Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Один из более совершенных алгоритмов называется многоадресной маршрутизацией (multidestination routing), при которой в каждом пакете содержится либо список адресатов, либо битовая карта, показывающая предпочитаемые хосты назначения. Когда такой пакет прибывает в маршрутизатор, последний проверяет список, содержащийся в пакете, определяя набор выходных линий, которые потребуются для дальнейшей рассылки. (Линия может потребоваться в том случае, если она входит в оптимальный путь к какому-то из адресатов списка.) Маршрутизатором создается копия пакета для каждой из используемых исходящих линий. В нее включаются только те адресаты, для доступа к которым требуется данная линия. Таким образом, весь список рассылки распределяется между исходящими линиями. После определенного числа пересылок каждый из пакетов будет содержать только один адрес назначения, как и обычный пакет. Многоадресная маршрутизация подобна использованию индивидуально адресуемых пакетов с той разницей, что в первом случае из нескольких пакетов, следующих по одному и тому же маршруту, только один «платит полную стоимость», а остальные едут бесплатно. В таком случае пропускная способность используется более эффективно. Однако этот метод все же требует начальных сведений обо всех адресах назначения, и, кроме того, чтобы понять, куда отправить один многоадресный пакет, маршрутизатор должен выполнить столько же действий, сколько и при отправке набора отдельных пакетов.

Мы уже знакомы с еще одним методом широковещательной маршрутизации: заливкой. Если заливка реализована с помощью порядковых номеров, она эффективно работает с каналами связи, поскольку маршрутизаторы используют относительно простое правило принятия решения. Хотя этот метод плохо подходит для обычных двухточечных соединений, он может быть хорошим претендентом для широковещания. Но оказывается, что ситуация может быть еще лучше, если кратчайшие пути для стандартных пакетов уже вычислены.

Идея продвижения по встречному пути (reverse path forwarding) замечательно проста и изящна (Dadal, Metcalfe, 1978). Когда прибывает широковещательный пакет, маршрутизатор проверяет, используется ли та связь, по которой он прибыл, для нормальной передачи пакетов источнику широковещания. В случае положительного ответа велика вероятность того, что широковещательный пакет прибыл по наилучшему маршруту и является, таким образом, первой копией, прибывшей на маршрутизатор. Тогда маршрутизатор рассылает этот пакет по всем связям, кроме той, по которой он прибыл. Однако если широковещательный пакет прибывает от того же источника по другой связи, он отвергается как вероятный дубликат.

Рис. 5.13. Продвижение по встречному пути: а — сеть; б — входное дерево; в — дерево, построенное методом продвижения по встречному пути

Пример работы алгоритма продвижения по встречному пути показан на рис. 5.13. Слева изображена сеть, посередине — входное дерево для маршрутизатора I этой сети. На первом транзитном участке маршрутизатор I посылает пакеты маршрутизаторам F, H, J и N, являющимся вторым ярусом дерева. Все эти пакеты прибывают к ним по предпочитаемым линиям до I (по пути, совпадающему с входным деревом), что обозначается кружками вокруг символов на рис. 5.13, в. На втором этапе пересылки формируются восемь пакетов — по два каждым маршрутизатором, получившим пакет после первой пересылки. Все восемь пакетов попадают к маршрутизаторам, не получавшим ранее пакетов, а пять из них приходят по предпочитаемым линиям. Из шести пакетов, формируемых на третьем транзитном участке, только три прибывают по предпочитаемым линиям (на маршрутизаторы C, E и K). Остальные оказываются дубликатами. После пяти транзитных участков широковещание заканчивается с общим количеством переданных пакетов, равным 23, тогда как при использовании входного дерева потребовалось бы 4 транзитных участка и 14 пакетов.

Принципиальное преимущество метода продвижения по встречному пути заключается в его вполне приемлемой эффективности при простоте реализации. Как и при заливке, широковещательный пакет отправляется по всем каналам связи только один раз в каждом направлении, и при этом маршрутизатор должен всего лишь знать, как добраться до соответствующего адреса назначения, но не обязан помнить порядковые номера (или использовать другие механизмы, позволяющие остановить заливку) или хранить список всех адресов в пакете.

Последний алгоритм широковещательной маршрутизации выигрывает перед алгоритмом продвижения по встречному пути. Он в явном виде использует входное дерево или любое другое связующее дерево для маршрутизатора, инициировавшего широковещание. Связующее дерево (spanning tree) представляет собой подмножество сети, включающее в себя все маршрутизаторы, но не содержащее замкнутых путей. Если каждый маршрутизатор знает, какие из его линий принадлежат связующему дереву, он может отправить приходящий пакет по всем линиям связующего дерева, кроме той, по которой пакет прибыл. Такой метод оптимальным образом использует пропускную способность сети, порождая минимальное количество пакетов, требующихся для выполнения работы. Так, если в примере на рис. 5.13 в качестве связующего дерева использовать входное дерево (рис. 5.13, б), минимальное число пакетов, необходимое для широковещания, составляет 14. Единственной проблемой этого метода является то, что каждому маршрутизатору необходимо обладать информацией о связующем дереве. Иногда такая информация доступна (например, в случае маршрутизации с учетом состояния линий все маршрутизаторы обладают полными сведениями о топологии сети и поэтому могут вычислить связующее дерево), но иногда — нет (при маршрутизации по векторам расстояний).

5.2.8. Многоадресная рассылка

Некоторые приложения (такие как многопользовательские игры или трансляции спортивных событий, передаваемые множеству получателей) отправляют пакеты группе адресов. Если такая группа не очень мала, отправка отдельного пакета на каждый адрес окажется весьма дорогостоящей операцией. С другой стороны, широковещание оказывается нерентабельным, если группа состоит, скажем, из 1000 машин в сети из миллиона узлов, причем большинство получателей не заинтересованы в данном сообщении (или, что еще хуже, явно заинтересованы, но было бы крайне нежелательно, чтобы эта информация до них дошла). Таким образом, требуется способ рассылки сообщений строго определенным группам, довольно большим по численности, но небольшим по сравнению со всей сетью.