Internet tarmoqlarida kommutatsiya va marshrutizatsiya

Коммутация ва маршрутизация

e5691be8-00f7-4f36-ac44-8874992a1af0 (image/jpg)

Коммутациялаш тавсифи

Компьютерлар айрим топологияга мувофиқ ўзаро физик боғланган ва манзиллаштириш тизими танланган бўлсин (9.1-расмга қаранг). Энг муҳим муаммо ечилмасдан қолаяпди. Охирги тугунлар орасида маълумотларни қндай усулда узатиш керак?Транзит тугунлар тармоғи орқали охирга тугунларнинг боғланиши коммутациялаш дейилади. Жўнатувчидан олувчига йўлда ётадиган тугунлар кетма-кетлиги маршрутни ҳосил қилади. Масалан, 1-расмда келтирилган тармоқда 2- ва 4-тугунлар тўғридан-тўғри ўзаро боғланмаган ва маълумотларни транзит тугунлар, масалан 1- ва 5-тугунлар орқали узатишга мажбур. 1-тугун ўз А ва В интерфейслар орасида, 5-тугун эса  F ва B интерфейслар орасида маълумотларни узатилишини бажариши керак. бу ҳолатда маршрут 2-1-5-4 кетма-кетлик ҳисобланади, бу ерда 2 – жўнатувчи тугун, 1- ва 5 – транзит тугунлар, 4 – олувчи тугун.

e05309f5-722f-4bdd-a71e-766f6e20a770 (image/jpg)

Caption: : 1-расм. Транзит тугунлар тармоғи орқали фойдаланувчиларни коммутациялаш.

Умумий кўринишда коммутациялаш масаласи қуйидаги ўзаро боғланган хусусий масалалар кўринишида берилиши мумкин:Улар учун маршрутлар ҳосил қилиниши талаб қилинадиган ахборот оқимларини аниқлаш; Оқимларни маршрутлаштириш; Оқимларни ҳаракатлантириш, яъни оқимларни таниш ва уларни ҳар бир транзит тугунда локал (ажратилган) коммутациялаш; Оқимларни мультиплекслаш ва демультиплекслаш. Ахборот оқими тавсифи. Битта транзит тугун орқали бир неча маршрутлар ўтиши мумкин. масалан 5-тугун орқали (9.1-расмга қаранг) 4-тугун қолган тугунларнинг ҳар бирига жўнатадиган барча мълумотлар, шунингдек 3, 4- ва 10-тугунларга келадиган барча маълумотлар ўтади. Транзит тугун керакли тугунга олиб борадиган айнан ўша ўз интерфейсига маълумотлар оқимларидан ҳар бирини узатилишини таъминлаш учун унга келадиган маълумотлар оқимларини танишни билиши керак.Ахборот оқими ёки маълумотлар оқими деб маълумотларни умумий тармоқ трафигидан ажратадиган умумий белгилар тўплами билан бирлаштирилган узлуксиз маълумотлар кетма-кетлигига айтилади.Масалан, битта компьютердан келадиган барча маълумотлар – оқимни қандай аниқлаш мумкин. бирлаштирувчи белги манбанинг манзили ҳисобланади. Бу маълумотларни бир неча нимоқимлар йиғиндиси сифатида тасаввур қилиш мумкин, белги юбориш манзили ҳисобланади. Ниҳоят, бу нимоқимлардан ҳар бирини, ўз навбатида,  турли иловалар – электрон почта, файлларни кўчириш дастури, веб-сервер ҳосил қилган майдароқ нимоқимларга бўлиш мумкин. Оқимни ҳосил қиладиган маълумотлар турли маълумотлар ахборот бирликлари – пакетлар, кадрлар ёки ячейкалар кўринишида бўлиши мумкин.

Коммутациялаш тавсифи

Интернет-тармоқлардаги маршрутлаштириш

296453d0-6261-422c-b9bf-780dd5e50371 (image/png)

Caption: : 2-расм. Тармоқнинг абстракт модели.

Маршрут бу жўнатувчидан олувчига йўлда ётадиган тугунлар кетма-кетлиги ҳисобланади. Маршрулаштириш масаласи қуйидаи икки вазифаларни ўз ичига олади: Маршрутни аниқлаш Танланган маршрут ҳақида тармоқни огоҳлантириш. Маршрутни аниқлаш маълумотларни манзилга етказиш учун улар орқали маълумотлар узатиладиган транзит тугунлар ва уларнинг интерфейслари кетма-кетлигини танланишини билдиради. Агар ўзаро таъсирлашувчи тармоқ интерфейслари жуфтлиги орасида кўплаб йўллар мавжуд бўлса, у ҳолда қандайдир мезон бўйича битта оптимал йўл танланади. Хост-манбадан хост-қабуллагичга пакетнинг йўлини танланиши масаласи маршрутизатор-манбадан маршрутизатор-қабулагичга пакетни танлаш масаласига келтирилади.

Исталган маршрутлаштириш протоколининг ўзаги маршрутизатор-манбадан маршрутизатор-қабулагичга пакетни йўлини аниқлайдиган алгоритм (маршрутлаштириш алгоритми) ҳисобланади. Маршрутлаштириш алгоритмининг вазифаси оддий: берилган маршрутизаторлар ва уларни боғлайдиган линиялар кўплиги учун маршрутлаштириш алгоритми маршрутизатор-манбадан маршрутизатор-қабулагичга “оптимал” йўлни аниқлайди. “Оптимал” сўзи “минимал нархли” йўлни билдиради. Биз кўрамизки, бироқ амалда ўйинга хавфсизлик масалалари каби стратегик мулоҳазалар киради.Тармоқни граф кўринишида кўриб чиқишда жўнатувчидан олувчига минимал нархдаги йўлни аниқлаш масаласини ечиш учун шундай линияларнинг кетма-кетлигини топиш керакки, бунда: йўлнинг биринчи линияси манба билан боғланган; йўлнинг охирги линияси манзил билан боғланган; iваi - 1 номерларли барча i линиялар учун ўша бир тугун билан боғланган бўлиш; минимал нархли йўл учун йўлнинг барча линиялари нархларининг йиғиндиси жўнатувчи ва олувчи орасидаги барча бўлиши мумкин бўлган йўллар бўйича минимал ҳисобланади. Масалан, 2-расмда А (отправителем) ва С (получателем) тугунлар орасидаги минимал нархли йўл ADEC маршрут ҳисобланади.

Интернет-тармоқлардаги маршрутлаштириш

Коммутациялаш усуллари

Тармоқ ядросини ташкил этишга иккита каналларни коммутациялаш ва пакетларни коммутациялаш фундаментал ёндашишлар мавжуд. Каналларни коммутациялашда бутун тармоқ йўлида зарур ресурсларни (буферлар, частоталар диапазонлари) алоқа сеанси вақтига заҳиралаштириш бўлиб ўтади. Пакетларни коммутациялашда ресурслар зарурат бўлганида сўралади ва талаб бўйича ажратилади. Баъзан бир неча хабарлар бир вақтда алоқа линиясидан фойдаланишга уриниши мумкин, шунинг учун хабарлар навбатини ташкил этишга зарурат вужудга келади. Каналлар коммутацияланадиган тармоқларга мисол телефон тармоқлари ҳисобланади. Бир абонентга бошқа абонентга маълумотларни узатиш зарурати вужудга келганидан нима бўлишини кўриб чиқамиз. Сўзлашувни бошлашдан олдин қабул қилувчи ва узатувчи томонлар орасида боғланишни ўрнатиш зарур. Мантиқий боғланишдан фарқли равишда кўриб чиқиладиган боғланиш “мавжуд, ҳақиқий” ҳисобланади, яъни абонентлар орасидаги йўлда ётадиган барча каналлар алоқа ҳолатида бўлади. Телефония тилида бундай боғланиш коммутациялаш дейилади. Коммутациялашда боғланишнинг барча вқтига ўзгармас узатиш частотаси ўрнатилади. Бу телефон тармоқларида стандарт частоталар полосасининг ишлатилиши туфайли мумкин бўлади.Замонавий Интернет, аксинча, пакетлар коммутацияланадиган турдаги тармоқ ҳисобланади. Узатилишида пакет кўплаб каналлар орқали ўтади, лекин бунда частоталар полосасини ҳеч қандай заҳиралаштириш бўлиб ўтмайди. Қандайдир канал ўта юкланганида пакет навбатда уни бўшашини кутишга мажбур бўлади. Шундай қилиб,  тезкорлик нуқтаи назаридан Интернет пакетларни максимал интилиш билан етказишга уринсада, етказилиши вақти кафолатланмаган.  Ҳар бир телекоммуникацион тармоқни бирдай каналлар коммутацияланадиган тармоқларга ёки пакетлар коммутацияланган тармоқларга киритиш мумкин бўлмайди. Масалан, асинхрон узатиш режимини ишлатадиган тармоқлар (Asynchronous Transfer Mode, ATM) шундай ташкил этилганки, улардаги ресурсларни заҳиралаштириш хабарлар навбатларини ташкил этиш билан бирга ишлатилади. Шунга қарамай, компьютер тармоқларини каналлар коммутацияланадиган ва пакетлар коммутацияланган тармоқларга бўлиш телекоммуникацион тармоқларни ўрганиш учун қулай “жўнатиш нуқтаси” ҳисобланади.

Коммутациялаш усуллари

3-расмда каналлар коммутацияланадиган тармоқнинг тузилмаси келтирилган. Бу тармоқда тўртта коммутаторлар ўзаро алоқа линиялари орқали уланган. Линиялардан ҳар бири бир вақтда n та алоқа каналларини қўллай олади. Хостлар (персонал компьютерлар, ишчи станциялар ва ҳ.к.) коммутаторлардан бири билан тўғридан-тўғри уланган. Хостлар жуфтлиги орасига ажратилган тўғри боғланиш (бир вақт кўплаб абонентларнинг мулоқот қилишига имкон берадиган “конференция” боғланиши, бундай тармоқларда ҳам мумкин, лекин биз уларни кўриб чиқмаймиз) ўрнатилади. Шундай қилиб, А хост В хостга пакетларни узатиш имкониятига эга бўлиши учун А ва В хостларни боғлайдиган иккита алоқа линияларидан ҳар бирида битта частоталар полосасини заҳиралаштириш зарур бўлади. Модомики, ҳар ир алоқа линияси бир вақтда n та алоқа каналларини қўллай олар экан, алоқа канали полосасининг кенглиги алоқа линияси ўтказиш полосасининг 1/п қисмини ташкил этади.

544580d0-30d0-45ac-962e-e6757b20d4c0 (image/jpg)

Caption: : 3-расм. Тўртта коммутаторлар ва тўртта алоқа линияларидан ташкил топган оддий каналлар коммутацияланадиган тармоқ

Пакетли коммутация

Компьютер тармоқларда катта ҳажмли хабарлар кичик фрагментларга пакетларга бўлинади. Узатиш пайтида пакет кетма кет алоқа линиялар ва маршрутизаторлар орқали ўтади. Маршрутизаторлар оралиқ сақлаш билан узатиш механизмни ишлатади пакет аввал тўлиқ қабул қилинади ва буферга ёзилади, кейин алоқа линияга узатилади (5- расм). Маршрутизаторларда йиғиш ўшланиши  пайдо бўлади, у пакет узунлигига пропорционал: Tзн=L/R бу ерда L – пакет узунлиги бит, R – чиқиш алоқа линиянинг тезлиги бит/сМаршрутизатор чиқиш ва кириш алоқа линияларга эга. Хар битта алоқа линия чекланган размерга эга бўлган буферга (чиқиш навбати) эга. Буфер размери чеклангани учун, шундай ҳолат пайдо бўлиш мумкин, янги пакетни жойлашиш учун буферда жой етишмаслиги мумкин. Бу холатда пакет йўқотилади  ёки янги пакет, ёки навбатда турган пакет йўқотилади. 

30d0c7c7-64e8-4f0d-9761-abc79d9a5dad (image/jpg)

Caption: : 5-расм. Пакетли коммутацияда пакетларни йиғиш ва ўтказиш.

Пакетли коммутация

Пакетли коммутация билан оддий тармоқ структурани кўриб чиқамиз (6-расм.). А,В хостлари Е хостига биргаликда пакетларни жўнатади, А ва В хостларнинг биринчи маршрутизатор билан алоқаси 10Мбит/с тезлиги билан Ethernet алоқа линияси билан амалга оширилади. Маршрутизатор алоқа линияга пакетларни 1,5Мбит/с тезлиги билан юборади. Агар алоқа линия юкланган бўлса пакетлар уни бўшатишни навбатда кутиб турадилар.Агар А ва В бирдан пакетларни юборса, нима бўлишини кўриб чиқамиз. Хостлар ўртасида синхронизация йўқ, пакетларни узатиш тартибини олдиндан айтиб бўлмайди,  бу усул статик мультиплексорлаш деб айтилади. Хостлар ўртасида пакетлар узатиш вақти қўйидагисига тенг: Tп=Q*L/R бу ерда  L – пакет узунлиги бит, R – чиқиш алоқа линиянинг тезлиги бит/с, Q – хостлар ўртасида алоқа линияларнинг сони. Пакетлар тармоққа манба берган тезлиги бўйича алоқа линия олдиндан  заҳираланмаган пайтида киради. Пакетли тармоқ коммутацияли тармоқдан асосий фарқи у хар доим пакетларни охирги тугундан қабул қилишга тайёр.

d77f60e2-f3d9-4aba-89e4-67e4c86cb66f (image/jpg)

Caption: : 6-расм. Пакетли коммутация билан оддий тармоқнинг структураси.