Шрифт:
Закладка:
Усечение позволяет строить эффективные связующие деревья, состоящие только из тех соединений, которые необходимы для связи с членами группы. Недостаток данного метода в том, что он требует от маршрутизаторов выполнения большого количества операций, особенно в крупных сетях. Предположим, что в сети есть n групп, каждая из которых в среднем состоит из m членов. Каждый маршрутизатор должен хранить m усеченных связующих деревьев для каждой группы, то есть mn деревьев для всей сети. К примеру, на илл. 5.16 (в) изображено связующее дерево, используемое самым левым маршрутизатором для связи с группой 1. Дерево, по которому самый правый маршрутизатор отправляет пакеты группе 1 (оно не показано на рисунке), выглядит по-другому, поскольку пакеты передаются непосредственно членам группы, а не через узлы в левой части графа. Это значит, что выбор направления, в котором маршрутизаторы должны передавать пакеты для группы 1, зависит от того, какой узел является отправителем. При большом количестве групп и отправителей для хранения всех деревьев потребуется много памяти.
Для построения отдельного связующего дерева для группы можно использовать деревья с корнем в ядре (core-based trees) (Балларди и др.; Ballardie et al., 1993). Согласно этому методу все маршрутизаторы выбирают общий корень, также называемый ядром (core) или точкой встречи (rendezvouz point). Чтобы построить дерево, все члены группы передают в этот корень специальный пакет. Конечное дерево формируется из маршрутов, пройденных пакетами. На илл. 5.17 (а) показано дерево с корнем в ядре для группы 1. Для пересылки пакета этой группе отправитель передает сообщение ядру, откуда оно уже рассылается по дереву. Пример работы алгоритма продемонстрирован на илл. 5.17 (б) для отправителя, расположенного в правой части сети. Однако производительность этого метода может быть улучшена. Дело в том, что для многоадресной рассылки не требуется, чтобы пакеты для группы приходили в ядро. Как только пакет достигает дерева, он может быть передан как в направлении корня дерева, так и по любой его ветви. Так алгоритм работает для отправителя, расположенного вверху илл. 5.17 (б).
Общее дерево не является оптимальным вариантом для всех источников. На илл. 5.17 (б) пакет от отправителя в правой части сети достигает правого верхнего участника группы не напрямую, а через ядро, что требует трех переходов. Степень неэффективности зависит от взаимного расположения ядра и отправителей; чаще всего разумно располагать ядро посередине между отправителями. Если источник всего один (как, например, при видеотрансляции), лучше использовать в качестве ядра самого отправителя.
Илл. 5.17. (а) Дерево с корнем в ядре для группы 1. (б) Рассылка для группы 1
Следует отметить, что использование общего дерева позволяет существенно снизить затраты на хранение информации, а также уменьшить число отправленных сообщений и объем вычислений. Для каждой группы маршрутизатор должен хранить не m деревьев, а лишь одно. Кроме того, маршрутизаторы, не являющиеся частью дерева, не участвуют в передаче сообщений группе. Поэтому алгоритмы на основе общих деревьев (в частности, деревьев с корнем в ядре) используются при широковещании для разреженных групп в сети интернет. Они входят в такие популярные протоколы, как PIM (Protocol Independent Multicast — многоадресная рассылка, не зависящая от протокола) (Феннер и др.; Fenner et al., 2006).
5.2.9. Произвольная маршрутизация
До сих пор мы рассматривали модели предоставления информации, в которых источник отправляет сообщение на один адрес (одноадресная рассылка — unicast), на все адреса (широковещание) или группе адресов (многоадресная рассылка). Существует еще одна модель под названием произвольная рассылка (anycast), когда пакет отправляется ближайшему члену группы (Партридж и др.; Partridge et al., 1993). Методы поиска путей в этом случае называются произвольной маршрутизацией (anycast routing).
Зачем нужна произвольная рассылка? Иногда узлы предоставляют услугу (например, сообщают время суток или передают контент), для которой важно одно: чтобы информация была правильной; при этом не имеет значения, какой узел ее предоставил — с этой задачей справится любой из них. Пример использования свободной рассылки в интернете — DNS, о которой мы поговорим в главе 7.
К счастью, нам не придется придумывать новые алгоритмы для произвольной маршрутизации: стандартные методы — маршрутизация по вектору расстояния и маршрутизация с учетом состояния линий — позволяют строить пути для произвольной рассылки. Предположим, что нам нужно передать данные группе 1. Вместо разных адресов все ее участники получат одинаковый адрес — «1». Алгоритм маршрутизации по вектору расстояния распределит векторы обычным способом, и узлы выберут кратчайший путь к адресу 1. В результате узлы отправят данные на ближайшее устройство с таким адресом. Эти пути показаны на илл. 5.18 (а). Данный метод работает, поскольку протокол маршрутизации не знает о существовании нескольких устройств с адресом 1 и считает их одним узлом, как показано в топологии на илл. 5.18 (б).
Илл. 5.18. Произвольная маршрутизация. (а) Маршруты для свободной рассылки. (б) Топология с точки зрения протокола маршрутизации
Такой метод будет работать и для маршрутизации с учетом состояния линий. Но следует отметить, что протокол не обязан находить кажущиеся кратчайшими пути, проходящие через узел 1. Это привело бы к «прыжку через гиперпространство», потому что экземпляры узла 1 на самом деле расположены в различных частях сети. Впрочем, современные протоколы маршрутизации с учетом состояния линий различают маршрутизаторы и хосты (о чем мы не упоминали, поскольку в этом не было необходимости).
5.3. Управление трафиком на сетевом уровне
Слишком большое количество пакетов в любой части сети может в конечном итоге привести к задержке и потере пакетов, что негативно скажется на производительности. Такая ситуация называется перегрузкой (congestion).
5.3.1. Необходимость в управлении трафиком: перегрузка
За борьбу с перегрузкой отвечают сетевой и транспортный уровни. Поскольку она происходит в сети, именно сетевой уровень сталкивается с ней непосредственно и определяет, что делать с лишними пакетами. Самое эффективное решение — уменьшить нагрузку на сеть со стороны транспортного уровня; это значит, что оба уровня должны работать вместе. Сетевой уровень не может автоматически устранить перегрузку. Но операторы сетей могут настроить маршрутизаторы, коммутаторы и другие устройства этого уровня так, чтобы они смягчали ее последствия. Как правило, они заставляют источник
