Проектирование сети провайдера IP-услуг

0,019841

0,052910

0,992850

0,971400

0,935650

0,885600

0,007150

0,028600

0,064350

0,114400

Таблица 16 - Сетевые параметры для маршрутизатора М8 по всем направлениям связи

Направление связи	Пропускная способность, бит/c	Загрузка	Задержка, с	Вероятность своевременной доставки	Вероятность потерь
М8-М1	904576,00 452288,00 301525,33 226144,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,006545 0,017452 0,039267 0,104712	0,985850 0,943399 0,872648 0,773596	0,014150 0,056601 0,127352 0,226404
М8-М2	904576,00 452288,00 301525,33 226144,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,006545 0,017452 0,039267 0,104712	0,985850 0,943399 0,872648 0,773596	0,014150 0,056601 0,127352 0,226404
М8-М3	1626816,00 813408,00 542272,00 406704,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003639 0,009704 0,021834 0,058224	0,992132 0,968527 0,929187 0,874110	0,007868 0,031473 0,070813 0,125890
М8-М4	1989120,00 994560,00 663040,00 497280,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,002976 0,007937 0,017857 0,047619	0,993565 0,974260 0,942085 0,897040	0,006435 0,025740 0,057915 0,102960
М8-М5	1735744,00 867872,00 578581,33 433936,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003411 0,009095 0,020464 0,054570	0,992626 0,970503 0,933631 0,882010	0,007374 0,029497 0,066369 0,117990
М8-М6	2349056,00 1174528,00 783018,67 587264,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,002520 0,006720 0,015121 0,040323	0,994551 0,978204 0,950959 0,912816	0,005449 0,021796 0,049041 0,087184
М8-М7	1989120,00 994560,00 663040,00 497280,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,002976 0,007937 0,017857 0,047619	0,993565 0,974260 0,942085 0,897040	0,006435 0,025740 0,057915 0,102960
М8-М9	1771264,00 885632,00 590421,33 442816,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003342 0,008913 0,020053 0,053476	0,992774 0,971094 0,934962 0,884376	0,007226 0,028906 0,065038 0,115624
М8-М10	1626816,00 813408,00 542272,00 406704,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003639 0,009704 0,021834 0,058224	0,992132 0,968527 0,929187 0,874110	0,007868 0,031473 0,070813 0,125890
М8-М11	1626816,00 813408,00 542272,00 406704,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003639 0,009704 0,021834 0,058224	0,992132 0,968527 0,929187 0,874110	0,007868 0,031473 0,070813 0,125890



Таблица 17 - Сетевые параметры для маршрутизатора М9 по всем направлениям связи

Направление связи	Пропускная способность, бит/c	Загрузка	Задержка, с	Вероятность своевременной доставки	Вероятность потерь
М9-М1	885632,00 442816,00 295210,67 221408,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,006684 0,017825 0,040107 0,106952	0,985547 0,942188 0,869923 0,768753	0,014453 0,057812 0,130077 0,231247
М9-М2	885632,00 442816,00 295210,67 221408,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,006684 0,017825 0,040107 0,106952	0,985547 0,942188 0,869923 0,768753	0,014453 0,057812 0,130077 0,231247
М9-М3	1593664,00 796832,00 531221,33 398416,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003715 0,009906 0,022288 0,059435	0,991968 0,967873 0,927714 0,871491	0,008032 0,032127 0,072286 0,128509
М9-М4	1948864,00 974432,00 649621,33 487216,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003038 0,008100 0,018226 0,048603	0,993432 0,973728 0,940889 0,894913	0,006568 0,026272 0,059111 0,105087
М9-М5	1700224,00 850112,00 566741,33 425056,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003482 0,009285 0,020891 0,055710	0,992472 0,969886 0,932244 0,879545	0,007528 0,030114 0,067756 0,120455
М9-М6	2301696,00 1150848,00 767232,00 575424,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,002572 0,006859 0,015432 0,041152	0,994439 0,977756 0,949950 0,911022	0,005561 0,022244 0,050050 0,088978
М9-М7	1948864,00 974432,00 649621,33 487216,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003038 0,008100 0,018226 0,048603	0,993432 0,973728 0,940889 0,894913	0,006568 0,026272 0,059111 0,105087
М9-М8	1771264,00 885632,00 590421,33 442816,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003342 0,008913 0,020053 0,053476	0,992774 0,971094 0,934962 0,884376	0,007226 0,028906 0,065038 0,115624
М9-М10	1593664,00 796832,00 531221,33 398416,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003715 0,009906 0,022288 0,059435	0,991968 0,967873 0,927714 0,871491	0,008032 0,032127 0,072286 0,128509
М9-М11	1593664,00 796832,00 531221,33 398416,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003715 0,009906 0,022288 0,059435	0,991968 0,967873 0,927714 0,871491	0,008032 0,032127 0,072286 0,128509

Таблица 18 - Сетевые параметры для маршрутизатора М10 по всем направлениям связи

Направление связи	Пропускная способность, бит/c	Загрузка	Задержка, с	Вероятность своевременной доставки	Вероятность потерь
М10-М1	812224,00 406112,00 270741,33 203056,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,007289 0,019436 0,043732 0,116618	0,984241 0,936963 0,858167 0,747853	0,015759 0,063037 0,141833 0,252147
М10-М2	812224,00 406112,00 270741,33 203056,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,007289 0,019436 0,043732 0,116618	0,984241 0,936963 0,858167 0,747853	0,015759 0,063037 0,141833 0,252147
М10-М3	1463424,00 731712,00 487808,00 365856,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,004045 0,010787 0,024272 0,064725	0,991253 0,965014 0,921281 0,860054	0,008747 0,034986 0,078719 0,139946
М10-М4	1790208,00 895104,00 596736,00 447552,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003307 0,008818 0,019841 0,052910	0,992850 0,971400 0,935650 0,885600	0,007150 0,028600 0,064350 0,114400
М10-М5	1560512,00 780256,00 520170,67 390128,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003794 0,010116 0,022762 0,060698	0,991798 0,967190 0,926178 0,868761	0,008202 0,032810 0,073822 0,131239
М10-М6	2114624,00 1057312,00 704874,67 528656,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,002800 0,007465 0,016797 0,044793	0,993947 0,975788 0,945522 0,903151	0,006053 0,024212 0,054478 0,096849
М10-М7	1790208,00 895104,00 596736,00 447552,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003307 0,008818 0,019841 0,052910	0,992850 0,971400 0,935650 0,885600	0,007150 0,028600 0,064350 0,114400
М10-М8	1626816,00 813408,00 542272,00 406704,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003639 0,009704 0,021834 0,058224	0,992132 0,968527 0,929187 0,874110	0,007868 0,031473 0,070813 0,125890
М10-М9	1593664,00 796832,00 531221,33 398416,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003715 0,009906 0,022288 0,059435	0,991968 0,967873 0,927714 0,871491	0,008032 0,032127 0,072286 0,128509
М10-М11	1463424,00 731712,00 487808,00 365856,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,004045 0,010787 0,024272 0,064725	0,991253 0,965014 0,921281 0,860054	0,008747 0,034986 0,078719 0,139946

Таблица 19 - Сетевые параметры для маршрутизатора М11 по всем направлениям связи

Направление связи	Пропускная способность, бит/c	Загрузка	Задержка, с	Вероятность своевременной доставки	Вероятность потерь
М11-М1	812224,00 406112,00 270741,33 203056,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,007289 0,019436 0,043732 0,116618	0,984241 0,936963 0,858167 0,747853	0,015759 0,063037 0,141833 0,252147
М11-М2	812224,00 406112,00 270741,33 203056,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,007289 0,019436 0,043732 0,116618	0,984241 0,936963 0,858167 0,747853	0,015759 0,063037 0,141833 0,252147
М11-М3	1463424,00 731712,00 487808,00 365856,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,004045 0,010787 0,024272 0,064725	0,991253 0,965014 0,921281 0,860054	0,008747 0,034986 0,078719 0,139946
М11-М4	1790208,00 895104,00 596736,00 447552,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003307 0,008818 0,019841 0,052910	0,992850 0,971400 0,935650 0,885600	0,007150 0,028600 0,064350 0,114400
М11-М5	1560512,00 780256,00 520170,67 390128,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003794 0,010116 0,022762 0,060698	0,991798 0,967190 0,926178 0,868761	0,008202 0,032810 0,073822 0,131239
М11-М6	2114624,00 1057312,00 704874,67 528656,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,002800 0,007465 0,016797 0,044793	0,993947 0,975788 0,945522 0,903151	0,006053 0,024212 0,054478 0,096849
М11-М7	1790208,00 895104,00 596736,00 447552,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003307 0,008818 0,019841 0,052910	0,992850 0,971400 0,935650 0,885600	0,007150 0,028600 0,064350 0,114400
М11-М8	1626816,00 813408,00 542272,00 406704,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003639 0,009704 0,021834 0,058224	0,992132 0,968527 0,929187 0,874110	0,007868 0,031473 0,070813 0,125890
М11-М9	1593664,00 796832,00 531221,33 398416,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,003715 0,009906 0,022288 0,059435	0,991968 0,967873 0,927714 0,871491	0,008032 0,032127 0,072286 0,128509
М11-М10	1463424,00 731712,00 487808,00 365856,00	0,2 0,4 0,6 0,8	0,004045 0,010787 0,024272 0,064725	0,991253 0,965014 0,921281 0,860054	0,008747 0,034986 0,078719 0,139946

Вычислив суммарную интенсивность нагрузки для каждого маршрутизатора и подставив эти значения в программу расчета сетевых параметров получим сводную таблицу для VoIP (таблица 20).

В таблице 20 представлен расчет сетевых параметров для суммарного трафика VoIP с помощью программы расчета сетевых параметров.

Таблица 20 - Сетевые параметры для суммарного внешнего трафика VoIP

Скорость, бит/c	Загрузка	Задержка, с	Вероятность своевременной доставки	Вероятность потерь
184678780,80	0,2	0,000032	0,999931	0,000069
92339390,40	0,4	0,000085	0,999723	0,000277
61559593,60	0,6	0,000192	0,999376	0,000624
46169695,20	0,8	0,000513	0,998891	0,001109



По расчетным данным для суммарного внешнего трафика получим график зависимости пропускной способности от вероятности потерь, при с=0,8

Рисунок 4 - График зависимости пропускной способности от вероятности потерь при с=0,8 для трафика VoIP

Таблица 21 - Сводная таблица результатов расчёта сетевых параметров для VoIP, при с=0,8

Маршрутизатор	Суммарная интенсивность нагрузки, пакет/с	Суммарная пропускная способность, бит/с	Время задержки,с	Вероятность потерь
М1	386,9	2290448,00	0,209424	0,452809
М2	386,9	2290448,00	0,209424	0,452809
М3	696,4	4122688,00	0,116618	0,252147
М4	851,6	5041472,00	0,095238	0,205920
М5	742,8	4397376,00	0,109290	0,236302
М6	1006,0	5955520,00	0,080645	0,174368
М7	851,6	5041472,00	0,095238	0,205920
М8	774,1	4582672,00	0,104712	0,226404
М9	661,2	3914304,00	0,106952	0,231247
М10	696,4	4122688,00	0,116618	0,252147
М11	696,4	4122688,00	0,116618	0,252147

Рассчитаем сетевые параметры для пользователей IPTV.

В сети используется режим многоадресной рассылки. Т.к. используем MPEG-4, со скоростью 10 Мбит/с, то пропускная способность канала связи от сервера до маршрутизатора при трансляции одного IPTV-канала берем 8 Мбит/с. Рассчитаем интенсивность обслуживания пакетов для 60 каналов:

, (11)

где Ln=592 байт - размер пакета.

Рассчитаем интенсивность поступающей нагрузки для различных значений загрузки с:

пакет/с;

пакет/с;

пакет/с;

пакет/с.

Данные значения заносим в программу расчета сетевых параметров и вычислим пропускную способность и другие сетевые параметры для трафика IPTV. Результаты сведены в таблицу 22.

Таблица 22 - Сетевые параметры для IPTV для всех направлений связи

, пак/с	Скорость, бит/с	Загрузка	Время задержки, с	Вероятность СД	Вероятность потерь
25337,838	600000003,84	0,2	0,000010	0,999979	0,000021
	300000001,92	0,4	0,000026	0,999915	0,000085
	200000001,28	0,6	0,000059	0,999808	0,000192
	150000000,96	0,8	0,000158	0,999659	0,000341
50675,676	1200000007,68	0,2	0,000005	0,999989	0,000011
	600000003,84	0,4	0,000013	0,999957	0,000043
	400000002,56	0,6	0,000030	0,999904	0,000096
	300000001,92	0,8	0,000079	0,999829	0,000171
76013,514	1800000011,52	0,2	0,000003	0,999993	0,000007
	900000005,76	0,4	0,000009	0,999972	0,000028
	600000003,84	0,6	0,000020	0,999936	0,000064
	450000002,88	0,8	0,000053	0,999886	0,000114
101351,352	2400000015,36	0,2	0,000002	0,999995	0,000010
	1200000007,68	0,4	0,000007	0,999979	0,000040
	800000005,12	0,6	0,000015	0,999952	0,000090
	600000003,84	0,8	0,000039	0,999915	0,000160

Таким образом, суммарное значение интенсивности поступающей нагрузки будет равно л=7798,935+101351,352=109150,287пак/с.

Далее сведем результаты расчета сетевых параметров для суммарного внешнего трафика VoIP и IPTV в таблицу и построим график зависимости пропускной способности от вероятности потерь при с=0,8.

Таблица 23 Сетевые параметры для суммарного внешнего трафика VoIP и IPTV

Скорость, бит/c	Загрузка	Задержка, с	Вероятность своевременной доставки	Вероятность потерь
2584678796,16	0,2	0,000002	0,999995	0,000005
1292339398,08	0,4	0,000006	0,999980	0,000020
861559598,72	0,6	0,000014	0,999955	0,000045
646169699,04	0,8	0,000037	0,999921	0,000079

Рисунок 5 - График зависимости пропускной способности от вероятности потерь при с=0,8 для суммарного трафика VoIP и IPTV

Для выбора производительности маршрутизаторов и канала связи между маршрутизаторами, вычислим суммарную интенсивность входящей нагрузки VoIP и IPTV на каждый маршрутизатор и суммарную пропускную способность, результаты сведем в таблицу. Данные для выбора канала связи в зависимости от пропускной способности сведены в таблицу (приложение В) курсового проекта:

Таблица 24 - Сводная таблица сетевых параметров для VoIP и IP-TV при с = 0,8

Маршрутизатор	Суммарная интенсивность нагрузки, пакет/с	Суммарная пропускная способность, Мбит/с	Время задержки, с	Вероятность потерь
М1	101738,252	602,290	0,209424	0,452809
М2	101738,252	602,290	0,209424	0,452809
М3	102047,752	604,122	0,116618	0,252147
М4	102202,952	605,041	0,095238	0,205920
М5	102094,152	604,397	0,109290	0,236302
М6	102357,352	605,955	0,080645	0,174368
М7	102202,952	605,041	0,095238	0,205920
М8	102125,452	604,582	0,104712	0,226404
М9	102012,552	603,914	0,106952	0,231247
М10	102047,752	604,122	0,116618	0,252147
М11	102047,752	604,122	0,116618	0,252147

Таблица 25 - Выбор канала связи в зависимости от пропускной способности

Маршрутизатор	Суммарная пропускная способность, Мбит/с	Канал связи
М1	602,290	STM-4
М2	602,290	STM-4
М3	604,122	STM-4
М4	605,041	STM-4
М5	604,397	STM-4
М6	605,955	STM-4
М7	605,041	STM-4
М8	604,582	STM-4
M9	603,914	STM-4
М10	604,122	STM-4
М11	604,122	STM-4

В результате проделанных расчётов можно сделать вывод, что качество предоставляемых услуг не соответствует заданным: на всех участках сети задержка пакетов VoIP превышает 10 мс.

Выполнив анализ полученных данных, пришли к следующему выводу: сетевые параметры маршрутизаторов (М1,М2) не соответствуют норме для IPTV (превышают предельно допустимое значение времени задержки пакета, которое составляет 150мс).

На основании полученной информации предлагаются следующие меры для улучшения работоспособности сети: использование высокоскоростных ВОЛС, использование более качественного оборудования, а так же увеличение количества маршрутизаторов для повышения надежности сети.



3. СТРУКТУРА СЕТИ И ВЫБОР ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

3.1 Расчет структурных параметров проектируемой сети

Топология иерархической сети связи описывается контурно R-разделимым графом с простым подчинением, позволяющим представить иерархическую структуру композицией подграфом межступенчатых подсетей , (рисунок 6) и подсетей отдельных ступеней иерархии , которые в свою очередь, могут распадаться на зоновые подсети (рисунок 7). Для принятой модели предполагается, что к каждому УК подключено одинаковое для данной ступени число УК предыдущей ступени, а зоновые подсети отдельных спектр возможных спектр топологий дискритизируется некоторым набором базовых, включающих кратчайшую связывающую сеть, радиальную сеть, петлевую структуру, решётчатую структуру, полносвязную сеть и равномерно К-связную сеть.

Рисунок 5 - Контурно-разделимый граф

Рисунок 6 - География сети

Для базовых структур получены аналитические соотношения, связывающие основные структурные параметры: диаметр d, среднюю степень вершин k, среднюю длину маршрута р, число ребер m и число вершин n между собой (таблица 26, 27).

Таблица 26- Аналитические соотношения, связывающие основные структурные параметры

Тип структуры	Число ребер,m	Средняя длина КС, l
Радиальная сеть	n-1
Кратчайшая связывающая сеть	n-1
Петлевая структура	n
Решётчатая структура	(ng-1)nv+ (nv-1)ng
Равномерно k-связная сеть	Nk/2
Полносвязная сеть	n(n-1)/2	[0.32z1+0.13z2)n-(0.32z2+0.13z1)]/(n-1)

Таблица27 - Аналитические соотношения, связывающие основные структурные параметры

Тип структуры	Длина графа,d	Степень вершины, k	Средняя длина маршрута,	Допустимые значения, n
РС	1	n	1	i+1
КСС	n-1	2(1-1/n)	(n+1)/3
ПСТ	(n-1)/2	2	(n+1)/4	2i+1
	n/2			(i+1)
РШ	nv+ng-2	4(1-1/		(i+1)(j+1)
РКС	(n-1)/k,k=2,n-1	Ѕ(n/(k-1))+1,k=3,n-2	2?k?n-2		(2i+1)(k-1)
ПСС	n/2(k-1) k=2,3.n-1	n/2(k-1)+1 k=4,n-2	3?k?n-1		2i(k-1)

Под степенью вершины понимается число ребер, инцидентных вершине. Для РКС степень вершины совпадает со связностью. В последней графе таблице 18 приведены значения n, при которых структурные параметры имеют отображение в граф. Индексы i и j могут принимать значение 1, 2, 3, ... Вывод формул расчета средней (географической) длины l КС выполнен при условии равномерного размещения оконечных пунктов в прямоугольнике со сторонами z1Чz2(км). Переменной ng обозначено число оконечных пунктов в одном горизонтальном ряду, а nvв вертикальном.

Другие обозначения, приведенные в таблицах 26 и 27:

Формулы l для PC и ПСС предполагают выполнение условия.

Чтобы воспользоваться формулами для других аппроксимаций территории сети, необходимо значение l, полученное из таблицы 27, умножить на коэффициент компактности территории kf.

Согласно определению контурно R-разделимого графа, считается, что для зоновых подсетей отдельных ступеней иерархии возможен любой из выше перечисленных принципов организации, а для межуровневых подсетей - только радиальный.[8]

Для построения сети могут использоваться такие топологии как звезда, решетчатая топология, полносвязная топология и др.

Решетчатая топология ? это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси. Достоинством решетчатой топологии может служить высокая надежность, а недостатком - сложность реализации.

Радиальная структура («звезда») - это вариант топологии, когда каждый узел подключается отдельным кабелем к общему устройству, которое находится в центре воображаемой звезды. Достоинства данной топологии заключаются в том, что выход из строя одного узла не отражается на работе всей сети в целом, а также в том, что при условии правильного проектирования обеспечивается высокая производительность сети. К недостаткам можно отнести то обстоятельство, что выход из строя центрального узла оберн?тся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом и конечное число узлов в сети ограничено число портов центрального устройства.

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый узел сети связан со всеми остальными. Каждый узел в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных узлов сети. Для каждой пары узлов должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Основным недостатком полносвязной является то, что требуется большое количество кабеля для соединения всех узлов между собой.

Преимуществами ПСС является то, что в случае отказа одного из узлов в сети ПСС, все остальные узлы не остаются без соединения и продолжают дальше нормально взаимодействовать, а скорость обмена информацией в такой сети достаточно высокая по сравнению с РШ структурой сети. ПСС является структурой, обеспечивающей высокую надежность за счет того, что каждый узел физически соединен со всеми остальными, что обеспечивает высокую степень избыточности. Полносвязная топология обычно используется в соединениях между собой маршрутизаторов распределенных сетей WAN.

Так как у нас используется полносвязная структура (ПСС), т.к. используется небольшое число маршрутизаторов (рисунок 8),то число ребер:

m = n(n-1)/2 = 11(11-1)/2=55 (12)

где m- число ребер

n=11- число вершин (маршрутизаторов)

Построим граф сети для заданного количества маршрутизаторов:

Рисунок 7 - Граф сети с ПСС

3.2 Требования к программному обеспечению

Для значительного повышения производительности труда проектировщиков и тем самым снижение стоимости разработки сетей связи необходимы современные индустриальные методы проектирования на базе широкого использования систем автоматизированного проектирования (САПР) сетей связи, включающих в свой состав комплекс средств: программного, информационного, технического и других видов обеспечения. Составной частью программного обеспечения САПР сетей связи являются пакеты прикладных программ (ППП)оптимизации и анализа сетей связи.

Программное обеспечение (ПО), предназначенное для оптимизации и анализа сетей, ориентируется на проведение многовариантных структурно-сетевых расчётов и представляет собой программные комплексы многоцелевого назначения.

Прикладные программы пакета должны быть удобны для широкого круга проектировщиков с различным уровнем подготовки. Вид задания исходной информации должен быть прост и близок к виду, принятому в данной проблемной области. Информация, необходимая для управления процессом оптимизации и выбора значения настроечных параметров алгоритмов, должна быть понятна пользователю и иметь как можно меньший объём. Наиболее предпочтительным является режим автоматического выбора настроечных параметров. Выходная информация должна включать интегральные и дифференциальные характеристики оптимального проекта. В целом ПО должно характеризоваться высокой надёжностью, эффективностью поиска и возможностью замены модулей.

ПО расчёта структуры сетей является программной реализацией модели и алгоритмов. Пакет программ характеризуется иерархичностью и модульностью структуры, гибкостью к перестройке и позволяет путем замены соответствующих карт-признаков производить переориентацию программ.

В данном курсовом проекте были использованы такие программные средства как Windows, программа расчета пропускной способности сети - DimKP, программа расета матрицы информационного тяготения.

3.3 Выбор протокола маршрутизации

В качестве протокола маршрутизации может быть выбран RIP, OSPF или какой-либо другой протокол маршрутизации, например IS-IS или EIGRP, в зависимости от топологии и задач сети. RIP относится к протоколам маршрутизации типа «вектор-расстояние», тогда как IS-IS и OSPF относятся к протоколам состояния звена. EIGRP является гибридным протоколом. Рассмотрим эти протоколы маршрутизации более подробно.

Протокол RIP (RoutingInformationProtocol, протокол маршрутной информации) является наиболее простым протоколом динамической маршрутизации. Он относится к протоколам типа «вектор-расстояние».

В протоколах типа «вектор-расстояние» каждый маршрутизатор рассылает список адресов доступных ему сетей («векторов»), с каждым из которых связано параметр «расстояния» (например, количество маршрутизаторов до этой сети, значение, основанное на производительности канала и т.п.).

Протокол RIP обладает следующими характеристиками:

работа протокола основана на широковещательной рассылке. Маршрутизаторы одного и того же сегмента обмениваются сообщениями о корректировках с помощью широковещательной рассылки;

он предназначен для использования в качестве внутреннего протокола маршрутизации;

RIP лучше всего работает в небольших сетях. Поскольку RIP реализует широковещательную рассылку и имеет ограничения по диаметру сети, он не подходит для больших сетей;

как протокол вектора расстояния RIP использует число пересылок в качестве метрики расстояния для выбора наилучшего маршрута к пункту назначения;

значением метрик является число пересылок. Число пересылок (от одного маршрутизатора до другого) является единицей расстояния, используемой маршрутизаторами, поддерживающими RIP. Каждая промежуточная сеть, через которую проходит датаграмма, рассматривается как одна пересылка (hop). Максимальное число пересылок равно 15;

RIP использует периодические обновления. Маршрутизаторы, поддерживающие RIP, через заданные таймером промежутки времени рассылают широковещательные сообщения с корректировками маршрутов. Периодичность рассылки обновлений 30 с;

маршрутизаторы посылают своим соседям полные копии таблиц маршрутизации, независимо от того, имеются ли изменения в сети или нет;

максимальный диаметр сети ограничивается 15-ю пересылками. Максимальное: число сетей, через которые может быть ретранслирована датаграмма, составляет 15 (пересылок). Любое значение, превышающее число 15, свидетельствует о том, что адресат недоступен.

Каждый RIP-маршрутизатор по умолчанию вещает в сеть свою полную таблицу маршрутизации раз в 30 секунд, довольно сильно нагружая низкоскоростные линии связи. Ограничение на 15 хопов не дает применять его в больших сетях. Преимущество этого протокола - простота конфигурирования.

На рисунке 10 показано как поступает протокол RIP при выборе маршрута: вместо трех более скоростных участков магистрали он выбирает хоть и намного хуже по скорости, но лучше по количеству переходов маршрут.

Рисунок 8 - Выбор маршрута протоколом RIP

Протокол RIP с течением времени перетерпел значительную эволюцию: от классового (classful) протокола маршрутизации (RIPv.1) к бесклассовому протоколу RIP второй версии (RIPv.2).Усовершенствования протокола RIPv.2 включают в себя:

1. Способность переносить дополнительную информацию о маршрутизации пакетов;

2. Механизм аутентификации для обеспечения безопасного обновления таблиц маршрутизации;

3. Способность поддерживать маски подсетей.

Протокол RIP предотвращает появление петель в маршрутизации, по которым пакеты могли бы циркулировать неопределенно долго, устанавливая максимально допустимое количество переходов на маршруте от отправителя к получателю. Формат заголовка пакета RIPv.2 представлен на рисунке 9.

Команда	Версия	должны быть установлены в 0
Идентификатор адресной схемы	Метка маршрута
IP-адрес
Маска подсети
Следующий хоп
Метрика

Рисунок 9 - Формат заголовка пакета RIPv.2

Команда - занимает один байт, имеет значение 1 при запросе всей таблицы маршрутизации или ее части, 2 - при рассылке всей таблицы или ее части, которая бывает:

по запросу одного маршрутизатора из группы запросивших;

через 30-секундный интервал;

при изменении метрики.

Версия - характеризует версию протокола.

Идентификатор адресной схемы - занимает 2 байта, имеет значение 2, если используется формат представления адреса для Internet. 0*FFFF используется при аутентификации. При этом в поле RouteTag ставится значение 2, а в поле остальных параметров устанавливается 16-байтный порог.

Метка маршрута ? используется для разделения внутренних и внешних сетей. Для внутренних сетей имеет значение 0.

Следующий хоп? используется, когда в сети есть шлюзы с другими протоколами маршрутизации, и они не могут сообщить свои данные о маршрутах по протоколу RIP. В этом случае нужно иметь промежуточный шлюз, который работает по RIP и по др. протоколу. В поле NextHop при этом устанавливается адрес шлюза, через который можно попасть в указанную сеть.

OSPF ? это открытый протокол маршрутизации, базирующийся на алгоритме поиска наикратчайшего пути (Open ShortestPathFirst? OSPF). OSPF имеет две основные характеристики: протокол является открытым, т. е. его спецификация является общественным достоянием, он базируется на алгоритме SPF. Алгоритм SPF иногда называют алгоритмом Дейкстры по имени его автора. OSPF является иерархическим протоколом маршрутизации с объявлением состояния о канале соединения (link-state). Он был спроектирован как протокол работы внутри сетевой области AS (AutonomousSystem), которая представляет собой группу маршрутизаторов и сетей, объединенных по иерархическому принципу и находящихся под единым управлением и совместно использующих общую стратегию маршрутизации. В качестве транспортного протокола для маршрутизации внутри AS OSPF использует IP-протокол. Обмен информацией о маршрутах внутри AS протокол OSPF осуществляет посредством обмена сообщениями о состояниях канала соединений между маршрутизаторами и сетями области (link-stateadvertisement? LSA). Эти сообщения передаются между объектами сети, находящимися в пределах одной и той же иерархической области -- это может быть как вся AS, так и некоторая группа сетей внутри данной AS. В LSA-сообщения протокола OSPF включается информация о подключенных интерфейсах, о параметрах маршрутов и других переменных. По мере накопления роутерами OSPF информации о состоянии маршрутов области, они рассчитывают наикратчайший путь к каждому узлу, используя алгоритм SPF. Причем расчет оптимального маршрута осуществляется динамически в соответствии с изменениями топологии сети.

Для различных типов IP-сервиса (видов услуг высшего уровня, которые определяются значением поля TOS IP-пакета), OSPF может рассчитывать свои оптимальные маршруты на основании параметров, наиболее критичных для данного вида сервиса. Например, какая-нибудь прикладная программа может включить требование о том, что определенная информация является срочной. Если OSPF имеет в своем распоряжении каналы с высоким приоритетом, то они могут быть использованы для транспортировки срочных дейтаграмм.

OSPF поддерживает механизм, позволяющий работать с несколькими равноправными маршрутами между двумя объектами сети. Это позволяет существенно уменьшить время передачи данных и более эффективно использовать каналы связи.

Кроме того, OSPF-протокол поддерживает аутентификацию изменений маршрутов. Это означает, что только те маршрутизаторы, которые имеют определенные права, могут осуществлять маршрутизацию пакетов. Это позволяет, при соответствующей настройке прав системы маршрутизаторов, передавать по сети конфиденциальные сообщения, зная заранее, что они проходят только по определенным маршрутам.

Формат заголовка сообщения OSPF представлен на рисунке 10.

Версия	Тип	Длина сообщения
IP-адрес маршрутизатора
Идентификатор области
Контрольная сумма	Тип аутентификации
Данные для аутентификации
Данные для аутентификации (продолжение)

Рисунок 10? Формат заголовка пакета OSPF

Версия (1 байт). Поле означает номер версии OSPF-пакета протокола, использующего данный пакет.

Тип (1 байт). В зависимости от типа, пакет выполняет те или иные функции:

Тип = 1 - Hello

Тип=2 -Database Description,

Тип =3 - Link-State Request,

Тип =4 - Link-State Update,

Тип =5 - Link-SateAcknowledgement.

Длина сообщения(16 бит) - поле длины пакета (в байтах) вместе со стандартным заголовком.

IP-адрес маршрутизатора (32 бита) - поле идентификатора отправителя.

Идентификатор области (32 бита) - поле идентифицирует область, к которой принадлежит данный пакет.

Далее 16 бит составляет поле контрольной суммы пакета.

Тип аутентификации (16 бит) - поле типа аутентификации. Например, "простой пароль". Все обмены протокола OSPF проводятся с аутентификацией отправителя и его прав. Тип аутентификации устанавливается по принципу "отдельный для каждой области".

Информация аутентификации (64 бита) - поле содержит информацию аутентификации.

Hello. Отправляется через регулярные интервалы времени для установления и поддержания соседских взаимоотношений. На всех маршрутизаторах, подсоединенных к сети, должны быть согласованы ключевые параметры пакетов этого типа -- маски сети, периоды приветствования и сигнализации обрыва контакта. Эти и другие параметры входят в состав Hello-пакетов.

DatabaseDescription. Пакеты описывают содержимое базы данных. Обмен этими пакетами производится при инициализации смежных маршрутизаторов, т. е. имеющих идентичные топологические базы данных. При описании базы данных может использоваться несколько таких пакетов. Для обработки таких пакетов используется процедура "переклички" (poll-response), в которой один из маршрутизаторов определяется как master, а другой как slave. Соответственно, master отправляет эти пакеты, a slave должен отвечать за их получение.

Link-StateRequest. Запрос о состоянии канала. Обмен этими пакетами производится после того, как какой-нибудь роутер обнаруживает, например, путем проверки пакетов описания базы данных, что часть его топологической базы данных устарела.

Link-StateUpdate. Пакеты корректировки состояния канала - ответ на пакеты запроса о состоянии канала. Эти пакеты используются для регулярного тиражированияLSA. В один пакет могут быть включены несколько сообщений LSA. Каждое из них несет информацию о части сети.

Link-StateAcknowledgement. Подтверждение состояния канала. Подтверждает пакеты корректировки состояния канала. Пакеты корректировки состояния канала должны быть четко подтверждены, что является гарантией надежности процесса адресации пакетов корректировки состояния канала через какую-нибудь область.

К тому же, так как OSPF это протокол состояния канала, а не протокол вектора расстояний, он имеет и другие характеристики, которые делают его предпочтительным по отношению к RIP:

OSPF может рассчитать отдельный набор маршрутизаторов для каждого типа сервиса IP (type-of-service). Это означает, что для любого пункта назначения может быть несколько пунктов в таблице маршрутизации, по одному для каждого типа сервиса IP.

Каждому интерфейсу назначается цена. Она может быть назначена на основании пропускной способности, времени возврата, надежности или по какому-либо другому параметру. Отдельная цена может быть назначена для каждого типа сервиса IP.

Если существует несколько маршрутов к одному пункту назначения с одинаковой ценой, OSPF распределяет трафик (поток данных) поровну между этими маршрутами. Это называется балансом загруженности.

OSPF поддерживает подсети: маска подсети соответствует каждому объявленному маршруту. Это позволяет разбить IP адрес любого класса на несколько подсетей различного размера. Маршруты к хостам объявляются с маской подсети, из всех единичных бит. Маршрут по умолчанию объявляется как IP адрес 0.0.0.0 с маской из всех нулевых битов.

Каналы точка-точка между маршрутизаторами не имеют IP адресов на каждом конце. Это называется сетями без адреса (unnumbered). Такой подход позволяет сэкономить IP адреса - очень ценный ресурс в настоящее время!

Используется простая схема аутентификации. Может быть указан пароль в виде открытого текста, так же как это делается в схеме RIP-2.

OSPF использует групповую адресацию вместо широковещательной, что уменьшает загруженность систем, которые не распознают OSPF.[9]

EIGRP (EnhancedInteriorGatewayRoutingProtocol)- был представлен в 1994 году, как усовершенствованная версия протокола маршрутизации IGRP (InteriorGatewayRoutingProtocol), эти два протокола разработаны компанией Cisco. В отличие от протокола IGRP, который использует классовую маршрутизацию, протокол EIGRP поддерживает бесклассовую маршрутизацию CIDR (classless interdomain routing) имаскипеременнойдлинны VLSM (variable-length subnet mask).Протокол EIGRP является дистанционно-векторным протоколом маршрутизации, хотя его еще называют гибридным, он сочетает в себе лучшие черты дистанционно-векторных алгоритмов и алгоритмов по состоянию канала. Как и IGRP, протокол EIGRP используется только в маршрутизаторах фирмы Cisco. Перечислим основные усовершенствования EIGRP по сравнению с IGRP:

Специальный алгоритм распространения информации об изменениях топологии сети - алгоритм DUAL (англ. DiffuseUpdateAlgorithm, алгоритм распространения обновлений);

Поддержка бесклассовой адресации;

Поддержка других протоколов сетевого уровня (кроме IP);

Передача частичных обновлений таблицы маршрутизации.

Алгоритм DUAL основан на определении для каждой подсети назначения двух (а не единственного, как в других протоколах) маршрутизаторов: преемника (англ. successor) и возможного преемника (англ. feasiblesuccessor). Для каждого возможного маршрута до подсети назначения вычисляются две метрики: объявленное расстояние (англ. advertiseddistance) и возможное расстояние (англ. feasibledistance). Объявленное расстояние вычисляется как сумма метрик всех связей, составляющих маршрут, кроме самой первой. Возможное расстояние - это просто сумма метрик всех связей, составляющих маршрут.

Маршрутизатором-преемником для подсети назначается тот из соседних маршрутизаторов, через который проходит маршрут с минимальным значением объявленного расстояния. Маршрутизатором-возможным преемником для подсети назначается тот из соседних маршрутизаторов, через который проходит маршрут, объявленного расстояние для которого меньше, чем возможное расстояние для маршрута через преемника. Возможный преемник используется для доставки пакетов к подсети назначения в том случае, если доставка пакетов через преемника невозможна.

Протокол ведет три таблицы:

1. Таблица соседей (neighborstable) ? записывает маршрутизаторы, с которыми он установил соседство и обменивается информацией.

2. Таблица топологий (topologytable) ? хранит в ней маршруты с указанием основных следующих хопов и резервных.

3. Таблица маршрутизации (routingtable).

Формат заголовка пакета EIGRP представлен на рисунке 11.

Версия	Тип пакета	Контрольная сумма
Флаги
Порядковый номер последовательности
Номер подтверждения
Номер автономной системы
Поле TLV

Рисунок 11? Формат заголовка пакета EIGRP

Поле Версия определяет версию протокола.

Тип пакета - определяет тип пакета протокола EIGRP. Выделяют пять типов пакета протокола:

Hello (пакеты приветствия) - этипакеты используются для обнаружения соседей, их тестирования и повторного обнаружения в случае сбоя. Для отправки пакетов используется многоадресная рассылка muilticast-адрес 224.0.0.10.

Acknowledgment - пакеты, которые подтверждают получение пакет...