Nät med flera länkar. Vägval. Enklaste formen av kommunikation:

Transkript

1 Nät med flera länkar väljarstrukturer Vägval vägvalsalgoritmer Dijkstra Bellman-Ford-Fulkerson ) UHOlVQLQJ Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 1 )UnQOlQNWLOOQlW Enklaste formen av kommunikation: kommunikation mellan en sändare och en mottagare kopplade till varandra Varför inte alltid koppla två noder direkt till varandra med en länk? Om noderna ligger fysiskt långt ifrån varandra blir det dyrt När antalet noder ökar, är det opraktiskt och dyrt att koppla varje nodpar direkt till varandra Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 2 1lWYHUN Koppla en station till ett kommunicerande nätverk Kan byggas upp så att transmissionskostnaderna minimeras full konnektivitet förses Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 3

2 ODVVLILFHULQJDYQlW Broadcast nät LAN (Local Area Networks) MAN (Metropolitan Area Networks) ofta en länk Nät med flera länkar kräver omkomppling (växling) Förmedlande nätverk (switched networks) Förbindelseförmedling (circuit switching) datapaketförmedling (packet switching) Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 4 7RSRORJL Beskrivning av hur länkarna i ett nät hänger ihop läran om terrängformer ring (slinga) buss träd generalisering av bussen stjärna tidsdelad länk val av sändtillfällen större nät svåra att klassificera kan innehålla delnät med olika topologier Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 5 1lWVW\UQLQJ Nätet kräver styrfunktioner för att fungera optimalt vägvalsbeslut trafikstyrning kommunikation av styrningsinformation kallas för VLJQDOHULQJ Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 6

3 ) UELQGHOVHI UPHGOLQJ Circuit Switching (kretskoppling) en förbindelse etableras mellan två noder tre faser: uppkoppling, dataöverföring, avsluta förbindelsen för uppkopplingen krävs kommunikation mellan noderna signalering exempel: telefoni (dominerande i röstförmedling) Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 7 'DWDSDNHWI UPHGOLQJ Packet Switching förbindelsefri överföring (datagramöverföring) datagram: paket som innehåller en globalt unik adress paketen bibehåller inte nödvändigtvis sin inbördes ordning ett vägvalsbeslut görs i varje nod för varje paket och oberoende av de tidigare paketen paket kan förintas felaktig konfiguration kan leda till loopar exempel: TCP/IP Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 8 'DWDSDNHWI UPHGOLQJ virtuell förbindelseförmedling (virtuell kretskoppling, virtual circuit): det sker en uppkoppling för att etablera en förbindelse genom nätet innan överföringen påbörjas alla paket går samma väg inget vägvalsbeslut behöver göras i mellannoderna (till skillnad från datagramöverföring) skillnad till förbindelseförmedling: ingen fast resurs, paketen hamnar i kö tillsammans med andra paket i noden exempel: ATM Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 9

4 1lWH[HPSHO A C B 5 4 D Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 10 9l[OLQJVWHNQLNHU Fast bittakt Variabel bittakt Enkelhet Komplexitet Circuit switching Multirate circuit switching Cell Relay (ATM) Frame relay Packet switching Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 11 -lpi UHOVHDY I UPHGOLQJVWHNQLNHU Förbindelse och virtuell förbindelse kräver uppkoppling virtuell förbindelse kan orsaka mer fördöjning i noderna än förbindelse då paketen kan hamna i kö i noderna datagramförmedling effektivare vid en överföring av en liten mängd datadå ingen uppkoppling behövs vid förbindelse kan vi få spärrning vid mycket trafik datapaketförmedling leder till fördröjning vid mycket trafik kapaciteten utnyttjas effektivare i datapaketförmedling datagramförmedling mera flexibel och mer pålitlig än de övriga Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 12

5 6DPPDQNRSSOLQJDYQlW nätnav (hub) man drar kablar till en central knutpunkt kopierar ett paket till alla portar Gateway utrustning som kopplar samman två eller flera nät signalregenerator (repeater) brygga kopplar ihop flera länkar väljare kopplar ihop likadana eller olika typer av nät växel - telefoni router - datakommunikation (dirigering, routning, vägval) Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 13 1lWPHGIOHUDOlQNDU Rumsväljare matrisväljare (FURVVEDUVZLWFK) closnät banyannät benešnät Tidsväljare TSI (Time Slot Interchange) hybrider Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 14 0DWULVYlOMDUH Ett steg: N ingångar, M utgångar varje ingång kan kopplas till ledig utgång (spärrfri) enkel styrning vid en uppkoppling enkel förbindelse från en ingång till flera utgångar kvadratisk tillväxt i antalet krysspunkter & 1 2 N 1 2 M Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 15

6 &ORVQlW Flera steg: Closnät k stycken vägar genom väljaren kräver vägval spärrfrihet om k=2n-1 tre eller fem steg vanligast n x k N ingångar n x k N/n matriser N/n x N/n N/n x N/n k matriser k x n N utgångar k x n N/n matriser Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 16 %DQ\DQQlW byggs av 2 x 2 matriser för N ingångar och N utgångar behövs m = N/2 log 2 N matriser av alla N! permutationer av ingång till utgång går 2 m realisera spärrgraden stiger med N utportens nummer i binärform ger vägen genom väljarnätet modulär uppbyggnad Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 17 %HQHãQlW som två hopfogade banyannät: ett rättvänt och ett spegelvänt N/2 vägar genom ett nät med N portar omrangerbar spärrfrihet tidigare gjorda förbindelser måste flyttas för att nya förbindelser spärrfria nät med minsta antal matriser Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 18

7 7LGVYlOMDUH växla mellan kanaler TSI (time slot interchanger) TDM används, TSI byter ordning på luckorna i ramen kräver en adresstabell och buffertar för att spara luckor som omplaceras kan stöda ett begränsat antal kanaler Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 19 5XPVWLGVYlOMDUH Effektivare väljare Koppla ihop rums- och tidsväljare många olika konfigurationer möjliga, t. ex TST TSSST STS Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 20 %XIIUHULQJ En väljare kräver vanligen buffertar tid: kräver buffertar för att spara luckorna temporärt Rum: När mer än ett paket samtidigt försöker nå en utport måste paketen som spärras vänta i buffertar vid inportarna Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 21

8 9lJYDO I ett flerlänksnät måste man hitta en väg genom nätet för att förbinda två noder Det kan finnas flera vägar mellan två noder Funktionen att bestämma en väg genom ett nät kallas för vägval Vägvalet kan göras enligt flera olika kriterier: största möjliga kapacitet minsta möjliga fördröjning lägsta kostnaden möjligast tillförlitlig Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 22 korrekt möjligast enkel robust stabil rättvis pålitlig optimal 9lJYDO QVNYlUGD HJHQVNDSHU Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 23 9lJYDOVWUDWHJLHU Väljartabeller statiska ( fast vägval ) dynamiska ( anpassningsbart vägval ) kräver kommunikation mellan noderna sändarbaserat vägval (source routing) sändaren specifierar hela vägen översvämning(flooding): skicka varje paket på samtliga vägar tillförlitligt en kopia går alltid den kortaste vägen belastar samtliga vägar istället för en enda Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 24

9 9lJYDOVWUDWHJLHU trafikspridning (random routing): använd samtliga vägar, men endast en åt gången tillförlitligt jämn fördelning av belastningen i nätet medelfördröjningen ges av medellängden på vägarna Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 25 9lJYDOVDOJRULWPHU Beräkning av kortaste vägen från en nod till alla andra noder varje länk har en känd kostnad beräkningen sker centralt för nätet eller decentraliserat i var nod två vanliga algoritmer Dijkstra Bellman-Ford -(Fulkerson) Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 26 'LMNVWUDVDOJRULWP Längden på länken mellan nod i och j är d ij d ij = 0 om i=j d ij = fom i och j inte är direkt sammankopplade av en länk Av samtliga destinationer, välj ut den som är närmst lägg in den i en lista jämför längden att gå till en nod med att gå via den närmasta noden upprepa tills samtliga noder finns i listan 0 ^V `, ' G, Q z V Q VQ ' min ', Q 0 m 0 ^[ ` [ Q 0 ' Q min > ', ' G Q Q 0 [Q Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 27

10 %HOOPDQ)RUG)XONHUVRQV DOJRULWP Notera avståndet till varje direktansluten nod Sök sedan vidare avståndet till noderna via vägar som är två länkar långa välj ut den väg som är kortast för varje nod upprepa för vägar med ytterligare en länk 0 ' Q f, Q z V 0, Q V min K1 ' Q K ' M G MQ ^ ` Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 28