A forgalomirányítás (routing) feladata a csomagok hatékony (gyors) eljuttatása az egyik csomópontból a másikba, illetve a csomagok útjának a kijelölése a forrástól a célállomásig.
Vonalkapcsolt
Vonalkapcsolt hálózatoknál az útvonal kijelölése a hívás felépítésének fázisában történik. Csomagkapcsolt hálózatokban az útvonal kijelölése vagy minden csomagra egyedileg történik, vagy kialakít egy olyan útvonalat amelyen egy sorozat csomag megy át. Ezért a csomópontoknak ún. routing táblákat kell tartalmaznia, amiben a vele kapcsolatban álló csomópontokra vonatkozó adatok (pl. távolság) be van jegyezve
A forgalomirányítás összetettségét alapvetően meghatározza a hálózat topológiája. Például egy csillaghálózatban, mivel a csillag központjában lévő csomóponton keresztül történik az adatátvitel, kizárólag ennek kell rendelkeznie a forgalomirányításhoz szükséges minden információval.
Egy másik ilyen szempontból egyszerű elrendezés a két irányú kommunikáció miatt duplán kialakított gyűrű, hiszen csomópontból csak két irányba lehet elküldeni a csomagokat, bár a két lehetséges út közül az egyik általában rövidebb a másiknál. Ezért vagy minden csomópont egy routing táblát tartalmaz, amiben az összes többire vonatkozó távolság be van jegyezve, vagy a csomópontok számozási rendszere olyan, hogy a címe alapján a távolság meghatározható. Egy gyűrű esetén egyirányú pont-pont kapcsolat van, tehát a forgalomirányítás a másik pontba való küldésre egyszerűsődik.
A forgalomirányító algoritmusok osztályozásának alapjául a következő négy irányítási főfunkciót tekinthetjük:
vezérlésmód; (Hogyan?)
döntésfolyamat; (Milyen esetben?)
információ-karbantartó folyamat; (Hálózati forgalmi ismeretek frissítése.)
továbbító eljárás (Hogyan jut el a vezérlési információ a csomópontokhoz?)
Ezek feladata a forgalomirányítási információk áramlásának szabályozása, a kerülő utak választékának kialakítása, az irányítási információk felújítása valamennyi csomópontban és az útvonalválasztás az adatcsomagok részére.
A forgalomirányítási algoritmusoknak két osztálya van:
Adaptív (alkalmazkodó): A hálózati forgalomhoz alkalmazkodik.
Determinisztikus (előre meghatározott): Az útvonal-választási döntéseket nem befolyásolják a pillanatnyi forgalom mért vagy becsült értékei.
Ezek alapján alapvetően négy lehetséges vezérlésmód különböztethető meg:
determinisztikus forgalomirányítás: Olyan rögzített eljárás, amelyet a változó feltételek nem befolyásolnak.
elszigetelt adaptív forgalomirányítás: Minden csomópont hoz irányítási döntéseket, de csak helyi információk alapján.
elosztott adaptív forgalomirányítás: A csomópontok információt cserélnek azért, hogy az irányítási döntéseket a helyi és a kapott információkra együtt alapozhassák.
központosított adaptív forgalomirányítás: A csomópontok a helyi forgalmi információikat egy közös irányító központnak jelentik, amely erre válaszul forgalomirányítási utasításokat ad ki az egyes csomópontok részére.
Determinisztikus forgalomirányítás
Vannak olyan forgalomirányító módszerek, amelyeknél nincs szükség semmilyen forgalomirányítási táblára, a hálózati topológia ismeretére, minden csomópont autonóm módon, azonos algoritmus alapján dolgozik.
A véletlen forgalomirányító eljárás alapján működő rendszerben a továbbítandó csomagot a csomópont egy ún. véletlen folyamat segítségével kiválasztott az érkező vonaltól eltérő más vonalon küldi tovább. Mivel a hálózat által ilyen módon szállított csomagok véletlen bolyonganak, ésszerűnek látszik, ha a csomagokhoz hozzárendeljük a mozgásuk során bejárt szakaszok számát és töröljük azokat a csomagokat, amelyek lépésszáma elér egy előre meghatározott értéket. Ez az eljárás nem garantálja a csomagok kézbesítését, de nagyon egyszerűen realizálható, és nem túl bonyolult hálózatokban jól működhet.
Az elárasztásos forgalomirányító eljárás sem igényel semmi ismeretet a hálózatról. A csomópontok, mikor egy csomagot továbbítanak, a bejövő csomagot minden vonalra kiküldenek, kivéve ahonnan érkezett. A lépések száma itt is korlátozva van. Jelentős érdeme a módszernek, hogy a csomag legalább egy példányban mindenképp a legrövidebb úton ér célba. Ez azonban jelentősen terheli a rendszert, mivel nagyszámú másolat (redundancia) van, és sok felesleges továbbítás történik. Az algoritmus rendkívül megbízható, és még megsérült rendszer esetén is működőképes. Érhető, hogy katonai alkalmazások esetén előtérbe kerülhet a módszer, mert erősen sérült hálózatban (sok csomópontot kilőnek) is nagy a valószínűsége egy üzenet célba jutásának.
Adaptív forgalomirányítás
A probléma a hálózat elosztott jellegéből ered. Mikor a csomópontok irányítási döntéseket hoznak, olyan eseményeket kell figyelembe venniük, amelyek a hálózat távoli részében történtek, és amelyekről vagy egyáltalán nem rendelkeznek semmiféle információval, vagy a meglevő információjuk már időszerűtlen.
A közúthálózatban az autóvezető a forgalmi információhoz rádión jut hozzá; ideálisan szervezett úthálózatban, amelyben fejlett forgalmi információs rendszer működik az autós ki tudja kerülni az akadályokat, mert kerülő utakat választhat. Ez azért lehetséges, mert a forgalmi információkat külön rendszeren gyorsabban továbbítják, mint ahogyan maguk a járművek haladnak. Az irányító központ veszi a rádión érkező forgalmi jelentéseket, amelyeket a megfigyelőpontokról küldenek, és ezek alapján tanácsokat ad a közlekedők részére
A csomaghálózatokban a forgalomirányítási információ ugyanazon a közegen és ugyanolyan sebességgel halad, mint a felhasználói információ. Nem volna értelme a csomagkapcsolt hálózatban az irányítási és egyéb vezérlő információkat egy külön, nagy adatátviteli sebességű rendszerben, a felhasználói forgalmat pedig kis sebességű vonalakon továbbítani.
A csomaghálózat szempontjából is jó lenne az egész hálózatra kiterjedő forgalomirányítási információ azonnali elérhetősége. Bár a gyakorlatban ez megvalósíthatatlan, a szimulációs modellezés módszerével mégis analizálták az ilyen módon működő hálózat elméleti teljesítőképességét. A szimuláció során minden egyes csomópont úgy hozta meg irányítási döntését, hogy ehhez a hálózat többi részéről is teljes körű és közvetlen áttekintése volt. Az irányító algoritmus — ismerve az összes többi csomóponton a sorok hosszát és minden egyes vonalon az áthaladó csomagok számát — az irányítás alatt álló csomagja részére azt a következő, optimális adatátviteli vonalat választotta ki, amelyen az áthaladva minimális késleltetési idővel érkezhetett célba. Ennek a szimulációs kísérletnek teljesen váratlanul az volt az eredménye, hogy itt az átlagos késleltetési idők nem voltak lényegesen kisebbek, mint a rögzített forgalomirányító eljárásnál, amelynél a forgalomirányítási táblákat a legrövidebb utakra állították be.
Ennek az lehetett az oka, hogy bár a forgalomirányítás a pillanatnyilag lehető legpontosabb információn alapult, az időközben megváltozott forgalom miatt a döntés pillanatában optimális útvonal a kérdéses csomag célba érkezése előtt már nem volt optimálist. Még az is előfordulhat ennél a módszernél, hogy több csomópont egyszerre fedez fel egy gyengén terhelt hálózatrészt, és ezért valamennyi ide tereli a forgalmat és abban erős torlódást okoz. Ez szabályozástechnikai analógiával egy lengő rendszernek felel meg. Az ideális algoritmus sem tudja előre figyelembe venni a jövőben bekövetkező eseményeket. A szimuláció jól jellemzi a különböző, ténylegesen működő forgalomirányító algoritmusok egyik lehetséges nagy hátrányát; azt a tényt, hogy a hálózat egy bizonyos részéről a hálózat többi részei esetleg úgy értesülnek, hogy az pillanatnyilag alig van terhelve és tartalékkapacitással rendelkezik. Ha ezek a részek ugyanakkor éppen torlódással küszködnek, valamennyien egyszerre fognak arra törekedni, hogy ebbe az alig terhelt zónába tereljék a forgalmat, amivel ott még súlyosabb torlódást idézhetnek elő. A valóságos hálózatokban alkalmazott adaptív forgalomirányító eljárásoknak vagy a helyileg rendelkezésre álló információt (izolált adaptív irányítás), vagy a hálózatban terjesztett információt kell felhasználniuk.
Vonalkapcsolt
Vonalkapcsolt hálózatoknál az útvonal kijelölése a hívás felépítésének fázisában történik. Csomagkapcsolt hálózatokban az útvonal kijelölése vagy minden csomagra egyedileg történik, vagy kialakít egy olyan útvonalat amelyen egy sorozat csomag megy át. Ezért a csomópontoknak ún. routing táblákat kell tartalmaznia, amiben a vele kapcsolatban álló csomópontokra vonatkozó adatok (pl. távolság) be van jegyezve
A forgalomirányítás összetettségét alapvetően meghatározza a hálózat topológiája. Például egy csillaghálózatban, mivel a csillag központjában lévő csomóponton keresztül történik az adatátvitel, kizárólag ennek kell rendelkeznie a forgalomirányításhoz szükséges minden információval.
Egy másik ilyen szempontból egyszerű elrendezés a két irányú kommunikáció miatt duplán kialakított gyűrű, hiszen csomópontból csak két irányba lehet elküldeni a csomagokat, bár a két lehetséges út közül az egyik általában rövidebb a másiknál. Ezért vagy minden csomópont egy routing táblát tartalmaz, amiben az összes többire vonatkozó távolság be van jegyezve, vagy a csomópontok számozási rendszere olyan, hogy a címe alapján a távolság meghatározható. Egy gyűrű esetén egyirányú pont-pont kapcsolat van, tehát a forgalomirányítás a másik pontba való küldésre egyszerűsődik.
A forgalomirányító algoritmusok osztályozásának alapjául a következő négy irányítási főfunkciót tekinthetjük:
vezérlésmód; (Hogyan?)
döntésfolyamat; (Milyen esetben?)
információ-karbantartó folyamat; (Hálózati forgalmi ismeretek frissítése.)
továbbító eljárás (Hogyan jut el a vezérlési információ a csomópontokhoz?)
Ezek feladata a forgalomirányítási információk áramlásának szabályozása, a kerülő utak választékának kialakítása, az irányítási információk felújítása valamennyi csomópontban és az útvonalválasztás az adatcsomagok részére.
A forgalomirányítási algoritmusoknak két osztálya van:
Adaptív (alkalmazkodó): A hálózati forgalomhoz alkalmazkodik.
Determinisztikus (előre meghatározott): Az útvonal-választási döntéseket nem befolyásolják a pillanatnyi forgalom mért vagy becsült értékei.
Ezek alapján alapvetően négy lehetséges vezérlésmód különböztethető meg:
determinisztikus forgalomirányítás: Olyan rögzített eljárás, amelyet a változó feltételek nem befolyásolnak.
elszigetelt adaptív forgalomirányítás: Minden csomópont hoz irányítási döntéseket, de csak helyi információk alapján.
elosztott adaptív forgalomirányítás: A csomópontok információt cserélnek azért, hogy az irányítási döntéseket a helyi és a kapott információkra együtt alapozhassák.
központosított adaptív forgalomirányítás: A csomópontok a helyi forgalmi információikat egy közös irányító központnak jelentik, amely erre válaszul forgalomirányítási utasításokat ad ki az egyes csomópontok részére.
Determinisztikus forgalomirányítás
Vannak olyan forgalomirányító módszerek, amelyeknél nincs szükség semmilyen forgalomirányítási táblára, a hálózati topológia ismeretére, minden csomópont autonóm módon, azonos algoritmus alapján dolgozik.
A véletlen forgalomirányító eljárás alapján működő rendszerben a továbbítandó csomagot a csomópont egy ún. véletlen folyamat segítségével kiválasztott az érkező vonaltól eltérő más vonalon küldi tovább. Mivel a hálózat által ilyen módon szállított csomagok véletlen bolyonganak, ésszerűnek látszik, ha a csomagokhoz hozzárendeljük a mozgásuk során bejárt szakaszok számát és töröljük azokat a csomagokat, amelyek lépésszáma elér egy előre meghatározott értéket. Ez az eljárás nem garantálja a csomagok kézbesítését, de nagyon egyszerűen realizálható, és nem túl bonyolult hálózatokban jól működhet.
Az elárasztásos forgalomirányító eljárás sem igényel semmi ismeretet a hálózatról. A csomópontok, mikor egy csomagot továbbítanak, a bejövő csomagot minden vonalra kiküldenek, kivéve ahonnan érkezett. A lépések száma itt is korlátozva van. Jelentős érdeme a módszernek, hogy a csomag legalább egy példányban mindenképp a legrövidebb úton ér célba. Ez azonban jelentősen terheli a rendszert, mivel nagyszámú másolat (redundancia) van, és sok felesleges továbbítás történik. Az algoritmus rendkívül megbízható, és még megsérült rendszer esetén is működőképes. Érhető, hogy katonai alkalmazások esetén előtérbe kerülhet a módszer, mert erősen sérült hálózatban (sok csomópontot kilőnek) is nagy a valószínűsége egy üzenet célba jutásának.
Adaptív forgalomirányítás
A probléma a hálózat elosztott jellegéből ered. Mikor a csomópontok irányítási döntéseket hoznak, olyan eseményeket kell figyelembe venniük, amelyek a hálózat távoli részében történtek, és amelyekről vagy egyáltalán nem rendelkeznek semmiféle információval, vagy a meglevő információjuk már időszerűtlen.
A közúthálózatban az autóvezető a forgalmi információhoz rádión jut hozzá; ideálisan szervezett úthálózatban, amelyben fejlett forgalmi információs rendszer működik az autós ki tudja kerülni az akadályokat, mert kerülő utakat választhat. Ez azért lehetséges, mert a forgalmi információkat külön rendszeren gyorsabban továbbítják, mint ahogyan maguk a járművek haladnak. Az irányító központ veszi a rádión érkező forgalmi jelentéseket, amelyeket a megfigyelőpontokról küldenek, és ezek alapján tanácsokat ad a közlekedők részére
A csomaghálózatokban a forgalomirányítási információ ugyanazon a közegen és ugyanolyan sebességgel halad, mint a felhasználói információ. Nem volna értelme a csomagkapcsolt hálózatban az irányítási és egyéb vezérlő információkat egy külön, nagy adatátviteli sebességű rendszerben, a felhasználói forgalmat pedig kis sebességű vonalakon továbbítani.
A csomaghálózat szempontjából is jó lenne az egész hálózatra kiterjedő forgalomirányítási információ azonnali elérhetősége. Bár a gyakorlatban ez megvalósíthatatlan, a szimulációs modellezés módszerével mégis analizálták az ilyen módon működő hálózat elméleti teljesítőképességét. A szimuláció során minden egyes csomópont úgy hozta meg irányítási döntését, hogy ehhez a hálózat többi részéről is teljes körű és közvetlen áttekintése volt. Az irányító algoritmus — ismerve az összes többi csomóponton a sorok hosszát és minden egyes vonalon az áthaladó csomagok számát — az irányítás alatt álló csomagja részére azt a következő, optimális adatátviteli vonalat választotta ki, amelyen az áthaladva minimális késleltetési idővel érkezhetett célba. Ennek a szimulációs kísérletnek teljesen váratlanul az volt az eredménye, hogy itt az átlagos késleltetési idők nem voltak lényegesen kisebbek, mint a rögzített forgalomirányító eljárásnál, amelynél a forgalomirányítási táblákat a legrövidebb utakra állították be.
Ennek az lehetett az oka, hogy bár a forgalomirányítás a pillanatnyilag lehető legpontosabb információn alapult, az időközben megváltozott forgalom miatt a döntés pillanatában optimális útvonal a kérdéses csomag célba érkezése előtt már nem volt optimálist. Még az is előfordulhat ennél a módszernél, hogy több csomópont egyszerre fedez fel egy gyengén terhelt hálózatrészt, és ezért valamennyi ide tereli a forgalmat és abban erős torlódást okoz. Ez szabályozástechnikai analógiával egy lengő rendszernek felel meg. Az ideális algoritmus sem tudja előre figyelembe venni a jövőben bekövetkező eseményeket. A szimuláció jól jellemzi a különböző, ténylegesen működő forgalomirányító algoritmusok egyik lehetséges nagy hátrányát; azt a tényt, hogy a hálózat egy bizonyos részéről a hálózat többi részei esetleg úgy értesülnek, hogy az pillanatnyilag alig van terhelve és tartalékkapacitással rendelkezik. Ha ezek a részek ugyanakkor éppen torlódással küszködnek, valamennyien egyszerre fognak arra törekedni, hogy ebbe az alig terhelt zónába tereljék a forgalmat, amivel ott még súlyosabb torlódást idézhetnek elő. A valóságos hálózatokban alkalmazott adaptív forgalomirányító eljárásoknak vagy a helyileg rendelkezésre álló információt (izolált adaptív irányítás), vagy a hálózatban terjesztett információt kell felhasználniuk.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése