшим по сравне­нию со всей сетью.

Передача сообщения членам такой группы называется многоадресной рассыл­кой, а алгоритм маршрутизации этой операции — многоадресной маршрути­зацией. В этом разделе будет описан один из способов реализации многоадресной маршрутизации. Дополнительные сведения см. в (Chu и др., 2000; Costa и др., 2001; Kasera и др., 2000; Madruga and Garcia-Luna-Aceves, 2001; Zhang and Ryu, 2001).

Для многоадресной рассылки каждый маршрутизатор рассчитывает связую­щее дерево, покрывающее все остальные маршрутизаторы подсети. Например, на рис. 5.15, а мы видим подсеть с двумя группами, 1 и 2. Как показано на рисунке, маршрутизаторы соединены с хостами, принадлежащими к одной или обеим груп­пам. Связующее дерево для самого левого маршрутизатора показано.

Когда процесс посылает группе многоадресный пакет, первый маршрутизатор изучает свое связующее дерево и отсекает у него линии, не ведущие к хостам, яв­ляющимся членами группы. В нашем примере на рис. 5.15, в изображено усечен­ное связующее дерево для группы 1. Аналогично, на рис. 5.15, г показано усечен­ное связующее дерево для группы 2. Многоадресные пакеты рассылаются только вдоль соответствующего их группе усеченного связующего дерева.

Существует несколько способов усечения связующего дерева. Простейший спо­соб может применяться при использовании маршрутизации с учетом состояния линий, когда каждому маршрутизатору известна полная топология подсети, в том числе и состав групп. При этом из связующего дерева могут быть удалены мар­шрутизаторы, не принадлежащие к данной группе, начиная с конца каждого пути вплоть до корня дерева.

При маршрутизации по векторам расстояний может быть применена другая стратегия усечения дерева. Для многоадресной рассылки здесь применяется ал­горитм продвижения по встречному пути. Когда многоадресное сообщение полу­чает маршрутизатор, у которого нет хостов, входящих в группу, и линий связи с другими маршрутизаторами, он может ответить сообщением PRUNE (отсечь), ин­формируя отправителя, что сообщения для данной группы ему больше посылать не нужно. Такой же ответ может дать маршрутизатор, у которого нет хостов, вхо­дящих в группу, если он получил многоадресное сообщение по всем своим лини­ям. В результате подсеть постепенно рекурсивно усекается.

Недостаток данного алгоритма заключается в его плохой применимости к боль­шим сетям. Предположим, что в сети есть п групп, каждая из которых в среднем состоит из т членов. Для каждой группы должно храниться т усеченных вход­ных деревьев, то есть тп деревьев для всей сети. При большом количестве групп для хранения всех деревьев потребуется много памяти.

Альтернативный метод использует деревья с основанием в сердцевине (Ballardie и др., 1993). В этом методе для каждой группы рассчитывается единое связующее дерево с корнем (ядром) около середины группы. Хост посылает мно­гоадресное сообщение ядру группы, откуда оно уже рассылается по всему свя­зующему дереву группы. Хотя это дерево не является оптимальным для всех ис­точников, единое дерево для группы снижает затраты на хранение информации о нем в т раз.

Специализированная сеть в любой момент времени может быть описана с помо­щью графа узлов (маршрутизаторов и хостов). Два узла считаются соединенны­ми (то есть между ними проведена дуга), если они могут связываться напрямую посредством радио. Поскольку у одного из них может быть более мощный пере­датчик, чем у другого, то возможна ситуация, когда узел А соединен с В, но В не соединен с А. Однако для простоты мы будем считать, что все соединения сим­метричны. Следует заметить, что нахождение одного из узлов в зоне действия другого еще не означает наличия связи между ними. Их могут разделять холмы, здания и другие местные предметы, блокирующие соединение.

Для описания алгоритма воспользуемся рис. 5.18, на котором изображен про­цесс, запущенный на узле А, которому необходимо отправить пакет на узел I. Алго­ритм AODV на каждом узле ведет таблицу, доступ к которой осуществляется с помощью поля адреса. Таблица содержит информацию об адресате, в том числе адрес ближайшего соседа, которому необходимо переслать пакет, чтобы он мог достичь пункта назначения. Допустим, А просматривает эту таблицу и не нахо­дит записи для I. Значит, нужно найти маршрут, ведущий к этому узлу. Итак, ал­горитм начинает заниматься поисками маршрутов только тогда, когда они реаль­но требуются. Это и делает его алгоритмом «по требованию».

Для поиска I узел А генерирует специальный пакет запроса маршрута ROUTE REQUEST и распространяет его по сети широковещательным способом. На рис. 5.18, а показано, что этот пакет достигает узлов В и D. На самом деле, при­чиной установления именно узлами В и D соединения с А является то, что они могут получать пакеты от А. Например, F не соединен дугой с А, потому что он не может принимать радиосигнал от этого узла. То есть F не соединен с А.

Формат пакета запроса маршрута показан на рис. 5.19. В нем, как видно из Этого рисунка, содержатся адреса источника и приемника (обычно IP-адреса), с помощью которых можно понять, кто кого ищет. Также содержится поле Иденти­фикатор запроса, которое представляет собой локальный счетчик, обновляемый каждым узлом независимо и инкрементирующийся всякий раз, когда распро­страняется пакет запроса маршрута. Поля Адрес источника и Идентификатор запроса вместе единственным образом идентифицируют пакет ROUTE REQUEST, что позволяет узлам обнаруживать и отвергать любые дубликаты.

В дополнение к счетчику Идентификатор запроса каждый узел имеет второй счетчик, который инкрементируется всякий раз при отправке пакета для запроса маршрута или ответе на такой пакет. Его работа напоминает часы, и используется он для того, чтобы можно было отличить новые маршруты от старых, Четвертое поле, показанное на рис. 5.19, это счетчик узла А\ пятое — последнее значение порядкового номера пакета, полученного от / (оно равно 0, если такого пакета не было). Вскоре мы более подробно раскроем назначение этих полей Наконец, по­следнее поле — Счетчик переходов — запоминает количество пересылок, совер­шенных пакетом. В начале работы алгоритма оно равно нулю.

Когда пакет запроса маршрута прибывает на узел (например, на узлы В и D), с ним происходит следующее:

1. Пара значений полей Адрес источника и Идентификатор запроса ищется в таблице локальной истории. С их помощью можно выяснить, приходил ли уже этот запрос и обрабатывался ли он. Если обнаруживается, что пакет яв­ляется дубликатом, он отвергается и его обработка прекращается. В против­ном случае указанная пара значений заносится в таблицу истории, чтобы в будущем можно было обнаружить дубликаты. Обработка запроса продолжа­ется.
2. Приемник ищет адрес назначения в таблице маршрутов. Если известен доста­точно свежий маршрут, отправителю посылается пакет наличия маршрута ROUTE REPLY, сообщающий ему о том, как можно достичь получателя (в двух словах: «Используй меня»). Что значит «свежий маршрут»? Имеется в виду, что поле Порядковый номер получателя в таблице маршрутизации имеет зна­чение большее или равное Порядковому номеру получателя из пакета запроса маршрута. Если оно меньше, значит, хранящийся в таблице маршрут явля­ется более старым, нежели предыдущий маршрут, имевшийся у отправителя к тому же пункту назначения. В этом случае выполняется пункт 3.
3. Поскольку у приемника отсутствует свежий маршрут к адресату, он инкре- ментирует поле Счетчик переходов и вновь широковещательным образом рас­пространяет пакет запроса маршрута. Из пакета извлекаются данные и сохраня­ются в виде новой записи в таблице обратных маршрутов. Эти данные будут использоваться для построения обратного пути, по которому впоследствии необходимо будет послать ответный пакет отправителю. Стрелки на рис. 5.18 как раз показывают процесс построения обратного пути. Для записи о только чтй созданном обратном пути запускается таймер. При наступлении тайм- аута запись удаляется.

Ни В, ни D не знают, где находится узел I, поэтому каждый из них создает об­ратный путь к А, как показано стрелками на рис. 5.18, и широковещательным способом распространяет пакет со Счетчиком переходов, установленным в еди­ницу. Этот пакет от В достигает С и D. Узел С делает запись в таблице обратных путей и, в свою очередь, тоже широковещательным способом распространяет па­кет далее. Что касается Д то он отвергает пакет: для него это дубликат. Разуме­ется, и В отвергает пакеты, полученные от D. Тем не менее, F и G принимают ши­роковещательное сообщение от D и сохраняют его, как показано на рис. 5.18, в. После того как Е, Н и I получают широковещательный пакет, запрос маршрута наконец достигает узла назначения (Г). Этот счастливый миг запечатлен на рис. 5.18, г. Обратите внимание: несмотря на то, что мы показали распростране­ние широковещательного пакета в виде трех стадий, на самом деле рассылка это­го пакета разными узлами никак не координируется.

В ответ на пришедший запрос узел I генерирует пакет наличия маршрута ROUTE REPLY, показанный на рис. 5.20. Поля Адрес отправителя, Адрес получателя и Счетчик переходов копируются из ROUTE REQUEST, а Порядковый номер получателя берется из собственного счетчика, хранящегося в памяти. Поле Счетчик перехо­дов устанавливается в 0. Поле Время существования используется для управле­ния реализуемостью маршрута. Данный пакет распространяется методом одно­адресной передачи на тот узел, с которого пришел запрос маршрута. В данном случае он уходит на узел G. Затем, в соответствии с установленным обратным путем, он попадет на D и наконец на А. При проходе каждого узла Счетчик пере­ходов инкрементируется, так что узел-отправитель может увидеть, насколько да­леко от него находится узел-получатель (7).

Каждый узел, через который проходит пакет на обратном пути (к А), прове­ряет его. При выполнении хотя бы одного из трех условий на его основе строит­ся запись в локальной таблице маршрутов о пути к I. Вот эти условия:

1. Не известен ни один маршрут.
2. Последовательный номер для I в пакете ROUTE REPLY больше, чем значение в таблице маршрутизации.
3. Последовательные номера равны, но новый путь короче.

Таким образом, все узлы, стоящие на обратном пути к А, совершенно бес­платно получают информацию о маршруте к узлу I. Это как бы побочный про­дукт построения маршрута для А. Узлы, получившие исходный пакет запроса маршрута, но не стоящие на обратном пути (узлы В, С, Е, Fn Н в данном примере) удаляют запись в таблице обратных маршрутов, когда ассоциированный с ней таймер достигает тайм-аута.

В больших сетях алгоритмом генерируется много широковещательных паке­тов даже для адресатов, расположенных довольно близко друг к другу. Число этих пакетов может быть уменьшено следующим образом. Время жизни 1Р-паке- та устанавливается отправителем в значение, соответствующее ожидаемому диа­метру сети, и декрементируется при каждой пересылке. Когда его значение ста­новится равным 0, пакет отвергается, а не распространяется дальше.

При этом процесс поиска пути немного изменяется. Для обнаружения адреса­та отправитель рассылает пакет запроса маршрута с Временем жизни, равным 1. Если в течение разумного времени ответ не приходит, посылается еще один за­прос с Временем жизни, равным 2, и т. д. Таким образом, поиск, начавшийся в ка­кой-то локальной области, все больше расширяет свой охват.

Для таких приложений как аудио- и видеопередача, не так уж важно, 20 или 30 мс занимает доставка пакетов, до тех пор, пока время доставки постоянно. Колеба­ние (то есть, среднеквадратичное отклонение) времени доставки пакетов называет­ся флуктуацией. Если одни пакеты будут доставляться за 20 мс, а другие — за 30 мс,
изображение или звук начнет дрожать. В этом случае говорят о наличии сильных флуктуаций. На рис. 5.26 изображены примеры флуктуаций. Внутри системы, с другой стороны, может существовать договоренность о том, что 99 % пакетов должны быть доставлены с задержкой в диапазоне от 24,5 до 25,5 мс, и качество при этом будет вполне приемлемым.

Выбранный диапазон должен быть, конечно, выполнимым. При вычислении времени задержки необходимо принимать во внимание время передачи по кана­лу со скоростью света, минимальную задержку при прохождении маршрутизато­ров, а также некоторые другие неизбежные задержки.

Для ограничения флуктуаций должно быть вычислено ожидаемое время пе­ресылки по каждому транзитному участку пути. Получив пакет, маршрутизатор проверяет, насколько пакет опаздывает или опережает график. Эта информация хранится в каждом пакете и обновляется каждым маршрутизатором. Если пакет приходит с опережением графика, он удерживается в течение требуемого интер­вала времени. Если же пакет запаздывает, маршрутизатор пытается отправить его дальше как можно быстрее.

В самом деле, алгоритм, определяющий, какие из пакетов отправить первыми по выходной линии, всегда может выбрать пакет, сильнее всего отстающий от расписания. При этом пакеты, опережающие график, замедляются, а опаздываю­щие пропускаются в первую очередь, что в обоих случаях уменьшает флуктуа­ции времени доставки пакетов.

В некоторых приложениях, таких как видео по требованию, флуктуации могут быть снижены путем сохранения пакетов в буфере приемника с их после­дующей выдачей для отображения. При этом сеть не обязана работать в реаль­ном масштабе времени. Тем не менее, в приложениях, которые должны обес­печивать межпользовательское взаимодействие в реальном времени (например, в интернет-телефонии или видеоконференциях), задержка, связанная с буфери­зацией, совершенно недопустима.

Борьба с перегрузками представляет собой область активных исследований. Текущее положение дел отражено в книге (Gevros и др., 2001).