Метод оптимизации передачи данных на канальном уровне в вычислительных сетях
Разработка метода оптимизации передачи трафика по сети с использованием заблокированных каналов связи. Обзор существующих решений в области построения логических сетевых топологий. Изучение результатов при использовании различных методов оптимизации.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.04.2018 |
| Размер файла | 506,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Метод оптимизации передачи данных на канальном уровне в вычислительных сетях
Новик К.И.,
Зайцев К.А.
Обеспечение высокой пропускной способности, наряду с отказоустойчивостью, является одной из основных задач при построении вычислительных сетей. Для обеспечения отказоустойчивости, сеть нагружают избыточными каналами связи, однако в связи с особенностями передачи трафика по сети, она не должна содержать в себе петель. Единственный способ избавиться от петель в сетевой топологии коммутаторов - это отключить некоторые каналы связи, чтобы разорвать возможные кольца и построить из физической топологии логическую топологию дерева. Как результат - возрастает нагрузка на каналы связи, расположенные ближе к корневому коммутатору, и появляется большое количество заблокированных физических каналов связи, которые можно использовать.
На сегодняшний день нет какого-либо универсального способа решения этих проблем, которые с ростом масштабов вычислительных сетей становятся все более заметными.
В связи с этим, целью данной работы стало разработка метода оптимизации передачи трафика по сети с использованием заблокированных каналов связи.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ предметной области и особенностей передачи данных на канальном уровне;
- обзор существующих решений в области построения логических сетевых топологий;
- разработка метода оптимизации передачи трафика с использованием заблокированных каналов;
- сравнительный анализ результатов при использовании различных методов оптимизации.
Для построения логической топологии без петель на канальном уровне в локальных вычислительных сетях используется протокол STP (Spanning tree protocol), который является открытым стандартом IEEE 802.1d. На его основе разрабатываются другие протоколы канального уровня.
Например, протокол RSTP, в нем были изменены состояния каналов, уменьшены таймеры ожидания, были добавлены механизмы быстрого переключения состояний каналов Portfast, Uplink fast, Backbone fast, что позволило этому протоколу строить логическую топологию и реагировать на изменения намного быстрее стандартного STP. Тем не менее, не была решена проблема простаивания связей, которые отключены для предотвращения образования петель в сети, и высокой нагрузки на корневые каналы. Построение топологии протоколом RSTP показано на рисунке 1. Пунктирными линиями отображены заблокированные связи.
Рисунок 1- Передача кадра с использованием механизма SSS
Другой пример - протокол компании Cisco - PVST. По принципу работы он схож с работой RSTP, но в нем покрывающее дерево STP строится для каждой виртуальной локальной сети. С помощью тонкой настройки и разделения физической локальной сети на виртуальные локальные сети (VLAN) можно максимально оптимизировать маршруты передачи данных на втором уровне. Однако, для большого количества VLAN, настройка протокола становится более сложной и неоптимальной. Пример работы настроенного протокола RSTP изображен на рисунке 2.
Рисунок 2 - а) топология сети б) активная топология протокола STP в) активная топология протокола PVST
Красными и синими линиями изображены две виртуальные локальные сети. Как видно из рисунка, 2в, используются все физические каналы связи, в отличии от работы обычного протокола STP - 2б, который блокирует два из шести каналов.
Задача магистерской диссертации - разработать такой алгоритм передачи данных, который бы позволял без тонкой и децентрализовано строить маршруты на канальном уровне. Это позволит уменьшить времена сходимости сети, а так же максимально увеличит производительность, поскольку каждый раз при пересылке кадра будет использоваться кратчайший маршрут между двумя точками.
Для этого используются элементы дистанционно-векторной маршрутизации на сетевом уровне. Каждый коммутатор строит свое дерево STP с собой в качестве корня. Он хранит информацию обо всех коммутаторах и каналах связи, которые находятся в одном широковещательном домене. Знание обо всех каналах позволяет коммутатору быстро перестраивать свое дерево STP в случае, если основные каналы связи становятся недоступными. Пример построения деревьев для каждого коммутатора изображен на рисунке 3.
трафик сеть заблокированный канал
База данных STP для каждого коммутатора состоит из трех таблиц:
- Таблица направления. Хранит для всех коммутаторов домена запись вида «MAC-адрес коммутатора назначения, MAC-адрес коммутатора, через который можно отправить пакет».
- Таблица используемых каналов. Содержит информацию обо всех каналах связи, которые используются в дереве STP данного коммутатора. По этой таблице строится таблица направлений. Запись о канале связи имеет вид «MAC-адрес первого коммутатора, MAC-адрес второго коммутатора, метрика канала постоянная, метрика нагрузки канала»
- Таблица резервных каналов. Хранит записи обо всех каналах, которые существуют, но не используются в дереве взятого коммутатора. Они могут быть использованы при утрате или изменении метрик основных каналов.
Таким образом, при передаче данных, каждый коммутатор определяет только следующую точку на маршруте кадра согласно своему дереву. При этом всегда будет выбираться наиболее оптимальный маршрут, который не будет зависеть от одного центрального коммутатора, что позволит загрузить каналы связи, которые бы простаивали при работе обычного протокола STP. Кроме этого, в протоколе предусматривается динамическая метрика каналов, что позволяет разгружать те каналы, которые в определенный промежуток времени становятся чрезмерно загружены.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ существующих топологий построения сети MetroEthernet. Оценка типовых решение построения сетей абонентского доступа. Расчет оборудования для услуг передачи речи. Разработка топологической и ситуационной схемы. Расчет трафика услуг телефонии.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 17.05.2016Необходимые условия экстремума. Разработка машинного алгоритма и программы многомерной оптимизации для градиентного метода с использованием метода равномерного поиска. Проверка необходимых и достаточных условий экстремума для найденной точки минимума.
курсовая работа [249,8 K], добавлен 25.09.2013Анализ применяемых технологий в мультисервисных сетях. Сосуществование сетей АТМ с традиционными технологиями локальных сетей. Характеристика сети передачи данных РФ "Электросвязь" Кемеровской области. Схема организации сети передачи данных, каналы связи.
дипломная работа [642,3 K], добавлен 02.11.2010Разработка программы, моделирующей работу методов случайного доступа к каналу передачи данных в локальных вычислительных сетях. Величины нормированной пропущенной нагрузки. Нормированная производительность протокола передачи. Протоколы канального уровня.
курсовая работа [141,2 K], добавлен 24.06.2013Назначение и классификация методов поисковой оптимизации. Эффективность поискового метода. Методы поиска нулевого порядка: исходные данные, условия, недостатки и применение. Структура градиентного метода поиска. Основная идея метода наискорейшего спуска.
лекция [137,8 K], добавлен 04.03.2009Применение методов векторной оптимизации для повышения эффективности функционирования транспортных систем. Оптимизация выбора маршрутов и объемов предоставления поставщиками услуг спутниковой связи его потребителям. Распределение объемов трафика.
курсовая работа [682,3 K], добавлен 07.10.2021Программирование численных методов одномерной оптимизации. Решение одномерных задач оптимизации методами последовательного поиска. Градиентные методы и их применение для оптимизации на ЭВМ математических моделей объектов. Методы нулевого порядка.
контрольная работа [257,9 K], добавлен 15.01.2009Описание подхода, позволяющего для методов оптимизации, основанных на использовании точных штрафных функций, преодолеть проблему сходимости к стационарным точкам, не принадлежащим допустимой области исходной задачи. Теория субаналитических функций.
курсовая работа [365,6 K], добавлен 28.09.2015Роль компьютерных сетей, принципы их построения. Системы построения сети Token Ring. Протоколы передачи информации, используемые топологии. Способы передачи данных, средства связи в сети. Программное обеспечение, технология развертывания и монтажа.
курсовая работа [279,7 K], добавлен 11.10.2013Задачи оптимизации в математике и информатике. Классификация методов оптимизации. Методы с переменной метрикой. Значение функции на заданном интервале. Локальный минимум функции. Методы минимизации функции. Классификация методов многомерной оптимизации.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 19.06.2012Беспроводные и проводные системы передачи данных. Методы обеспечения безошибочности передачи данных в сетях. Оценка зависимости показателей эффективности. Снижение вероятности появления ошибки сбора данных в соответствии с предъявленными требованиями.
дипломная работа [309,0 K], добавлен 14.10.2014Математические основы оптимизации. Постановка задачи оптимизации. Методы оптимизации. Решение задачи классическим симплекс методом. Графический метод. Решение задач с помощью Excel. Коэффициенты целевой функции. Линейное программирование, метод, задачи.
реферат [157,5 K], добавлен 21.08.2008Технология построения сетей передачи данных. Правила алгоритма CSMA/CD для передающей станции. Анализ существующей сети передачи данных предприятия "Минские тепловые сети". Построение сети на основе технологии Fast Ethernet для административного здания.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 15.02.2013Изучение понятия локальной вычислительной сети, назначения и классификации компьютерных сетей. Исследование процесса передачи данных, способов передачи цифровой информации. Анализ основных форм взаимодействия абонентских ЭВМ, управления звеньями данных.
контрольная работа [37,0 K], добавлен 23.09.2011Технологии высокоскоростной передачи данных в локальных сетях. Расчет информационных потоков. Выбор сетевых стандартов. Разработка структуры сети, схемы прокладки кабелей. Выбор аппаратного и программного обеспечения. Разработка системы защиты информации.
дипломная работа [555,3 K], добавлен 19.01.2017Обзор сетевых технологий контроля и определение требований к системам управления, размер системы и взаимосвязанность составляющих ее частей. Системная архитектура, обзор протоколов передачи и возможных решений, согласование и конфигурация линии связи.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 13.09.2010Назначение системы управления базой данных. Передача данных в сетях ЭВМ: схема передачи информации, характеристика каналов передачи информации. Информационные ресурсы, которые содержит Интернет. Электронная почта - информационная услуга компьютерной сети.
контрольная работа [43,4 K], добавлен 26.04.2009Назначение и классификация компьютерных сетей. Распределенная обработка данных. Классификация и структура вычислительных сетей. Характеристика процесса передачи данных. Способы передачи цифровой информации. Основные формы взаимодействия абонентских ЭВМ.
контрольная работа [36,8 K], добавлен 21.09.2011Общие сведения о вычислительных сетях, история их появления. Локальные и глобальные сети. Пакет как основная единица информации вычислительной сети. Главные способы переключения соединений. Методы организации передачи данных между компьютерами.
презентация [611,9 K], добавлен 25.11.2012Структура современных корпоративных сетей. Применение технологии Intranet в корпоративных сетях передачи данных. Принципы их построения и главные тенденции развития. Особенности стандартов Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Технология 100VG-AnyLAN.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.07.2011
