Компьютерные сети. 6-е изд.

Одним из примеров сетевой службы, ориентированной на соединение, является мультипротокольная коммутация по меткам (MultiProtocol Label Switching, MPLS). Она используется в сетях интернет-провайдеров; при этом IP-пакеты получают MPLS-заголовок, содержащий 20-битный идентификатор соединения или метку. Если провайдер устанавливает длительное соединение для передачи крупных объемов данных, MPLS часто остается невидимым для клиентов. Однако в последнее время эта служба применяется все чаще для обеспечения необходимого уровня QoS и решения других задач, связанных с управлением трафиком на уровне провайдера. К обсуждению MPLS мы еще вернемся далее в этой главе.

5.1.5. Сравнение сетей виртуальных каналов и дейтаграммных сетей

Как виртуальные каналы, так и дейтаграммы имеют своих сторонников и противников. Попробуем обобщить аргументы обеих сторон. Основные вопросы перечислены на илл. 5.4, хотя для каждого из этих пунктов наверняка можно найти контраргументы.

Проблема

Дейтаграммы

Виртуальные каналы

Установка канала

Не требуется

Требуется

Адресация

Каждый пакет содержит полный адрес отправителя и получателя

Каждый пакет содержит короткий номер виртуального канала

Информация о состоянии

Маршрутизаторы не содержат информации о состоянии

Каждый виртуальный канал требует места в таблице маршрутизатора

Маршрутизация

Маршрут каждого пакета выбирается независимо

Маршрут выбирается при установке виртуального канала. Каждый пакет следует по этому маршруту

Эффект от выхода маршрутизатора из строя

Никакого, кроме потерянных пакетов

Все виртуальные каналы, проходившие через отказавший маршрутизатор, прекращают существование

QoS

Трудно реализовать

Легко реализуется при наличии достаточного количества ресурсов для каждого виртуального канала

Борьба с перегрузкой

Трудно реализовать

Легко реализуется при наличии достаточного количества ресурсов для каждого виртуального канала

Илл. 5.4. Сравнение виртуальных каналов и дейтаграмм

Выбирая между виртуальными каналами и дейтаграммами, нужно сопоставить их плюсы и минусы в ряде вопросов. Во-первых, существует компромисс между временем установки соединения и временем обработки адреса. Виртуальный канал требует определенных временных затрат на установку, однако в результате это существенно упрощает обработку пакетов данных. Чтобы понять, куда отправить пакет, маршрутизатору требуется всего лишь обратиться к таблице, используя номер канала. Дейтаграммная сеть не требует установки, но адрес получателя определяется с помощью более сложной процедуры поиска.

В связи с этим возникает другая проблема: адреса назначения в дейтаграммных сетях — глобальные, поэтому они намного длиннее, чем номера линий в сетях виртуальных каналов. При сравнительно небольшом размере пакетов включение полного адреса в каждый из них может привести к существенным издержкам, а следовательно, к снижению пропускной способности.

Еще одна проблема — объем памяти, выделяемый маршрутизатором для хранения таблиц. В дейтаграммной сети должно быть предусмотрено место для любого возможного адреса получателя, тогда как в системе виртуальных каналов — только для каждого канала. Но такое преимущество на деле обманчиво, поскольку пакеты, необходимые для установки соединения, используют адреса назначения так же, как и дейтаграммы.

Виртуальные каналы обладают некоторыми преимуществами в обеспечении QoS и предотвращении заторов в сети, так как ресурсы (например, буфер, пропускная способность, центральный процессор) можно зарезервировать заранее, во время установки соединения. Как только пакеты начнут приходить, 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 подтверждение оплаты картой) накладные расходы на установку соединения и удаление виртуального канала могут сильно снизить потребительские свойства сети. Если большая часть трафика будет такой, то использование виртуального канала не имеет особого смысла. Однако в случае длительных операций, таких как обмен данными через VPN внутри одной компании, постоянные виртуальные каналы (установленные вручную на месяцы и даже годы) могут оказаться полезными.

Недостаток виртуальных каналов — уязвимость в случае выхода из строя или временного выключения маршрутизатора. Даже если его включат через пару секунд, все проходившие через него каналы прервутся. Если же это произойдет в дейтаграммной сети, потеряются только те пакеты, которые находились на маршрутизаторе в данный момент (а скорее всего, даже они не пострадают, поскольку отправитель сразу же повторит передачу). Обрыв линии связи для виртуальных каналов является фатальным, но легко компенсируется в дейтаграммной системе. Кроме того, в ней маршрутизаторы могут обеспечить баланс трафика по всей сети, изменяя путь в процессе долгой передачи.

5.2. Алгоритмы маршрутизации в рамках одной сети