В современных условиях интенсивного развития информационных технологий претерпевают существенные изменения и информационные сети (появление цифрового телевидения, IP – телефонии, видеоконференций и т.д.), что влечёт за собой резкое увеличение объёма трафика и создаёт повышенную нагрузку на инфраструктуру транспортных сетей связи. Протокол MPLS (англ. multiprotocol label switching — многопротокольная коммутация по меткам) — механизм в высокопроизводительной телекоммуникационной сети, осуществляющий передачу данных от одного узла сети к другому с помощью меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня (Forwarding Equivalence Class, FEC), каждый из которых идентифицируется определенной меткой. Метка —это короткий идентификатор фиксированной длины, который определяет класс FEC. По значению метки пакета определяется его принадлежность к определенному классу на каждом из участков коммутируемого маршрута [4, с. 260-300].
Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узлами сети MPLS, которые называются также маршрутизаторами, коммутирующими по меткам (Label Switching Router, LSR). Как уже отмечалось, метка должна быть уникальной лишь в пределах соединения между каждой парой логически соседних LSR. Поэтому одно и то же ее значение может использоваться LSR для связи с различными соседними маршрутизаторами, если только имеется возможность определить, от какого из них пришел пакет с данной меткой. Другими словами, в соединениях «точка—точка» допускается применять один набор меток на интерфейс, а для сред с множественным доступом необходим один набор меток на модуль или все устройство. В реальных условиях угроза исчерпания пространства меток очень маловероятна.
Перед включением в состав пакета метка определенным образом кодируется. В случае использования протокола IP она помещается в специальный «тонкий» заголовок пакета, инкапсулирующего IP.
Процесс доведения сообщений от отправителя к взаимодействующему с ним получателю в локальной вычислительной сети (ЛВС) осуществляется, в основном, по топологии «точка-точка». Рассматриваемая ЛВС создается на базе однотипных транспортных станций (ТС), которые реализуют информационный обмен по MPLS протоколу [7, с. 98-100].
Согласно данному протоколу любое сколь угодно большое сообщение разбивается на сегменты из w пакетов. С передающей стороны на приемную выдаются все w пакетов, и ожидается на них квитанция. При успешном доведении w пакетов и верном доведении квитанции осуществляется процедура назначения меток. При недоведении всех w пакетов сегмента или недоведении квитанции передача сегмента повторяется фиксированное количество раз.
Наиболее приемлемым методическим аппаратом анализа и синтеза процессов проключения виртуальных маршрутов в информационных сетях являются параллельные конечные марковские цепи (ПКМЦ) [1, с. 5-7]. Это обусловлено тем, что:
— процесс проключения вследствие наличия помех в информационных сетях является случайным;
— время данного процесса — дискретно, так как изменение его состояния происходит либо при передаче сообщения, либо квитанции;
— количество состояний процесса или счетно, или конечно;
— в процессе имеется обязательно поглощающее состояние – состояние доведения сообщений.
Определение 1. Параллельной КМЦ называется множество КМЦ, находящихся в иерархической зависимости друг от друга и проистекающих параллельно (одновременно).
Определение 2. Иерархическими КМЦ называется множество упорядоченных КМЦ, при этом признаком упорядочения является инициализация одной КМЦ другой.
Определение 3. Первая частная КМЦ, инициализирующая какие-либо другие частные КМЦ, называется материнской. Остальные КМЦ называются дочерними.
Определение 4. Материнским называется граф, отображающий материнскую КМЦ. Дочерним называется граф, отображающий дочернюю КМЦ. Материнский граф располагается горизонтально, а дочерние как вертикально, так и горизонтально.
Определение 5. Графы, располагающиеся горизонтально, называются ярусами.
Определение 6. Графы, располагающиеся вертикально, называются уровнями.
Передача сообщения от станции А к станции Б представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Граф переходов ПКМЦ для варианта доведения
однопакетного сегмента
Состояние S0 – свидетельствует о том, что станция А выдала очередной повтор сегмента из одного пакета, но сегмент не принят станцией Б;
S1 – станция Б приняла повтор однопакетного сегмента и в ответ выдала квитанцию;
S2 – однопакетный сегмент не принят станцией Б за интервал Тс ;
S3 – станция А получила квитанцию о доставке однопакетного сегмента.
Состояния S0, S1, S2 – являются переходными, а состояние S3 – является поглощающим, так как из этого состояния система не может перейти в другое состояние, по-другому S3 – состояние зацикливания. Следовательно, данный процесс является Марковским, имеет конечное число дискретных состояний с дискретным временем [6, с. 59-63].
В анализируемом процессе доведения однопакетного сегмента, нас интересует матрица переходных вероятностей материнского графа, которая имеет вид:
где КГ – коэффициент готовности в канале связи, вероятность того, что узел связи или канал связи окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени кроме планируемого времени, в течении которых применение данного узла связи или канала связи по назначению не предусматривается [2, с. 80-112];
Р0 – вероятность ошибки в канале связи, отношение количества битов, принятых с ошибками, к общему количеству принятых битов;
LП – длина передаваемого пакета в битах.
Аналогично состояния для дочернего графа будут находиться так же, как и для материнского графа.
Таким образом, найдены все компоненты МПВ в зависимости от основных параметров анализируемого процесса информационного обмена по рассматриваемому протоколу. Отметим, что при этом учтены:
— длина пакета и длина квитанции;
— вероятность ошибки в прямом и обратном канале связи.
При этом сделаны следующие допущения:
— время формирования сегмента на передающей стороне равно нулю;
— время обработки пакетов сегмента на приемной стороне равно нулю.
Нас интересуют ВВХ проключения виртуальных маршрутов по анализируемой сети. Их можно найти на основе известного в теории КМЦ уравнения Колмогорова-Чепмена (УКЧ) [1, с. 5-7].
УКЧ записывается следующим образом. Если КМЦ имеет n состояний, то распределение вероятностей состояний на i-ом шаге находится так:
Общее время процесса, описываемого ПКМЦ (число шагов), отсчитывается от первого шага материнского графа до последнего шага последнего дочернего графа [5, с. 11-15].
Таким образом, нахождение ВВХ доведения сообщений требует построение графа соответствующей ПКМЦ. Затем по графу строится МПВ, составляется и решается УКЧ.
Список литературы
[1]. Войтов С.Э., Цимбал В.А. Нахождение характеристик информационного обмена в пакетных радиосетях на основе параллельных конечных марковских цепей // Известия института инженерной физики/ Научно-технический журнал. – Серпухов: ИИФ, 2007. – №1 (3) – с. 5-7.
[2]. Дудник Б.Я. Надежность и живучесть систем связи. – М.: Радио и связь, 1984. – 168 с.
[3]. Кемени Джон Дж., Снелл Дж. Ларк. Конечные цепи Маркова/Пер. с англ. – М.: Наука, 1970. – 272 с.
[4]. Столингс В. Современные компьютерные сети 2-е издание. – СПб. : Питер, 2003.– 783с.
[5]. Цимбал В.А. Определение вероятностно-временных характеристик доведения сообщений на основе конечных марковских цепей //Известия ВУЗов. Приборостроение, 1997, т.40, № 5, с.11 — 15.
[6]. Черный Р.А. Модель информационного обмена многопакетными сообщениями на сети передачи данных // Науч. тех. журнал «Прикладная информатика», №5. (41) – Москва, 2012г.- С. 59-63.
[7]. Черный Р.А. Определение временных и вероятностно-временных характеристик процесса установления виртуального соединения в сети передачи данных по протоколу TCP / Сборник трудов V Международной научно-практической конференции. Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве. Сборник трудов. Часть 2. г. Протвино. 2011. С.98-100.[schema type=»book» name=»Формально — логическая модель процесса передачи сообщений в локальной вычислительной сети с протоколом MPLS» description=»На основе параллельных конечных марковских цепей формируется математическая модель процесса установки виртуального соединения в локальной вычислительной сети по протоколу MPLS и находятся характеристики данного процесса.» author=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» publisher=»Черный Роман Алексеевич» pubdate=»2017-03-04″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]