Значение маршрутизации перевозок. Экономия времени от проследования поездов без переработки Виды маршрутов, основные показатели маршрутизации

Виды маршрутизации. Группы протоколов.

Реализуется на сетевом уровне сети. За нее отвечает протокол маршрутизации. При выборе стратегии маршрутизации могут быть поставлены разные цели, например:

Минимизация времени доставки пакетов;

Минимизации стоимости доставки пакетов;

Обеспечение максимальной пропускной способности сети и т.д.

Задача маршрутизации решается маршрутизатором, который определяется как устройство сетевого уровня, использующее одну или несколько метрик для определения оптимального пути передачи сетевого трафика на основании информации сетевого уровня.

Под метрикой понимаются некоторые количественные характеристики пути, например, длина, время прохождения, пропускная способность и т. д. Алгоритмы маршрутизации могут быть:

Статическими или динамическими;

Одномаршрутными или многомаршрутными;

Одноуровневыми или иерархическими;

Внутридоменными или междоменными;

Одноадресными или групповыми.

Статические (неадаптивные) алгоритмы предполагают предварительный выбор маршрутов и их занесение вручную в таблицу маршрутизации. Таким образом там должна уже быть заранее записана информация о том, на какой порт отправить пакет с соответствующим адресом. Примеры: протокол LAT фирмы DEC, протокол NetBIOS.

В динамических протоколах таблица маршрутизации обновляется автоматически при изменении топологии сети или графика в ней.

Одномаршрутные протоколы предлагают только один маршрут для передачи пакета (который не всегда является оптимальным).

Многомаршрутные алгоритмы предлагают несколько маршрутов. Это позволяет передавать информацию получателю по нескольким маршрутам одновременно.

Сети могут иметьодноуровневую илииерархическую архитектуру. Соответственно различают и протоколы маршрутизации. В иерархических сетях маршрутизаторы верхнего уровня образуют особый уровень магистральной сети.

Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах своих доменов, т.е. используетсявнутридоменная маршрутизация. Другие алгоритмы могут работать и со смежными доменами – это определяется как междоменная маршрутизация.

Одноадресные протоколы предназначены для передачи информации (по одному или нескольким маршрутам) только одному получателю. Многоадресные – способны передавать данные сразу многим абонентам.

Выделяют три основные группы протоколов маршрутизации в зависимости от используемого типа алгоритма определения оптимального маршрута:

Протоколы вектора расстояния;

Протоколы состояния канала;

Протоколы политики маршрутизации.

Протоколывектора расстояния – самые простые и распространенные. Это, например, RIP, RTMP, IGRP.

Такие протоколы с определенной периодичностью передают (рассылают) соседям данные из своей таблицы маршрутизации (адреса и метрики). Соседи, получив эти данные, вносят необходимые изменения в свои таблицы. Недостаток: эти протоколы хорошо работают только в небольших сетях. При увеличении размера возрастает служебный трафик в сети, увеличивается задержка обновления таблиц маршрутизации.

Протоколысостояния канала были впервые предложены в 1970 году Эдсгером Дейкстрой. Здесь вместо рассылки содержимого таблиц маршрутизации, каждый маршрутизатор производит широковещательную рассылку списка маршрутизаторов, с которыми он имеет непосредственную связь, и списка напрямую подключенных к нему локальных сетей. Такая рассылка может производиться либо при изменении состояния каналов, либо периодически. Примеры протоколов: OSPF, IS-IS, Novell NLSP.

Протоколыполитики (правил)маршрутизации наиболее часто используются в сети Интернет. Они опираются на алгоритмы вектора расстояния. Информация о маршрутизации получается от соседних операторов на основании специальных критериев. На основе такого обмена вырабатывается список разрешенных маршрутов. Примеры: протоколы BGP и EGP.

Маршрутизаторы. Автономные системы.

Маршрутизатор является достаточно сложным устройством, который определяется как устройство сетевого уровня, использующее одну или несколько метрик для определения оптимального пути передачи сетевого трафика на основании информации сетевого уровня.

При их создании используются 3 основные архитектуры.

1)Однопроцессорная. Здесь на процессор возлагается весь комплекс задач, включающий: фильтрацию и передачу пакетов; модификацию заголовков пакетов; обновление таблиц маршрутизации; выделение служебных пакетов; формирование управляющих пакетов; работа с протоколом управления сетью SNMP и т.д.

Однако даже мощные RISC-процессоры не справляются с обработкой при большой загрузке.

2)Расширенная однопроцессорная. В функциональной схеме маршрутизатора выделяют модули, ответственные за выполнение ряда задач (например, работа со, служебными пакетами). Каждый такой функциональный модуль снабжается собственным процессором (периферийным).

3)Симметричная многопроцессорная архитектура. Здесь происходит равномерное распределение нагрузки на все процессорные модули. Каждый из модулей выполняет все задачи маршрутизации и имеет свою собственную копию таблицы маршрутизации. Это наиболее прогрессивная для маршрутизаторов архитектура.

IP-маршрутизаторы

IP (Internet Protocol) является в настоящее время наиболее распространенным (в сети Интернет). Протокол работает на сетевом уровне и именно на этом уровне принимается решение о маршрутизации.

Существует 2 подхода к выбору маршрута:

Одношаговый подход;

Маршрутизация от источника.

Приодношаговой маршрутизации каждый маршрутизатор принимает участие в выборе только одного шага передачи дейтаграммы. Поэтому в строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут (к получателю), а только один IP-адрес следующего маршрутизатора. Для тех адресов, которые отсутствуют в таблице, используется адрес маршрутизатора по умолчанию.

Алгоритмы построения таблиц при одношаговой маршрутизации могут быть следующими:

Фиксированная маршрутизация (таблица составляется «вручную» администратором);

Случайная маршрутизация (пакет передается в любом случайном!, направлении кроме исходного);

Лавинная маршрутизация (дейтаграмма передается во все направления, кроме исходного);

Адаптивная маршрутизация (таблица маршрутизации периодически корректируется на основании сведений о сетевой топологии от других маршрутизаторов).

Протоколы адаптивной маршрутизации получили наибольшее распространение в IP-сетях. Это протоколы: RIP, OSPF, IS-IS, EGP, BGP и т.д. Примаршрутизации от источника выбор маршрута производится конечным узлом или первым маршрутизатором на пути следования дейтаграммы. В IP-сетях этот метод не нашел распространения, зато широко применяется в АТМ-сетях (например, протокол PNNI).

Автономные системы

В связи с ростом сети Интернет производительность маршрутизаторов значительно снизилась. Неимоверно возрос объем трафика для поддержания маршрутизации и выросли в объеме маршрутные таблицы. В связи с этим Интернет была разделена на ряд Автономных систем (AC) (Autonomous System) (рис.7.1.). Каждая такая система представляет собой группу сетей и маршрутизаторов, управляемую уполномоченным. Это позволяет маршрутизатору внутри каждой АС использовать различные протоколы маршрутизации. Здесь используются динамические протоколы маршрутизации, определяемые как класс ЮР-протоколов (IGP – Interior Gateway Protocol – внутренний шлюзовой протокол). К этому классу относятся протоколы RIP, IS-IS и т.д.

Для взаимодействия маршрутизаторов, принадлежащих к разным АС, используется дополнительный протокол, называемый EGP–внешний шлюзовой протокол).

Протокол RIP

Протокол RIP относится к классу IGP. Появился протокол в 1982 году как часть стека протоколов TCP/IP. Стал стандартным протоколом маршрутизации внутри автономной системы. Ограничение – протокол не поддерживает длинные пути, содержащие более15 переходов.

В качестве метрики используется количество переходов (т.е. число маршрутизаторов, которые должна пройти дейтаграмма, прежде чем достигнет получателя). Всегда выбирается путь с наименьшим числом переходов.

Периодически каждый маршрутизатор посылает сообщения об обновлении маршрутов своим соседям. Такое сообщение содержит всю его таблицу маршрутизации. Предварительно эта таблица заполняется адресами тех сетей, к которым маршрутизатор имеет непосредственный доступ (см. рис.7.2.).

Перед передачей информации соседнему маршрутизатору таблица корректируется – количество переходов до получателя увеличивается на единицу. Получив такое служебное сообщение от соседнего маршрутизатора, маршрутизатор обновляет свою таблицу маршрутизации в соответствии со следующими правилами:

a) Если новое количество переходов меньше старого (для адреса конкретной сети) – эта запись вносится в таблицу маршрутизации.

b) Если запись поступила от того маршрутизатора, который являлся источником уже хранящейся записи, то новое значение количества переходов вносится даже в том случае, если оно больше старого.

По умолчанию интервал между рассылками сообщений – 30 с. При длительном молчании соседнего маршрутизатора (свыше 180 с) записи, относящиеся к нему удаляются из таблицы маршрутизации (предполагается отказ линии или самого маршрутизатора).

Протокол OSPF

Протокол OSPF (Open Shortest Path First) принят в 1991 году. Он ориентирован на применение в больших распределенных сетях. Основан на алгоритме состояния канала. Суть этог1 алгоритма состоит в том, что он должен вычислить кратчайший путь. Под «кратчайшим» имеется в виду не физическая длина, а время передачи информации. Маршрутизатор отправляет запросы своим соседям, находящимся в одном мене маршрутизации, для выявления состояния каналов до них и далее от них. Состояние канала при этом характеризуется несколькими параметрами, называемыми «метрикой». Это может быть:

Пропускная способность канала;

Задержка информации при прохождении по этому каналу и т.д. Обобщив полученные сведения, маршрутизатор сообщает их всем соседям. после этого им строится ориентированный граф топологии домена маршрутизации. Каждому ребру графа назначается оценочный параметр (метрика)(рис.7.3.).

Затем используется алгоритм Дейкстры, который по двум заданным узлам ходит набор ребер с наименьшей суммарной стоимостью, т.е. выбирается оптимальный маршрут. В соответствии с этим строится таблица маршрутизации.

Протокол OSPF относится к классу ЮР-протоколов и заменяет протокол RIР в больших и сложных сетях. Рассылка информации о состоянии каналов производится каждые 30 минут. На основе этих сообщений на каждом из маршрутизаторов создается база данных состояния каналов (Link-State 1 Datadase). Эта база одинакова на всех маршрутизаторах домена.

На основе этой базы данных маршрутизатор формирует карту сетевой топологии и дерево кратчайших путей ко всем возможным получателям (см. рис.). Затем формируется таблица маршрутизации (табл.7.1.). Для сетей, подключенных к маршрутизатору напрямую указывается метрика, равная нулю.

При изменении состояния хотя бы одного подключенного канала маршрутизатор рассылает сообщения своим соседям. Производится корректировка базы данных каналов, вычисляются кратчайшие пути, формируется заново таблица маршрутизации.

В больших сетях (с сотнями маршрутизаторов) протокол порождает счет много маршрутной информации, а база данных состояния каналов может достигать нескольких Мбайт.

Маршрутизация включает в себя два основных компонента: определение оптимальных трактов маршрутизации и транспортировка информационых групп (обычно называемых пакетами) через об"единенную сеть. В настоящей работе последний из этих двух компонентов называется коммутацией. Коммутация относительно проста. С другой стороны, определение маршрута может быть очень сложным процессом

Определение маршрута может базироваться на различных показателях (величинах, результирующих из алгоритмических вычислений по отдельной переменной - например, длина маршрута) или комбинациях показателей. Программные реализации алгоритмов маршрутизации высчитывают показатели маршрута для определения оптимальных маршрутов к пункту назначения.

Для облегчения процесса определения маршрута, алгоритмы маршрутизации инициализируют и поддерживают таблицы маршрутизации, в которых содержится маршрутная информация. Маршрутная информация изменяется в зависимости от используемого алгоритма маршрутизации.

Алгоритмы маршрутизации заполняют маршрутные таблицы неким множеством информации. Ассоциации "Пункт назначения/следующая пересылка" сообщают роутеру, что определенный пункт назначения может быть оптимально достигнут путем отправки пакета в определенный роутер, представляющий "следующую пересылку" на пути к конечному пункту назначения. При приеме поступающего пакета роутер проверяет адрес пункта назначения и пытается ассоциировать этот адрес со следующей пересылкой.

В маршрутных таблицах может содержаться также и другая информация. "Показатели" обеспечивают информацию о желательности какого-либо канала или тракта. Роутеры сравнивают показатели, чтобы определить оптамальные маршруты. Показатели отличаются друг oт друга в зависимости от использованной схемы алгоритма маршрутизации. Далее в этой главе будет представлен и описан ряд общих показателей.

Роутеры сообщаются друг с другом (и поддерживают свои маршрутные таблицы) путем передачи различных сообщений. Одним из видов таких сообщений является сообщение об "обновлении маршрутизации". Обновления маршрутизации обычно включают всю маршрутную таблицу или ее часть. Анализируя информацию об обновлении маршрутизации, поступающую ото всех роутеров, любой из них может построить детальную картину топологии сети. Другим примером сообщений, которыми обмениваются роутеры, является "об"явление о состоянии канала". Об"явление о состоянии канала информирует другие роутеры о состоянии кааналов отправителя. Канальная информация также может быть использована для построения полной картины топологии сети. После того, как топология сети становится понятной, роутеры могут определить оптимальные маршруты к пунктам назначения.

Маршрутизация перевозок с мест погрузки является высокоэффективным способом организации грузовых перевозок.

Маршрутизация является предметом договора на организацию перевозок грузов на железнодорожном транспорте, поэтому лишь участники договора вправе определять его содержание. В нем могут предусматриваться отправительские маршруты, формируемые на железнодорожном подъездном пути или на железнодорожной станции, группы вагонов для организации ступенчатых станционных или участковых маршрутов и др.

Под отправительским маршрутом понимается состав поезда установленной массы или длины, сформированный грузоотправителем на железнодорожном подъездном пути организации либо по договору с железной дорогой на железнодорожной станции с обязательным освобождением не менее одной технической станции от переработки такого поезда, предусмотренным действующим планом формирования грузовых поездов.

Отправительские маршруты проходят одну или несколько сортировочных станций без переработки, поэтому ускоряется доставка груза, сокращается работа по переформированию составов, снижается себестоимость перевозок, ускоряется оборот вагонов, снижается потребность в вагонах, лучше обеспечивается сохранность перевозимых грузов, повышается конкурентоспособность производителей товаров и железнодорожного транспорта.

Ступенчатые маршруты формируются из вагонов, погруженных разными грузоотправителями на путях одной или нескольких станций участка или узла. Правила перевозок грузов отправительскими маршрутами на железнодорожном транспорте предусматривают, что в целях ускорения доставки грузов, сокращения транспортных и эксплуатационных расходов перевозки грузов могут осуществляться отправительскими маршрутами и предусматриваться в договорах на организацию перевозок грузов на железнодорожном транспорте. Отправительская маршрутизация является основой создания в перспективе сети логистических центров железных дорог России.

Порядок перевозок грузов отправительскими маршрутами устанавливается Правилами перевозок грузов отправительскими маршрутами на железнодорожном транспорте.

По назначению отправительские маршруты бывают:

• прямые — при перевозке на одну станцию назначения (перевалки) в адрес одного или нескольких грузополучателей (грузовые вагоны в адрес каждого грузополучателя должны находиться в составе отдельной группы);
• в распыление — при перевозке назначением на станции расформирования по плану формирования грузовых поездов либо назначением в объявленные ОАО РЖД пункты (станции) распыления маршрутов, где производится заадресовка (указание станций назначения и грузополучателя) вагонов на станции выгрузки в адрес конкретных грузополучателей, либо назначением на входные и распределительные станции, получающие топливные грузы, с дальнейшей заадресовкой вагонов на станции выгрузки.

Грузоотправитель согласовывает с грузополучателем возможность приема маршрутов установленной массы или длины под выгрузку. При наличии на направлении следования маршрутов станций изменения массы поезда (пункт перелома) в сторону уменьшения отправление маршрутов организуется из ядра и прицепной части, следующей в составе маршрута до пунктов перелома массы.

Ядро — это основная часть отправительского маршрута установленной массы, которая следует без переформирования до железнодорожной станции назначения в случае изменения массы поезда в пути следования.

По условиям обращения отправительские маршруты различают:

• кольцевые с постоянным составом, которые после выгрузки в том же составе возвращаются на ту же станцию или отделение под повторную погрузку;
• кольцевые с переменным составом, которые после выгрузки возвращаются на ту же станцию или отделение, при этом сохраняется число, тип вагонов и их назначение, но при необходимости одни вагоны могут заменяться другими аналогичными вагонами.

Организация кольцевых маршрутов существенно сокращает затраты на подготовку вагонов под погрузку, при этом сокращается простой вагонов в пунктах погрузки, так как вагоны требуют минимальной подготовки под нее.

Тема – «Технология перевозок массовых грузов:

Топливных, рудно-металлических и наливных»

План:

Маршрутизация перевозок. Виды маршрутов.

Технология перевозки топливных и рудно-металлических грузов. Характеристика топливных, металлургических грузов. Особенности работы подъездных путей при перевозке массовых грузов.

Технология перевозки наливных грузов. Характеристика наливных грузов. Особенности маршрутизации наливных грузов. Технология работы станций налива нефтепродуктов. Технология работы станций слива.

Литература:

Типовой технологический процесс работы грузовой станции, Москва: «Транспорт»,1989.

5. Основы управления грузовой и коммерческой работой на железнодорожном транспорте; Мухаметжанова А.В., Избаирова А.С. Алматы: «КазАТК», 2009. – 250 с.

6. Управление грузовой и коммерческой работы на железнодорожном транспорте.Смехов А.А. Москва: «Транспорт», 1990.

1. Маршрутизация перевозок. Виды маршрутов

Виды маршрутов и их значение

Маршрутом называется состав поезда установленной массы или длины, сформированный грузоотправителем или дорогой в соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог и планом формирования из вагонов, загруженных одним или несколькими отправителями на одной или нескольких станциях, назначением на одну станцию выгрузки или распыления с обязатель­ным прохождением им не менее одной технической станции без переработки состава.

Большое значение имеет маршрутизация перевозок с мест погрузки грузов, т. е. отправительская, при которой вагоны организуют в прямые поезда не на технических станциях, а непосредственно в пунктах их загрузки. Эффектив­ность таких маршрутных поездов (маршрутов) определяется в основном уско­рением продвижения вагонов. Достигается это тем, что маршрутные поезда про­ходят ряд технических станций без переработки (не менее одной).

Отправитель­ская маршрутизация способствует ускорению доставки грузов и высвобожде­нию в сфере обращения значительных материальных ресурсов; ускорению обо­рота вагонов, что сокращает потребность в парке вагонов и капитальные вло­жения на их постройку; уменьшению объема маневровой работы на технических станциях и устранению необхо­димости путевого развития сортиро­вочных парков; улучшению условий сохранности грузов; снижению себе­стоимости перевозок грузов.

Эффективность маршрутизации перевозок грузов тем выше, чем боль­ше степень охвата отправляемых грузов этим видом организации ваго-нопотоков и чем дальше следует мар­шрут без переработки, т. е. выше дальность пробега маршрута.

Наиболее эффективными являются маршруты назначением на одну стан­цию выгрузки, доля которых в общем маршрутном вагонопотоке составляет около 60 %.

Анализ распределения маршрутных перевозок по дальности пробега за ряд лет показывает, что доля маршрутов на короткие расстояния за последние 11 лет остается примерно на одном уровне, на расстояния от 401 до 1500км несколько увеличилась, а свыше 1500 км - уменьшилась. Однако эти показатели не все­гда дают правильное представление об эффективности маршрутизации, так как расстояния между сортировочными станциями в разных регионах значительно отличаются. Так, при пробеге 400 км в одном регионе маршрут проходит две-три технических станции (например, в Донбассе), а в другом при пробеге 1500 км - только одну (Сибирь, Дальний Восток). Поэтому более точно харак­теризует успешность маршрутизации среднее число технических станций, про­ходимых маршрутом без переработки, а еще лучше - количество вагонов, от переработки которых эти станции освобождены в результате маршрутизации.

Маршруты с мест погрузки грузов по условиям организации их делятся на три основные группы:

1) отправительские, погруженные и сформированные на одной станции одним грузоотправителем или на одном подъездном пути владельцем его и дру­гими грузоотправителями - его контрагентами. Эти маршруты могут следо­вать до одной станции выгрузки или до технической станции распыления марш­рута, расположенной как можно ближе к району расположения станции вы­грузки;

2) отправительские ступенчатые - погруженные разными грузоотправите­лями на их подъездных путях с объединением групп вагонов на станции примы­кания (станционные) или погруженные на разных станциях узла или участка с объединением на участке или в узле (участковые или узловые маршруты). Ступенчатые маршруты также могут следовать до одной станции назначения или в распыление на технической станции.

Основой для организации ступенчатых маршрутов служит календарное планирование погрузки по назначениям. Заключается оно в том, что на всех или части станций или подъездных путей грузят в определенный день грузы одного назначения. В этот же день обычный сборный поезд (или передаточный в узле) отправляют на участок (или на станцию узла), который при развозе вагонов по станциям забирает с них загруженные для маршрута группы ваго­нов. На той станции, где прицепляют последнюю группу вагонов, поезд пре­вращается в маршрут, который следует до места назначения груза (или пункта распыления) без переработки в пути следования.

Ступенчатые маршруты составляют в общей маршрутизации перевозок примерно четвертую часть;

3) кольцевые - представляют собой наиболее эффективную часть отпра­вительских маршрутов, которые следуют от одной станции погрузки до одной станции выгрузки. Составы этих маршрутов постоянны, их не расформировы­вают и после выгрузки возвращают на станцию приписки, где и подают под за­грузку. При этом следование составов кольцевых маршрутов в порожнем со­стоянии должно совпадать с общим порожним направлением такого же рода ва­гонов. Наиболее эффективны кольцевые маршруты в тех случаях, когда их на станции погрузки или на другой попутной станции загружают и они следуют гружеными в район расположения станции погрузки. При этом порожний про­бег вагонов резко снижается.

По расстоянию следования различают маршруты: сетевые (обращаются в пределах нескольких дорог) и внутридорожные (на одной дороге).

Поезда, обращающиеся между двумя пунктами с постоянными составами на короткие расстояния, называют «вертушками»; если они не проходят через техническую станцию, то в учет маршрутизации эти перевозки не включают.

Отправительские и ступенчатые маршруты формируют как из однородных грузов, так и разнородных.

Ступенчатые маршруты организуют тогда, когда вагонопотоки в определен­ные назначения грузов недостаточны для формирования отправительских маршрутов с одного пункта погрузки.

Маршрутизация перевозок грузов в ряде случаев требует дополнительных капитальных вложений на развитие грузовых фронтов. Поэтому для повыше­ния эффективности маршрутизации необходимо при планировании перевозок предусматривать концентрацию грузопотоков и согласованную работу стан­ции примыкания, подъездных путей и предприятий - владельцев этих путей, на которых отгружаются грузы.

Планирование маршрутизации и её значение

При планировании маршрута проверяют технико-экономическую эффективность маршрутов и исключают маршруты, которые не сокращают переработку вагонопотока. В первую очередь планируют отправительские маршруты, которые следуют на одну станцию выгрузки. Затем на станции распыления с учетом максимального следования их без переработки. Из оставшегося грузопотока не охваченных отправительской маршрутизацией организуют отправительские ступенчатые маршруты.

При планировании учитывают техническую вооруженность станции погрузки и выгрузки, карты норм массы и длины составов поездов.

Планы маршрутизации перевозок грузов составляются при разработке плана формирования поездов. Они бывают годовые и месячные. При составле­нии плана формирования поездов прежде всего разрабатывают планы маршру­тизации перевозок на основе вагонопотоков по направлениям (струям) устой­чивого характера.

Эффективность маршрутизации перевозок грузов с мест их погрузки опре­деляется скоростью продвижения маршрутов (сокращением сроков доставки грузов), количеством технических станций, которые в среднем каждый маршрут проходят без переработки, сокращением простоя вагонов на технических стан­циях (без переработки) и станциях погрузки и выгрузки, а также числом орга­низуемых маршрутов и массой нетто каждого маршрутного поезда (общим ко­личеством груза, перевозимого в маршрутах).

Эффективность маршрутизации:

А) скорость продвижения груза

Б) с сокращением объема маневровой работы уменьшается штат работников ПТО.

Скорость продвижения груза в маршрутах значительно выше, чем при повагонных отправках (более чем на 30 %). Зависит она от сокращения простоя поездов на технических станциях без переработки. В результате того, что вагоны не перерабатываются на технических стан­циях, достигается сокращение объема маневровой работы, а также уменьшение штата вагонников, так как перерабатываемый вагон проходит технический ос­мотр дважды (по прибытии и отправлении), а следующий в маршрутах - один.

Возможна экономия капитальных вложений на развитие некоторых по­стоянных устройств (сортировочных путей и путей приема поездов, перерабаты­вающих устройств). В связи с пропуском части транзитного вагонопотока в маршрутах в этих устройствах создаются резервы перерабатывающей способ­ности, позволяющие осваивать дополнительный вагонопоток без их усиления. Эта экономия относится только к тем станциям, которые не имеют резервов. Методы расчета всей экономии в пути следования маршрута применяются те же, что и для сквозных поездов, формируемых на технических станциях, и излагаются в специальном курсе.

Простой вагонов при загрузке маршрута часто превышает время, затра­чиваемое на грузовую операцию с отдельной группой или одиночными вагона­ми. Вместе с тем одиночные вагоны и группы могут простаивать более продол­жительное время в ожидании накопления и отправления их со станции, чем при маршрутной погрузке. В связи с этим увеличения общего времени нахож­дения вагонов на станции при маршрутной погрузке может и не быть.

Затрата времени на непосредственную загрузку состава маршрута зависит от емкости грузового фронта и его оснащения, а также от количества фронтов, на кото­рых можно параллельно загружать от­дельные части маршрута. Наибольший простой под загрузкой вагонов маршрута возникает при малой вместимости фронта погрузки, большой массе маршрута и по­грузке его на одном фронте по частям. Сокращается это время, если имеется до­полнительный (выставочный) путь, что поз­воляет совмещать подачу и уборку каждой части маршрута с загрузкой другой части.

Если маршрут организован без уве­личения простоя вагонов на станциях погрузки и выгрузки и проходит хоть одну техническую станцию без переработ­ки, он всегда эффективен. Когда маршрут следует без переработки на одну стан­цию выгрузки, тогда для определения размера эффективности необходимо со­поставлять увеличение времени простоя вагонов не только на станции погруз­ки, но и выгрузки грузов с экономией в пути следования.

Или шлюзом , называется узел сети с несколькими IP-интерфейсами (содержащими свой MAC-адрес и IP-адрес), подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий на основе решения задачи маршрутизации перенаправление дейтаграмм из одной сети в другую для доставки от отправителя к получателю.

Представляют собой либо специализированные вычислительные машины, либо компьютеры с несколькими IP-интерфейсами, работа которых управляется специальным программным обеспечением.

Маршрутизация в IP-сетях

Маршрутизация служит для приема пакета от одного устройства и передачи его по сети другому устройству через другие сети. Если в сети нет маршрутизаторов, то не поддерживается маршрутизация. Маршрутизаторы направляют (перенаправляют) трафик во все сети, составляющие объединенную сеть.

Для маршрутизации пакета маршрутизатор должен владеть следующей информацией:

• Адрес назначения
• Соседний маршрутизатор, от которого он может узнать об удаленных сетях
• Доступные пути ко всем удаленным сетям
• Наилучший путь к каждой удаленной сети
• Методы обслуживания и проверки информации о маршрутизации

Маршрутизатор узнает об удаленных сетях от соседних маршрутизаторов или от сетевого администратора. Затем маршрутизатор строит таблицу маршрутизации, которая описывает, как найти удаленные сети.

Если сеть подключена непосредственно к маршрутизатору, он уже знает, как направить пакет в эту сеть. Если же сеть не подключена напрямую, маршрутизатор должен узнать (изучить) пути доступа к удаленной сети с помощью статической маршрутизации (ввод администратором вручную местоположения всех сетей в таблицу маршрутизации) или с помощью динамической маршрутизации.

Динамическая маршрутизация - это процесс протокола маршрутизации, определяющий взаимодействие устройства с соседними маршрутизаторами. Маршрутизатор будет обновлять сведения о каждой изученной им сети. Если в сети произойдет изменение, протокол динамической маршрутизации автоматически информирует об изменении все маршрутизаторы. Если же используется статическая маршрутизация, обновить таблицы маршрутизации на всех устройствах придется системному администратору.

IP-маршрутизация - простой процесс, который одинаков в сетях любого размера. Например, на рисунке показан процесс пошагового взаимодействия хоста А с хостом В в другой сети. В примере пользователь хоста А запрашивает по ping IP-адрес хоста В. Дальнейшие операции не так просты, поэтому рассмотрим их подробнее:

• В командной строке пользователь вводит ping 172.16.20.2. На хосте А генерируется пакет с помощью протоколов сетевого уровня и ICMP .

• IP обращается к протоколу ARP для выяснения сети назначения для пакета, просматривая IP-адрес и маску подсети хоста А. Это запрос к удаленному хосту, т.е. пакет не предназначен хосту локальной сети, поэтому пакет должен быть направлен маршрутизатору для перенаправления в нужную удаленную сеть.
• Чтобы хост А смог послать пакет маршрутизатору, хост должен знать аппаратный адрес интерфейса маршрутизатора, подключенный к локальной сети. Сетевой уровень передает пакет и аппаратный адрес назначения канальному уровню для деления на кадры и пересылки локальному хосту. Для получения аппаратного адреса хост ищет местоположение точки назначения в собственной памяти, называемой кэшем ARP.
• Если IP-адрес еще не был доступен и не присутствует в кэше ARP, хост посылает широковещательную рассылку ARP для поиска аппаратного адреса по IP-адресу 172.16.10.1. Именно поэтому первый запрос Ping обычно заканчивается тайм-аутом, но четыре остальные запроса будут успешны. После кэширования адреса тайм-аута обычно не возникает.
• Маршрутизатор отвечает и сообщает аппаратный адрес интерфейса Ethernet, подключенного к локальной сети. Теперь хост имеет всю информацию для пересылки пакета маршрутизатору по локальной сети. Сетевой уровень спускает пакет вниз для генерации эхо-запроса ICMP (Ping) на канальном уровне, дополняя пакет аппаратным адресом, по которому хост должен послать пакет. Пакет имеет IP-адреса источника и назначения вместе с указанием на тип пакета (ICMP) в поле протокола сетевого уровня.
• Канальный уровень формирует кадр, в котором инкапсулируется пакет вместе с управляющей информацией, необходимой для пересылки по локальной сети. К такой информации относятся аппаратные адреса источника и назначения, а также значение в поле типа, установленное протоколом сетевого уровня (это будет поле типа, поскольку IP по умолчанию пользуется кадрами Ethernet_II). Рисунок 3 показывает кадр, генерируемый на канальном уровне и пересылаемый по локальному носителю. На рисунке 3 показана вся информация, необходимая для взаимодействия с маршрутизатором: аппаратные адреса источника и назначения, IP-адреса источника и назначения, данные, а также контрольная сумма CRC кадра, находящаяся в поле FCS (Frame Check Sequence).
• Канальный уровень хоста А передает кадр физическому уровню. Там выполняется кодирование нулей и единиц в цифровой сигнал с последующей передачей этого сигнала по локальной физической сети.

• Сигнал достигает интерфейса Ethernet 0 маршрутизатора, который синхронизируется по преамбуле цифрового сигнала для извлечения кадра. Интерфейс маршрутизатора после построения кадра проверяет CRC, а в конце приема кадра сравнивает полученное значение с содержимым поля FCS. Кроме того, он проверяет процесс передачи на отсутствие фрагментации и конфликтов носителя.
• Проверяется аппаратный адрес назначения. Поскольку он совпадает с адресом маршрутизатора, анализируется поле типа кадра для определения дальнейших действий с этим пакетом данных. В поле типа указан протокол IP, поэтому маршрутизатор передает пакет процессу протокола IP, исполняемому маршрутизатором. Кадр удаляется. Исходный пакет (сгенерированный хостом А) помещается в буфер маршрутизатора.
• Протокол IP смотрит на IP-адрес назначения в пакете, чтобы определить, не направлен ли пакет самому маршрутизатору. Поскольку IP-адрес назначения равен 172.16.20.2, маршрутизатор определяет по своей таблице маршрутизации, что сеть 172.16.20.0 непосредственно подключена к интерфейсу Ethernet 1.
• Маршрутизатор передает пакет из буфера в интерфейс Ethernet 1. Маршрутизатору необходимо сформировать кадр для пересылки пакета хосту назначения. Сначала маршрутизатор проверяет свой кэш ARP, чтобы определить, был ли уже разрешен аппаратный адрес во время предыдущих взаимодействий с данной сетью. Если адреса нет в кэше ARP, маршрутизатор посылает широковещательный запрос ARP в интерфейс Ethernet 1 для поиска аппаратного адреса для IP-адреса 172.16.20.2.
• Хост В откликается аппаратным адресом своего сетевого адаптера на запрос ARP. Интерфейс Ethernet 1 маршрутизатора теперь имеет все необходимое для пересылки пакета в точку окончательного приема. На рисунке показывает кадр, сгенерированный маршрутизатором и переданный по локальной физической сети.

Кадр, сгенерированный интерфейсом Ethernet 1 маршрутизатора, имеет аппаратный адрес источника от интерфейса Ethernet 1 и аппаратный адрес назначения для сетевого адаптера хоста В. Важно отметить, что, несмотря на изменения аппаратных адресов источника и назначения, в каждом передавшем пакет интерфейсе маршрутизатора, IP-адреса источника и назначения никогда не изменяются. Пакет никоим образом не модифицируется, но меняются кадры.

• Хост В принимает кадр и проверяет CRC. Если проверка будет успешной, кадр удаляется, а пакет передается протоколу IP. Он анализирует IP-адрес назначения. Поскольку IP-адрес назначения совпадает с установленным в хосте В адресом, протокол IP исследует поле протокола для определения цели пакета.
• В нашем пакете содержится эхо-запрос ICMP, поэтому хост В генерирует новый эхо-ответ ICMP с IP-адресом источника, равным адресу хоста В, и IP-адресом назначения, равным адресу хоста А. Процесс запускается заново, но в противоположном направлении. Однако аппаратные адреса всех устройств по пути следования пакета уже известны, поэтому все устройства смогут получить аппаратные адреса интерфейсов из собственных кэшей ARP.

В крупных сетях процесс происходит аналогично, но пакету придется пройти больше участков по пути к хосту назначения.

Таблицы маршрутизации

В стеке TCP/IP маршрутизаторы и конечные узлы принимают решения о том, кому передавать пакет для его успешной доставки узлу назначения, на основании так называемых таблиц маршрутизации (routing tables).

Таблица представляет собой типичный пример таблицы маршрутов, использующей IP-адреса сетей, для сети, представленной на рисунке.

Таблица маршрутизации для Router 2

В таблице представлена таблица маршрутизации многомаршрутная, так как содержится два маршрута до сети 116.0.0.0. В случае построения одномаршрутной таблицы маршрутизации, необходимо указывать только один путь до сети 116.0.0.0 по наименьшему значению метрики.

Как нетрудно видеть, в таблице определено несколько маршрутов с разными параметрами. Читать каждую такую запись в таблице маршрутизации нужно следующим образом:

Чтобы доставить пакет в сеть с адресом из поля Сетевой адрес и маской из поля Маска сети, нужно с интерфейса с IP-адресом из поля Интерфейс послать пакет по IP-адресу из поля Адрес шлюза, а «стоимость» такой доставки будет равна числу из поля Метрика.

В этой таблице в столбце "Адрес сети назначения" указываются адреса всех сетей, которым данный маршрутизатор может передавать пакеты. В стеке TCP/IP принят так называемый одношаговый подход к оптимизации маршрута продвижения пакета (next-hop routing) – каждый маршрутизатор и конечный узел принимает участие в выборе только одного шага передачи пакета. Поэтому в каждой строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут в виде последовательности IP-адресов маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет, а только один IP-адрес - адрес следующего маршрутизатора, которому нужно передать пакет. Вместе с пакетом следующему маршрутизатору передается ответственность за выбор следующего шага маршрутизации. Одношаговый подход к маршрутизации означает распределенное решение задачи выбора маршрута. Это снимает ограничение на максимальное количество транзитных маршрутизаторов на пути пакета.

Для отправки пакета следующему маршрутизатору требуется знание его локального адреса, но в стеке TCP/IP в таблицах маршрутизации принято использование только IP-адресов для сохранения их универсального формата, не зависящего от типа сетей, входящих в интерсеть. Для нахождения локального адреса по известному IP-адресу необходимо воспользоваться протоколом ARP.

Одношаговая маршрутизация обладает еще одним преимуществом - она позволяет сократить объем таблиц маршрутизации в конечных узлах и маршрутизаторах за счет использования в качестве номера сети назначения так называемого маршрута по умолчанию – default (0.0.0.0), который обычно занимает в таблице маршрутизации последнюю строку. Если в таблице маршрутизации есть такая запись, то все пакеты с номерами сетей, которые отсутствуют в таблице маршрутизации, передаются маршрутизатору, указанному в строке default. Поэтому маршрутизаторы часто хранят в своих таблицах ограниченную информацию о сетях интерсети, пересылая пакеты для остальных сетей в порт и маршрутизатор, используемые по умолчанию. Подразумевается, что маршрутизатор, используемый по умолчанию, передаст пакет на магистральную сеть, а маршрутизаторы, подключенные к магистрали, имеют полную информацию о составе интерсети.

Кроме маршрута default, в таблице маршрутизации могут встретиться два типа специальных записей - запись о специфичном для узла маршруте и запись об адресах сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора.

Специфичный для узла маршрут содержит вместо номера сети полный IP-адрес, то есть адрес, имеющий ненулевую информацию не только в поле номера сети, но и в поле номера узла. Предполагается, что для такого конечного узла маршрут должен выбираться не так, как для всех остальных узлов сети, к которой он относится. В случае, когда в таблице есть разные записи о продвижении пакетов для всей сети N и ее отдельного узла, имеющего адрес N,D, при поступлении пакета, адресованного узлу N,D, маршрутизатор отдаст предпочтение записи для N,D.

Записи в таблице маршрутизации, относящиеся к сетям, непосредственно подключенным к маршрутизатору, в поле "Метрика" содержат нули («подключено»).

Алгоритмы маршрутизации

Основные требования к алгоритмам маршрутизации:

• точность;
• простота;
• надёжность;
• стабильность;
• справедливость;
• оптимальность.

Существуют различные алгоритмы построения таблиц для одношаговой маршрутизации. Их можно разделить на три класса:

• алгоритмы простой маршрутизации;
• алгоритмы фиксированной маршрутизации;
• алгоритмы адаптивной маршрутизации.

Независимо от алгоритма, используемого для построения таблицы маршрутизации, результат их работы имеет единый формат. За счет этого в одной и той же сети различные узлы могут строить таблицы маршрутизации по своим алгоритмам, а затем обмениваться между собой недостающими данными, так как форматы этих таблиц фиксированы. Поэтому маршрутизатор, работающий по алгоритму адаптивной маршрутизации, может снабдить конечный узел, применяющий алгоритм фиксированной маршрутизации, сведениями о пути к сети, о которой конечный узел ничего не знает.

Проста маршрутизация

Это способ маршрутизации не изменяющийся при изменении топологии и состоянии сети передачи данных (СПД).

Простая маршрутизация обеспечивается различными алгоритмами, типичными из которых являются следующие:

• Случайная маршрутизация – это передача сообщения из узла в любом случайно выбранном направлении, за исключением направлений по которым сообщение поступило узел.
• Лавинная маршрутизация – это передача сообщения из узла во всех направлениях, кроме направления по которому сообщение поступило в узел. Такая маршрутизация гарантирует малое время доставки пакета, засчет ухудшения пропускной способности.
• Маршрутизация по предыдущему опыту – каждый пакет имеет счетчик числа пройденных узлов, в каждом узле связи анализируется счетчик и запоминается тот маршрут, который соответствует минимальному значению счетчика. Такой алгоритм позволяет приспосабливаться к изменению топологии сети, но процесс адаптации протекает медленно и неэффективно.

В целом, простая маршрутизация не обеспечивает направленную передачу пакета и имеет низкую эффективности. Основным ее достоинством является обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя различных частей сети.

Фиксированная маршрутизация

Этот алгоритм применяется в сетях с простой топологией связей и основан на ручном составлении таблицы маршрутизации администратором сети. Алгоритм часто эффективно работает также для магистралей крупных сетей, так как сама магистраль может иметь простую структуру с очевидными наилучшими путями следования пакетов в подсети, присоединенные к магистрали, выделяют следующие алгоритмы:

• Однопутевая фиксированная маршрутизация – это когда между двумя абонентами устанавливается единственный путь. Сеть с такой маршрутизацией неустойчива к отказам и перегрузкам.
• Многопутевая фиксированная маршрутизация – может быть установлено несколько возможных путей и вводится правило выбора пути. Эффективность такой маршрутизации падает при увеличении нагрузки. При отказе какой-либо линии связи необходимо менять таблицу маршрутизации, для этого в каждом узле связи храниться несколько таблиц.

Адаптивная маршрутизация

Это основной вид алгоритмов маршрутизации, применяющихся маршрутизаторами в современных сетях со сложной топологией. Адаптивная маршрутизация основана на том, что маршрутизаторы периодически обмениваются специальной топологической информацией об имеющихся в интерсети сетях, а также о связях между маршрутизаторами. Обычно учитывается не только топология связей, но и их пропускная способность и состояние.

Адаптивные протоколы позволяют всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети, оперативно отрабатывая все изменения конфигурации связей. Эти протоколы имеют распределенный характер, который выражается в том, что в сети отсутствуют какие-либо выделенные маршрутизаторы, которые бы собирали и обобщали топологическую информацию: эта работа распределена между всеми маршрутизаторами, выделяют следующие алгоритмы:

• Локальная адаптивная маршрутизация – каждый узел содержит информацию о состоянии линии связи, длины очереди и таблицу маршрутизации.
• Глобальная адаптивная маршрутизация – основана на использовании информации получаемой от соседних узлов. Для этого каждый узел содержит таблицу маршрутизации, в которой указано время прохождения сообщений. На основе информации, получаемой из соседних узлов, значение таблицы пересчитывается с учетом длины очереди в самом узле.
• Централизованная адаптивная маршрутизация – существует некоторый центральный узел, который занимается сбором информации о состоянии сети. Этот центр формирует управляющие пакеты, содержащие таблицы маршрутизации и рассылает их в узлы связи.
• Гибридная адаптивная маршрутизация – основана на использовании таблицы периодически рассылаемой центром и на анализе длины очереди с самом узле.

Показатели алгоритмов (метрики)

Маршрутные таблицы содержат информацию, которую используют программы коммутации для выбора наилучшего маршрута. Чем характеризуется построение маршрутных таблиц? Какова особенность природы информации, которую они содержат? В данном разделе, посвященном показателям алгоритмов, сделана попытка ответить на вопрос о том, каким образом алгоритм определяет предпочтительность одного маршрута по сравнению с другими.

В алгоритмах маршрутизации используется множество различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один гибридный показатель. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации:

• Длина маршрута.
• Надежность.
• Задержка.
• Ширина полосы пропускания.

Длина маршрута.

Длина маршрута является наиболее общим показателем маршрутизации. Некоторые протоколы маршрутизации позволяют администраторам сети назначать произвольные цены на каждый канал сети. В этом случае длиной тракта является сумма расходов, связанных с каждым каналом, который был траверсирован. Другие протоколы маршрутизации определяют "количество пересылок" (количество хопов), т. е. показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через элементы объединения сетей (такие как маршрутизаторы).

Надежность.

Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые каналы сети могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности. Оценки надежности обычно назначаются каналам сети администраторами. Как правило, это произвольные цифровые величины.

Задержка.

Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через объединенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого маршрутизатора на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет. Т. к. здесь имеет место конгломерация нескольких важных переменных, задержка является наиболее общим и полезным показателем.

Полоса пропускания.

Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какого-либо канала. При прочих равных показателях, канал Ethernet 10 Mbps предпочтителен любой арендованной линии с полосой пропускания 64 Кбайт/с. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.