Цифровая система подвижной радиосвязи стандарта GPRS (стр. 6 из 16)

14.3. Маршрутизациядейтаграмм

Рассмотренный ранее стек протоколов TCP/IP разработан для обеспечения взаимодействия удаленных систем, но корректная и эффективная пересылка пакетов данных невозможна без наличия ряда промежуточных устройств — маршрутизаторов. В процессе пересылки сообщений между двумя абонентами, расположенными в различных сетях, формируемые блоки данных после отработки протоколов всех уровней оказываются в маршрутизаторе сети отправителя. Далее происходит их передача по некоторому, заранее не определенному маршруту, пока они не окажутся в маршрутизаторе сети получателя, который и передает эти блоки получателю по известному физическому адресу. При этом сами промежуточные маршрутизаторы передают блоки данных, основываясь не на физическом адресе, а на номере сети получателя.

Выделяют два типа маршрутизации: прямую и косвенную. Прямая маршрутизация может быть реализована, когда отправитель и получатель расположены в пределах одной сети. Поскольку в этом случае IP-адрес получателя известен, то дейтаграмма помещается в кадр канального уровня, затем с помощью протокола разрешения адресов определяется физический адрес получателя, после чего дейтаграмма доставляется по назначению с использованием ресурсов одной сети.

Если отправитель и получатель располагаются вне пределов одной сети, то возникает необходимость использования косвенной маршрутизации, т.е. выполняемой на уровне IP. Решение о выборе пути для каждой дейтаграммы принимается на основе анализа таблицы маршрутизации, содержащей информацию о топологии системы сетей. При этом всегда ставится задача по оптимизации маршрута, т.е. доставке сообщения с наименьшей задержкой в условиях текущего трафика.

Существующие методики оптимизации маршрута можно условно разделить на два класса: одношаговую и многошаговую.

В случае одношаговой оптимизации каждый маршрутизатор принимает решение о выборе только одного шага, т.е. о выборе пути до соседнего маршрутизатора. При этом в таблице маршрутизации содержатся не полные маршруты в виде цепочек IP-адресов, а только совокупность IP-адресов до соседнего маршрутизатора. Такой подход к оптимизации маршрута, снимая ограничения на максимальное число промежуточных узлов, формирует Распределенную ответственность за выбор пути доставки сообщения.

Построение таблицы маршрутизации при одношаговой оптимизации возможно путем использования:

• алгоритмов фиксированной маршрутизации, применяемых в Простых сетях. Таблица маршрутизации и оптимальные маршруты

доставки сообщений между различными устройствами сети в этом случае составляются сетевым администратором вручную;

• алгоритмов простой маршрутизации. Таблица маршрутизации в данном случае составляется на основании данных, содержащих-ся в проходящих через маршрутизатор дейтаграмм. При этом возможна либо случайная маршрутизация (когда дейтаграммы передаются в любом случайном направлении кроме исходного), либо лавинная (когда дейтаграммы передаются во всех направлениях кроме исходного), либо, наконец, маршрутизация по предыдущему опыту;

• алгоритмов адаптивной маршрутизации. В этом случае маршрутизаторы периодически обмениваются между собой информацией о текущем состоянии сетевой топологии и трафика, что на практике используется наиболее часто.

При использовании алгоритмов многошаговой оптимизации выбор маршрута пересыпки данных производится первым маршрутизатором, а все остальные только отрабатывают выбранный маршрут. На практике такие алгоритмы используются, как правило, только на этапе отладки.

Управление таблицей маршрутизации во всех промежуточных узлах должно осуществляться динамически, что в большой распределенной сети является весьма сложной задачей. Решение этой задачи основано на использовании семейства протоколов маршрутизации:

протокола маршрутной информации (RIP — RoutingInformationProtocol);

протокола первоочередного открытия кратчайшего маршрута (OSPF— OpenShortestPathFirst);

протоколасвязимеждупромежуточнымисистемами(IS-IS — Intermediate System to Intermediate System);

внешнегошлюзовогопротокола(EGP — Exterior Gateway Protocol);

пограничного межсетевого протокола (BGP— BorderGatewayProtocol).

В зависимости от топологии сети маршрутизаторы могут поддерживать один или несколько протоколов маршрутизации. В табл.

Номер сети получателя 195.209.0.0
Следующий маршрутизатор	Число переходов	Протокол маршрутизации	Таймер
195.209.3.1	3	RIP	235
195.209.1.7	3	RIP	210
195.209.0.9	5	RIP	98

[4.3 приведен пример простой таблицы маршрутизации, содержащей типичные записи:

• следующий маршрутизатор — адрес маршрутизатора, которому необходимо переслать дейтаграмму, чтобы доставить ее получателю;

• число переходов — число маршрутизаторов, которые должны [обработать дейтаграмму прежде, чем она попадет к получателю; • протокол маршрутизации — определяет протокол, с помощью которого данная запись появилась в таблице маршрутизации;

• таймер — показывает время, прошедшее с момента последнего обновления данной записи.

Контрольныевопросы

1. Что означает термин «открытая система»?

2. Опишите семиуровневую модель взаимодействия открытых систем. i

3. Почему возникла необходимость введения LCC- и МАС-подуровней?

4. В чем состоят основные задачи TCP/IP?

5. Что такое дейтаграммный принцип передачи данных?

6. Чем отличается динамический IP-адрес от статического?

7. Каковы основные задачи ТСР-протокола?

8. Опишите принцип косвенной маршрутизации и назовите типы таблиц маршрутизации.

Глава 15

АРХИТЕКТУРАСЕТИGPRS. ИНТЕРФЕЙСЫ ИПРОТОКОЛЫ

15.1. АрхитектурасетиGSM/GPRS

В GPRSвся предназначенная для посылки информация разбивается на отдельные пакеты и посылается в сеть, при этом на приемной стороне из полученных пакетов реконструируется исходное сообщение, а в случае обнаружения ошибок неверно принятые пакеты могут быть переданы еще раз.

Архитектурное построение сети GPRSпредставлено на рис. 15.1, из которого видно, что введение технологии пакетной передачи дополняет традиционную сеть GSMновыми элементами, среди которых главными являются обслуживающий узел — ОУ (SGSN— ServingGPRSSupportNode) и шлюз GPRS(GGSN— GatewayGPRSSupportNode).

Обслуживающий узел выполняет роль, аналогичную роли ЩКПС в традиционной GSM, и на него возложены следующие основные функции:

• сопряжение протоколов, используемых в пакетных сетях, с протоколами, по которым организуется передача информации между БС и МС;

• аутентификация абонента и шифрование сообщений;

• сжатие данных;

•маршрутизация (совместно с GPRS-шлюзом) пакетов данных;

• организация взаимодействия между ДР и ЦКПС/ГР;

•накопление (совместно с GPRS-шлюзом) статистической информации о соединениях.

В функции шлюза GPRSвходят следующие операции: г • сопряжение с внешними пакетными сетями;

• маршрутизация пакетов данных, поступающих в сеть GPRS\ptвнешних пакетных сетей, и пакетов данных от МС во внешние пакетные сети;

• накопление статистической информации о соединениях;

• распределение динамических и статических адресов.

При сетевом подходе к организации обмена информацией структура GPRSявляется подсетью внешних пакетных данных, где GPRS-шлюз выполняет роль маршрутизатора со стороны подсистемы базовых станций. При этом абоненты или мобильные терминалы выступают как пользователи внешней сети передачи данных, в которой абоненту присваивается постоянный (статический) или временный (динамический) адрес, обеспечивающий прохождение информационных пакетов. Когда GPRS-шлюз получает данные, адресованные конкретному абоненту в мобильной сети, он проверяет, является ли адрес активным, т.е. находится ли абонент в активном состоянии. Если это так, то данные из шлюза пересылаются в ОУ, в противном случае они задерживаются.

Принципиальное отличие передачи данных в сетях с коммутацией пакетов от передачи данных в сетях с коммутацией каналов заключается в том, что необходимые канальные ресурсы в первом случае выделяются лишь на время передачи соответствующих пакетов информации. Такой подход позволяет, с одной стороны, один физический канал использовать для передачи пакетов от разных абонентов, а с другой — для одного абонента выделить разные каналы, передача по которым осуществляется Независимо.

При одновременном использовании одних и тех же канальных Ресурсов несколькими абонентами возможно возникновение очереди, вызывающей задержку в связи. Допустимая временная задержка — одна из характеристик, определяющих качество обслуживания абонентов. На этом фоне спецификация GPRSпредусматривает предоставление услуг абонентам с различным качеством, в зависимости от оплаты. Качество предоставляемых услуг определяемое параметром QoS (QualityofService), отражает следующие характеристики:

• приоритет абонента;

• надежность передачи информации;

• допустимую задержку сообщения;

• среднюю и максимальную скорости передачи данных. Наряду с ОУ и шлюзом GPRS в структуру пакетной подсети входят пограничный шлюз (BG — BorderGatenay), обеспечивающий прямое соединение между различными операторами сетей GPRS, а также шлюз тарификации (CGF — ChargingGatewayFunctionality) и шлюз перехвата.