Algoritmos de encadenamiento Podemos definir encaminamiento como
un proceso mediante el cual tratamos de encontrar un camino entre
dos puntos de la red: el nodo origen y el nodo destino. El objetivo
que se persigue es encontrar las mejores rutas entre pares de nodos
Los algoritmos de encaminamiento pueden agruparse en:
Determinsticos o estticos No tienen en cuenta el estado de la
subred al tomar las decisiones de encaminamiento. Las tablas de
encaminamiento de los nodos se configuran de forma manual y
permanecen inalterables hasta que no se vuelve a actuar sobre
ellas. Por tanto, la adaptacin en tiempo real a los cambios de las
condiciones de la red es nula. ALGORITMOS DE ENCAMINAMIENTO. Los
algoritmos de encaminamiento se agrupan en dos tipos principales:
no adaptativos y adaptativos. Los algoritmos no adaptativos no
basan sus decisiones de encaminamiento en mediciones o estimaciones
de trafico o topologa Actuales. Los algoritmos adaptativos intentan
cambiar sus decisiones de encaminamiento para reflejar los cambios
de topologa y de trafico actual. Existen tres familias distintas de
algoritmos adaptativas, que se diferencian d acuerdo con la
informacin que utilizan. Los algoritmos globales utilizan
informacin recogida en toda la subred, para intentar tomar
decisiones ptimas. ENCAMINAMIENTO POR EL CAMINO MS CORTO. El camino
mas corto es una forma de medir la longitud del camino. En el caso
mas general, las etiquetas de los arcos se podran calcular como una
funcin
distinta, ancho de Banda, promedio de trafico, costo de
comunicacin, longitud promedio de la cola de espera, retardo
medido, y algunos otros factores. ENCAMINAMIENTO DE CAMINO MLTIPLE.
Existe un solo mejor camino entre cualquier par de nodos y que todo
l trafico entre ellos deber utilizar. Con frecuencia, se puede
obtener un mejor rendimiento al dividir l trafico entre varios
caminos, para reducir la carga en cada una de las lneas de
comunicacin. La tcnica se conoce como Encaminamiento de camino
mltiple, o algunas veces encaminamiento bifurcado. Se aplica tanto
en subredes con data gramas, como en subredes con circuitos
virtuales . El encaminamiento de camino mltiple se realiza de la
siguiente manera. Cada IMP mantiene una tabla con una ristra
reservada para cada uno de los posibles IMP destinatarios; cada
ristra ofrece la mejor, la segunda mejor, la tercera mejor, etc.
Lnea de salida para este destino en particular. Una de las ventajas
del encaminamiento del camino mltiple es la posibilidad de poder
transmitir diferentes clases de trafico sobre diferentes caminos.
ENCAMINAMIENTO CENTRALIZADO. Si la topologa es de caracterstica
esttica y l trafico cambia muy rara vez. Sin embargo, si los IMP y
las lneas se desactivan y despus se restablecen, o bien, si el
trfico varia violentamente durante todo el da, se necesitar algn
mecanismo para adaptar las tablas a las circunstancias que imperan
en este momento. Se estudiaran las tcnicas para la construccin de
las tablas de
encaminamiento en un lugar central. Cuando se utiliza un
encaminamiento centralizado, en alguna parte de la red hay un RCC
(Centro de control del encaminamiento). Peridicamente, cada IMP
transmite la informacin de su estado al RCC. El RCC recoge toda
esta informacin, y despus, con base en el conocimiento total de la
red completa, calcula las rutas optimas de todo los IMP a cada uno
de los IMP restantes, el encaminamiento centralizado tambin
tiene algunos serios, si no es que fatales, inconvenientes. La
vulnerabilidad del RCC Es un problema muy serio y para eso una
solucin es, tener una segunda maquina disponible como respaldo.
Tambin se necesitar establecer un mtodo de arbitraje para tener la
seguridad de que el RCC primario y el de respaldo no lleguen a
entrar en conflicto para saber quien es el jefe. Si el RCC calcula
la ruta ptima para cada IMP, sin rutas alternas, la prdida de tan
solo una lnea o IMP, llegar a desconectar algunos IMP, sin rutas
Alternas, la perdida de tan slo una lnea o IMP, llegara a
desconectar algunos IMP del RCC, creando as terribles consecuencias
para el sistema. ENCAMINAMIENTO AISLADO En los algoritmos de
encaminamiento, nicamente basados en la informacin que los mismos
hayan reunido. No intercambia informacin de rutas con otros IMP.
Sin embargo tratan de adaptarse a los cambios de topologa y trafico
que se llegan a presentar. Baran (1964), conocido como el algoritmo
de la patata caliente. En el momento en que llega un paquete, el
IMP trata de deshacerse de l tan rpido como le sea posible, al
ponerlo en la cola de espera de salida ms corta sea llega un
paquete, el IMP cuenta l numero de paquetes que se encuentran en la
cola de espera de cada una de las lneas de salida. Entonces instala
el nuevo paquete al final de la cola de salida ms corta, sin tomar
en cuenta el lugar al que se dirige esta lnea. Una posibilidad
consisten utilizar la mejor opcin esttica, a menos que la cola
excediera un cierto valor de umbral. Otra posibilidad consiste en
utilizar la cola de espera ms corta, a menos que, su peso esttico
seademasiado pequeo. Una alternativa adicional consistira en
ordenarlas lneas en trminos de sus pesos estticos, y nuevamente, en
trminos de las longitudes de las colas de espera, tomando en
consideracin la lnea para la cual resulte menor la suma de los dos
ordenamientos.
Tambin desarrollado por Baran, es el conocido como el de
aprendizaje hacia atrs. Una manera de realizar el aprendizaje hacia
atrs consiste en incluir las identidades del IMP origen en cada
paquete, junto con un contador que se incrementa despus de cada
salto. Desgraciadamente solo se registran los cambios hacia lo que
sea mejor, no hay mecanismo alguno que permita registrar este
hecho. En consecuencia debern olvidar en forma peridica cualquier
cosa que hayan aprendido y comenzar todo de nuevo. Rudin (1976) ha
descrito un encaminamiento hbrido interesante, el cual se encuentra
entre un encadenamiento centralizado y uno aislado, el cual
denomino encadenamiento Delta. En este algoritmo, cada uno de los
IMP mide el costo de cada lnea y peridicamente transmite un paquete
al RCC entregndole estos valores. Utilizando la informacin enviada
calcula las mejores trayectorias. Cuando l calculo del
encaminamiento termina, el RCC enva a cada IMP una lista de todos
los caminos equivalentes, para cada uno de tus posibles destinos;
Se les permite seleccionar cualquiera de las trayectorias
equivalentes. Puede decidir entre todas ellas la forma aleatoria, o
bien, utilizar el valor actualmente medido del costo de la lnea.
Las simulaciones Que realiz Rudin, han demostrado que el valor de
puede escogerse para dar un mejor rendimiento que el obtenido con
un encaminamiento puramente centralizado o aislado. -Inundacin. La
inundacin es un caso extremo del encaminamiento aislado, en el cual
cada paquete que llega se transmite en todas las lneas de salida,
exceptuando aqulla por la que llega. Con la inundacin se genera un
nmero infinito, a menos que se tomen algunas medidas para
amortiguar el proceso. Una de tales medidas consiste en tener un
contador de saltos contenido en la cabecera de cada uno de los
paquetes, el cual s decremento con cada salto que se lleva a cabo,
y el paquete se desecha en el momento en que el contador alcance el
valor de cero. En varias aplicaciones, la inundacin no resulta ser
muy practica, pero si tiene algunos usos importantes. En
aplicaciones de bases de datos distribuidas, algunas veces se
necesita actualizar todas las bases de
datos en forma concurrente, en cuyo caso la inundacin puede ser
de gran utilidad. La inundacin selectiva. En general, es ilgico
enviar un paquete hacia el oeste, a travs de lneas que van al este,
a menos que la topologa sea muy extraa. El algoritmo de Camino
Aleatorio; aqu el IMP se encarga simplemente de seleccionar una
lnea aleatoriamente y reexpedir el paquete a travs de ella. Si la
subred tiene una cantidad considerable de interconexiones, este
algoritmo tiene una cantidad considerable de interconexiones, este
algoritmo tiene la propiedad de hacer un uso excelente de los
encaminamientos alternativos. Tambin es muy robusto. Encaminamiento
distribuido. Intercambia peridicamente informacin de encaminamiento
explicito con cada uno de sus vecinos. Esta entrada consta de dos
partes: la lnea preferida de salida que se utilice para dicho
destino, y alguna estimacin del tiempo o distancia hacia l.
Encaminamiento Optimo. Como una consecuencia directa del principio
de optimizacin, se puede observa que, el conjunto de rutas optimas,
procedentes de todos los orgenes a un destino dato, forman un rbol
cuya raz sale del destino. A este rbol se le llama rbol sumidero,
este no contiene ningn lazo, de tal forma que cada paquete ser
entregado a travs de un nmero limitado finito de saltos.
Encaminamiento basado en el flujo.
Para utilizar en forma adecuada, es necesario conocer
anticipadamente cierto tipo de informacin. Primero, se deber
conocer la topologa de la red. Segundo la matriz de trafico deber
darse a conocer. Tercero, tambin debern conocerse la matriz de
capacidades en las lneas en Bits por segundo. Por ultimo se deber
seleccionar un algoritmo de encaminamiento. El retardo incluye
tanto tiempo de espera como el tiempo de servicio. Para calcular el
tiempo de retardo medio de la red completa, se toma la suma
ponderada de cada uno de los ocho enlaces, en donde la ponderacin
es la fraccin del trafico total. Encaminamiento jerrquico. A medida
que crece el tamao de la red, tablas de encadenamiento de los IMP
crecen tambin en forma proporcional. No solamente se produce un
aumento de memoria consumida en el IMP al tener tablas ms grandes,
sino tambin es necesario tener un mayor tiempo de CPU para
explorarlas y ms ancho de banda para transmitir los informes del
estado que guardan. Cuando se utiliza el encaminamiento jerrquico,
los IMP se dividen en regiones, en las cuales cada uno de los IMP
conoce todos los detalles sobre la manera de encaminar los paquetes
para alcanzar sus respectivos destinos dentro de su propia regin,
pero desconocen la estructura interna de otras regiones. Para redes
enormes, la jerarqua de dos
niveles puede resultar insuficiente. Puede ser necesario agrupar
las regiones en conglomerados, estos a su vez en zonas, las zonas
en grupos, y as sucesivamente, hasta que se nos acaben los nombres
de las agrupaciones. En la medida en que crece la relacin del
numero de regiones al numero de IMP dentro de una regin. El ahorro
de espacio en la tabla crece proporcionalmente. Desafortunadamente,
la ganancia en espacio no es gratuita; Hay que pagar un precio, y
este se presenta bajo la forma de un incremento en la longitud del
camino. Tambin descubrieron que el aumento de la longitud promedio
efectiva de la trayectoria, provocando por el encaminamiento
jerarquizado, es lo suficiente pequeo como para resultar no
objetable. Encaminamiento por difusin. Para algunas aplicaciones,
los hostales necesitan transmitir mensajes a todos los dems
hostales. En algunas redes los IMP pueden llegar a necesitar este
tipo de servicio, por ejemplo, distribuir la actualizacin de las
tablas de encaminamiento. A la transmisin de un paquete, en forma
simultanea a todos los destinos, se les conoce como difusin,
habindose ya propuesto varios mtodos para desarrollarla. En un
mtodo de difusin en el que no es necesario que la subred tenga
caractersticas especiales, el extremo fuente solamente tiene que
enviar un paquete distinto de informacin
a cada destino. Esto no solo trae como resultado un desperdicio
considerable del ancho de banda, sino tambin requiere que la fuente
tenga una lista completa de todos los destinos. Un algoritmo es el
encaminamiento multidestino. Si este mtodo se utiliza, cada paquete
contiene una lista de destinos o un mapa de bits, mediante el cual
se indican los destinos deseados. Cuando un paquete llega a un IMP,
este comprueba todos los destinos para determinar el conjunto de
lneas de salida que se necesitaran. (Una lnea de salida ser
necesaria, si esta es la mejor ruta, por lo menos, para uno de los
destinos). El IMP genera una nueva copia del paquete para cada una
de las lneas de salida que se utilizaran, e incluye en cada paquete
slo aquellos destinados que van a utilizar la lnea. El conjunto de
destinos, se subdivide entre las lneas de salida. Despus de un
nmero suficiente de saltos, cada paquete conducir slo un destino y
podr tratarse como un paquete normal. El encaminamiento
multidestino es parecido a tener paquetes direccionados en forma
independiente, excepto que, si varios paquetes deben seguir la
misma ruta, uno de ellos pagar la cuota completa y el resto viajara
gratuitamente. El tipo de Algoritmo de difusin hace uso explicito
del rbol sumidero para el IMP que lleva a cabo el inicio de la
difusin, o bien, de otro rbol de expansin que sea conveniente para
tal efecto. Este mtodo hace un excelente uso del ancho de banda,
generando l numero mnimo absoluto de paquetes necesarios para
realizar el trabajo. El nico problema es que cada IMP
deber tener conocimiento de algn rbol de expansin al que se
puede referir, y la mayora de los algoritmos que se han estudiado
no tiene ese tipo de conocimiento. l ultimo algoritmo de difusin
intenta igualar el comportamiento del algoritmo que se vio
anteriormente, aun cuando los IMP no supieran nada acerca de los
rboles de expansin. Cuando un IMP llega un paquete de difusin, este
comprueba si el paquete lleg por la lnea que normalmente se utiliza
para transmitir paquetes hacia la fuente de difusin. Sin embargo,
si el paquete de difusin llegara por una lnea diferente a la
preferida para alcanzar el origen, el paquete se desechar, como un
probable duplicado. ALGORITMOS DE CONTROL DE LA GESTION. En esta
seccin se estudiaran cinco estrategias para el control de la
congestin. Estas estrategias toman en consideracin la asignacin de
recursos en forma anticipada, que se desechen los paquetes cuando
no se puedan procesar, que se restrinja l numero de paquetes en la
subred, utilizar el control de flujo para evitar la congestin y
obstruir la entrada de datos cuando la subred est sobrecargada.
Preasignacin de tampones. Si se utilizan circuitos virtuales dentro
de la subred, es posible resolver por completo el problema de la
congestin de la manera siguiente. Cuando se establece un circuito
virtual, el paquete de solicitud de llamada sigue su camino a travs
de la subred, produciendo entradas en las tablas segn avanza. En el
momento en que llega a su destino, la ruta que deber seguir todo
l
trafico subsiguiente ya se ha determinado, as como se han hecho
entradas en las tablas de encaminamiento de todos los IMP
intermedios. Normalmente, el paquete de solicitud de llamada no
reserva ningn espacio de memoria en los IMP intermedios, sino solo
ranuras en las tablas. Sin embargo una sencilla modificacin del
algoritmo de establecimiento podra hacer que cada uno de los
paquetes de solicitud de llamada reserve, tambin, uno o ms tampones
para datos. Si llega un paquete de solicitud de llamada a un IMP y
todos los tampones fueron reservados con anticipacin, se deber
proceder a buscar otra ruta alternativa para el proceso, o bien,
devolver una seal de ocupado al extremo que llama. Aun cuando los
tampones se reserven algunos de los circuitos que aspiran a ser
circuitos virtuales pueden ser reencaminados o rechazados por falta
de espacio en la tabla, de tal forma que, reservar memorias no
agrega ningn problema adicional a los ya existentes. Al asignar
permanentemente tampones a cada uno de los circuitos virtuales en
cada IMP, siempre habr un lugar para almacenar cualquier paquete
que llegue hasta que pueda ser reexpedido. Es imposible que se
llegue a presentar congestin, por que todos los recursos necesarios
para procesar l trafico ya se han reservado. Algunas subredes lo
utilizan slo en aquellos casos en donde es primordial tener un
retardo muy pequeo y un gran ancho de banda. Descarte de
paquetes.
En lugar de reservar todos los tampones anticipadamente, no se
reserva absolutamente nada por adelantado. Si llega un paquete y no
existe un lugar disponible para colocarlo, el IMP sencillamente lo
descarta. Descartar paquetes ha voluntad puede llegar demasiado
lejos; Resultara bastante tonto. Este asentimiento le permitira al
IMP abandonar un paquete ya recibido y liberar as un tampn. Si el
IMP no cuenta con tampones disponibles, no podra recibir ningn
paquete para ver si contiene asentamientos, si la congestin tiene
que ser evitada mediante el descarte del paquete ser necesario
tener una regla para indicar cuando se deber conservar o descartar
un paquete. Irland (1978.) La idea de Irland consiste en eliminar l
numero de tampones que pueden vincularse a cualquier cola de salida
estrategia permitir que l trafico hacia otras lneas se reexpida
inmediatamente con la posibilidad de duplicar o triplicar la tasa
de salida del IMP de cualquier modo el paquete desechado se
retransmitir pronto si el sistema se encuentra bien sintonizado,
este incluso se retransmitir antes de que la cola de espera se
vaci, as que su rechazo inicial ni siquiera se notara. Una idea
relacionada con esto producida por Kamoun (1976), evita
directamente que cualquier lnea o lneas queden privadas de
informacin: en el metodo de Irland se puedan combinar con el Kamoun
distribuyendo un numero minimo y mximo detampones para cada linea.
Una forma de minimizar el ancho de banda que se desperdicia durante
la retransmisin de paquetes
descardas, consiste en descartar sistemticamente aquellos
paquetes que no hayan viajado lejos y que, por consiguiente no
representen una fuerte inversin de recursos. Control Isarritmico
con la congestin. La congestin tiene lugar cuando haya varios
paquetes en la subred. Limitar l numero de paquetes Davis (1972)
propuso el mtodo que utiliza precisamente, dicho limite el
isarritmico debido a que mantiene constante l numero de paquetes
existe premios que circulan dentro de la subred, siempre que un IMP
desee transmitir un paquete recin entregado apenas por su Hostal,
deber de capturar un permiso, que circula dentro de la subred.
Siempre que un IMP desee transmitir un paquete recin entregado
apenas por su Hostal, primero deber capturar un premio, y despus
destruirlo, cuando finalmente el IMP designa torio saca el paquete
a las subred, regenera el permiso. Estas reglas sencillas aseguran
l numero de paquetes de la subred nunca exceda l numero de permisos
que inicialmente estn presentes. IMP determinado queda sbitamente
abrumado por paquetes los permisos debern estar uniformemente
definidos no es recomendable que el transmisor tenga que andar
buscando por todas partes suficientes permisos seria conveniente
que estuvieran centralizados de tal forma que la peticin de una
cantidad considerable se pudiera cumplir con mayor rapidez. Si por
alguna razn los permisos llegan a ser distribuidos, la capacidad de
transporte de la red se reduce para siempre. Control de flujo.
Algunas redes han intentado utilizar mecanismos de control de flujo
para eliminar la congestin. En la realidad, el control de flujo no
puede llegar ha resolver fcilmente los problemas de congestin,
por l trafico de unas rfagas. Cuando varios usuarios soliciten
el pico mximo al mismo tiempo cuando el control de flujo se utiliza
como un intento para acabar con la congestin se puede aplicar al
trafico entre paredes: 1.-Procesos de Usuarios. 2.-Hostales. 3.-
IMP de origen y destino. Adems se puede restringir l numero de
circuitos virtuales abiertos. Paquetes reguladores. Lo que en la
realidad se necesita por consiguiente es : un mecanismo que se
active cuando el sistema s llege a congestionar. Hay una variable
U, asociada a cada una de las lneas, cuyo valor entre cero y uno,
refleja la utilizacin de esa lnea. Si es el caso, el IMP transmite
un paquete regulador, de vuelta al Hostal de origen, tomando el
destino del paquete mismo. El paquete se etiqueta d tal forma que
no pueda generar mas paquetes reguladores despus, y se reexpida de
manera normal cuando el hostal de origen recibe al paquete
regulador se le solicita que reduzca l trafico, enviado al destino
especificado de acuerdo a un porcentaje X. Dado que otros paquetes
dirigidos al mismo destino, quizs se encuentren ya en camino, y
podran generar todava ms paquetes reguladores, el hostal deber
ignorar los paquetes reguladores que se refieren a este destino,
durante un intervalo de tiempo fijo. Despus de que haya
experimentado ese intervalo de tiempo el Hostal estar a
tiempo para escuchar la llegada de mas paquetes reguladores
durante otro intervalo. Se han propuesto algunas variantes de este
algoritmo de control de la congestin, en una de ellas, el IMP podra
mantener dos niveles elpticos. Otra variante consiste en utilizar
las longitudes de las colas de espera, en lugar de la utilizacin de
las lneas; Como medio de disparar la seal. Bloqueos. La congestin
mxima es un bloqueo al que tambin se le conoce como
estacionamiento. El primer IMP no puede proseguir hasta que el
segundo IMP lleve a cabo una accin, y el segundo IMP tampoco puede
continuar por que esta esperando que el primero haga algo. Los dos
IMP se han bloqueados por completo y permanecern as en ese estado.
Los dos se encuentran bloqueados y ha esta funcin se le conoce como
bloqueo de almacenamiento y reenvi directo. Schweitzer(1980) en
este esquema se construye un grafo dirigido, en el cual los
tampones son los nodos del grafico, los arcos conectan a pares de
tampones localizados en el mismo IMP o en IMP adyacentes el grafo
se construye d tal manera que si todos los paquetes se mueven de un
tampn a otro, alo largo de los arcos de grafo, entonces no podran
presentarse bloqueos. Un paquete procede de un Hostal solo podr ser
admitido por la subred, si el tampn cero corresponde al IMP de
origen, esta desocupado. Solo se podr mover a un tampn etiquetado
con l numero uno, en una IMP adyacente, as sucesivamente, hasta que
alcance su destino y quede eliminado de la subred. Por alcance un
tampn queda etiquetado con la letra M, en cuyo caso se desechara
uno de los tampones se encuentra en uno de los estados posibles;
Vaci reteniendo un paquete.
Merln y Schweitzer tambin han presentado una cantidad
considerable demejoras ha estas sencillas estrategias con el objeto
de reproducir l numero de tampones necesarios para bajar el
rendimiento aunque este algoritmo evite los bloqueos por completo
tiene la desventaja, que bajo circunstancias normales, muchas
memorias se desperdician gracias a la falta de paquetes apropiados.
Adems, las lneas estarn con frecuencia inactivas. Blazewicz y sus
colaboradores (1987) a , han publicado un algoritmo completamente
diferente, con el cual se evita el bloqueo y no tiene las
propiedades mencionadas. En su algoritmo cada paquete lleva consigo
un sello de tiempo globalmente nico. Este sello contiene la fecha
en la cual se creo el paquete, localizada en los Bits de mayor
orden y en l numero de maquina que se localiza en los Bits de menor
orden. Aunque la sincronizacin de todos los relojes no es esencial,
el algoritmo tiende ha dar un mejor servicio sin embargo, cuando
los relojes no estn demasiados de sincronizados. El algoritmo
necesita que cada IMP un tampn por lnea de entrada como una memoria
de enreda especial todos los dems tampones se pueden utilizar para
enviar los paquetes en trafico, los cuales se encolan, segn el
sello de tiempo en una cola separada para cada lnea de salida.
Siempre que una lnea pase al estado inactivo, los dos IMP de sus
dos extremos intercambian paquetes de control, entregado el sello
de tiempo correspondiente al paquete ms antiguo, que desee utilizar
la lnea. Aquel que tenga el paquete ms antiguo es el que gana y ser
el paquete que se transmita. A medida que avanza el tiempo, cada
paquete llegara ha ser eventualmente, el de mayor antigedad. Y ser
entregado.
Sin embargo, aun persiste el escabroso problema de cmo evitar
que un IMP en mal 4estado provoque la cada de roda la red.
Lai(1982) presenta un catalogo exhaustivo de otros bloqueos de
redes as como sus posibles soluciones de Blazewich y sus
colaboradores (1987), Go Pal?(1985), discuten otros mtodos de
discusin de bloqueo. 5.1 Introduccin Podemos definir encaminamiento
como un proceso mediante el cual tratamos de encontrar un camino
entre dos puntos de la red: el nodo origen y el nodo destino. El
objetivo que se persigue es encontrar las mejores rutas entre pares
de nodos j-k. a) Mejor Ruta. Por mejor ruta se entiende aquella que
cumple alguna de estas condiciones: * presenta el menor retardo
medio de transito, * consigue mantener acotado el retardo entre
pares de nodos de la red (Tjk
