Трудно реализовать
Легко реализуется при наличии достаточного количества ресурсов для каждого виртуального канала
Оба подхода к созданию сетей в ряде вопросов находят некие компромиссы. Во-первых, существует компромисс между временем установки соединения и временем обработки адреса. Виртуальный канал требует определенных затрат времени на его установку, однако в результате это существенно упрощает обработку пакетов данных: чтобы понять, куда должен быть отправлен пакет, маршрутизатору требуется всего лишь обратиться к таблице, зная номер канала. Дейтаграммная сеть не требует установки, однако определение адреса назначения осуществляется с помощью более сложной процедуры поиска.
Другая проблема, связанная с этим, состоит в следующем: адреса назначения в дейтаграммных сетях гораздо длиннее, чем номера каналов в сетях виртуальных каналов, поскольку они обладают глобальным значением. При сравнительно небольшом размере пакетов включение полного адреса назначения в каждый пакет может привести к существенным издержкам и фактически к снижению пропускной способности.
Еще одна проблема — количество памяти, которое маршрутизатор должен выделить для хранения таблиц. В дейтаграммной сети должно быть предусмотрено место для любого возможного адреса назначения, тогда как в сети виртуальных каналов — только для каждого канала. Однако такое преимущество на деле оказывается обманчивым, поскольку пакеты, требующиеся для установки соединения, используют адреса назначения так же, как и дейтаграммы.
Виртуальные каналы обладают некоторыми преимуществами, помогающими им предоставлять гарантированное качество обслуживания и избегать заторов в сети, так как ресурсы (такие как буфер, пропускная способность, время центрального процессора) могут быть зарезервированы заранее, во время установки соединения. Когда начинают прибывать пакеты, необходимая пропускная способность и мощность маршрутизатора будут предоставлены. В дейтаграммной сети предотвращение заторов реализовать значительно сложнее.
В системах обработки транзакций (например, при запросе магазина на верификацию кредитной карты) накладные расходы на установку соединения и удаление виртуального канала могут сильно снизить потребительские свойства сети. Если объем информации, передаваемой во время одного соединения, невелик, то использование виртуального канала не имеет смысла. Однако в случае длительных операций, таких как обмен данными через VPN внутри одной компании, постоянные виртуальные каналы (установленные вручную и не разрываемые месяцами и даже годами) могут оказаться полезными.
Недостатком виртуальных каналов является их уязвимость в случае выхода из строя или временного выключения маршрутизатора. Даже если он будет быстро починен и снова включен, все виртуальные каналы, проходившие через него, будут прерваны. Если же в дейтаграммной сети маршрутизатор выйдет из строя, то будут потеряны только те пакеты, которые находились в данный момент на маршрутизаторе (причем по всей вероятности, даже они не пострадают, поскольку отправитель, скорее всего, сразу же выполнит повторную передачу). Обрыв линии связи для виртуальных каналов является фатальным, а в дейтаграммной системе может оказаться почти незамеченным. Кроме того, дейтаграммная система позволяет соблюдать баланс между загрузкой маршрутизаторов и линий связи.
5.2. Алгоритмы маршрутизации
Основная функция сетевого уровня заключается в выборе маршрута для пакетов от начальной до конечной точки. В большинстве сетей пакетам приходится проходить через несколько маршрутизаторов. Единственным исключением являются широковещательные сети, но даже в них маршрутизация является важным вопросом, если отправитель и получатель находятся в разных сегментах сети. Алгоритмы выбора маршрутов и используемые ими структуры данных являются значительной областью при проектировании сетевого уровня.
Алгоритм маршрутизации реализуется той частью программного обеспечения сетевого уровня, которая отвечает за выбор выходной линии для отправки пришедшего пакета. Если сеть использует дейтаграммную службу, выбор маршрута для каждого пакета должен производиться заново, так как оптимальный маршрут мог измениться. Если сеть использует виртуальные каналы, маршрут выбирается только при создании нового виртуального канала. После этого все информационные пакеты следуют по установленному маршруту. Последний случай иногда называют сеансовой маршрутизацией (session routing), так как маршрут остается в силе на протяжении всего сеанса связи (например, все время, пока вы подключены к сети VPN).
Полезно понимать разницу между маршрутизацией, при которой системе приходится делать выбор определенного маршрута следования, и пересылкой — действием, происходящим при получении пакета. Можно представить себе маршрутизатор как устройство, в котором функционируют два процесса. Один из них обрабатывает приходящие пакеты и выбирает для них по таблице маршрутизации исходящую линию. Такой процесс называется пересылкой (forwarding). Второй процесс отвечает за заполнение и обновление таблиц маршрутизации. Именно здесь в игру вступает алгоритм маршрутизации.
Вне зависимости от того, отдельно ли выбираются маршруты для каждого отправляемого пакета или же только один раз для соединения, желательно, чтобы алгоритм выбора маршрута обладал определенными свойствами — корректностью, простотой, надежностью, устойчивостью, справедливостью и эффективностью. Корректность и простота вряд ли требуют комментариев, а вот потребность в надежности не столь очевидна с первого взгляда. Во время работы большой сети постоянно происходят какие-то отказы аппаратуры и изменения топологии. Алгоритм маршрутизации должен уметь справляться с изменениями топологии и трафика без необходимости прекращения всех задач на всех хостах. Представьте себе, что было бы, если бы сеть перезагружалась при каждой поломке маршрутизатора!
Алгоритм маршрутизации должен также обладать устойчивостью. Существуют алгоритмы выбора маршрута, никогда не сходящиеся к фиксированному набору путей, независимо от того, как долго они работают. Устойчивый алгоритм должен достигать состояния равновесия и оставаться в нем. Но он также должен быстро находить этот набор путей, так как соединение может быть прервано до того, как будет достигнуто равновесие.
Такие цели, как справедливость и эффективность, могут показаться очевидными — вряд ли кто-нибудь станет возражать против них, — однако они зачастую оказываются взаимоисключающими. Для примера рассмотрим ситуацию, показанную на рис. 5.4.
Предположим, что трафик между станциями A и A', B и B', а также C и С' настолько интенсивный, что горизонтальные линии связи оказываются полностью насыщенными. Чтобы максимизировать общий поток данных, трафик между станциями X и X' следовало бы совсем отключить. Однако станции X и X', скорее всего, имеют другую точку зрения по данному вопросу. Очевидно, необходим компромисс между справедливым выделением трафика всем станциям и оптимальным использованием канала в глобальном смысле.
Рис. 5.4. Конфликт справедливости и оптимальности
Прежде чем пытаться искать приемлемое соотношение справедливости и эффективности, следует решить, что именно мы будем стремиться оптимизировать. Для увеличения эффективности передачи данных по сети можно попробовать минимизировать среднее время задержки или увеличить общую пропускную способность сети. Однако эти цели также противоречат друг другу, поскольку работа любой системы с очередями вблизи максимума производительности предполагает долгое стояние в очередях. В качестве компромисса многие сети стараются минимизировать расстояние, которое должен пройти пакет, или просто снизить количество пересылок для каждого пакета. В обоих случаях время прохождения каждого пакета по сети снижается, в результате чего улучшается пропускная способность всей сети.
