Анализ и проектирование маршрутов передачи данных в корпоративных сетях

УДК 004.7 
ББК 32.973.202 
     К70 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
зав. кафедрой «Систем автоматизированного проектирования»  
Московского государственного технического университета  
им. Н.Э. Баумана,  доктор техн. наук, профессор  И. П. Норенков;  
доктор техн. наук, профессор Московского государственного института  
электроники и математики (ТУ)  Е. А. Саксонов 
 
 
Корячко В. П., Перепелкин Д. А. 
К70        Анализ и проектирование маршрутов передачи данных 
в корпоративных сетях. – М.: Горячая линия–Телеком, 
2012. –  236 с.: ил. 

ISBN 978-5-9912-0268-8. 

В монографии анализируются технологии и особенности 
проектирования корпоративных сетей, рассматриваются математические модели и современные алгоритмы маршрутизации. 
Особое внимание уделено перспективным решениям, способствующим ускорению маршрутизации в корпоративных сетях 
и адаптации к динамическим изменениям в их структуре. 
Для специалистов в области разработки и внедрения информационных систем, администраторов корпоративных сетей, 
будет полезна студентам и аспирантам инфокоммуникационных и информационных специальностей. 
ББК 32.973.202 
 
 
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 
 
Научное издание 
 
Корячко Вячеслав Петрович 
Перепелкин Дмитрий Александрович 
 
Анализ и проектирование маршрутов передачи данных 
в корпоративных сетях 
 
 
 
Подписано в  печать 12.04.2012.  Формат 60×88/16. Усл. печ. л. 14,75.  Изд. № 12268.  Тираж 500 экз. 
ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия–Телеком» 
 
ISBN 978-5-9912-0268-8             © В. П. Корячко, Д. А. Перепелкин, 2012 
© Издательство «Горячая линия–Телеком», 2012 

Введение 
 
Важнейшим условием повышения конкурентоспособности 
российских предприятий является внедрение современных 
информационных технологий (ИТ). Для повышения качества 
продукции и услуг на предприятиях активно внедряются корпоративные информационные системы. Важнейшим звеном     
в ИТ - инфраструктуре предприятия составляют корпоративные сети, предназначенные для обеспечения взаимодействия 
различных приложений информационных систем. 
Необходимость обеспечения качественного обслуживания 
современного трафика, передаваемого через IP-сети, обусловливает высокие требования к эффективности передачи пакетов данных от отправителя к получателю. Загрузка и пропускная способность линий связи корпоративной сети динамически 
меняются, что в свою очередь, может приводить к частой   
рассылке служебной информации об изменении маршрутов. 
Задача маршрутизации в сетях решается при условии, что 
кратчайший маршрут, обеспечивающий передачу пакета за 
минимальное время, зависит от топологии сети, пропускной 
способности и нагрузки на линии связи. Топология сети изменяется в результате отказов узлов и линий связи и отчасти 
при развитии телекоммуникационной системы (подключение     
новых узлов и линий связи). Пропускная способность каналов 
связи определяется типом передающей среды и зависит от 
уровня шумов и параметров аппаратуры. Наиболее динамическим 
фактором 
является 
нагрузка 
на 
линии 
связи, 

изменяющаяся довольно быстро и в трудно прогнозируемом 
направлении. 
Для выбора оптимального маршрута каждый узел связи 
должен располагать информацией о состоянии телекоммуникационной системы в целом – всех остальных узлов и линий 
связи. Данные о текущей топологии сети и пропускной способности линий связи предоставляются узлам без затруднений. Однако нет способа для точного предсказания состояния 

В.П. Корячко, Д.А. Перепелкин 

нагрузки в сети. Поэтому при решении задачи маршрутизации 
могут использоваться данные о состоянии нагрузки, запаздывающие (из-за конечной скорости передачи информации) по 
отношению к моменту принятия решения о направлении передачи пакетов. Следовательно, во всех случаях алгоритмы 
маршрутизации выполняются в условиях неопределенности 
текущего 
и 
будущего 
состояния 
телекоммуникационной      
системы. 
Комплексное решение вышеперечисленных задач представляет 
собой 
сложную научную 
проблему, 
связанную           
с разработкой научно-обоснованных моделей, методов и алгоритмов в условии динамических изменений в структуре и нагрузках на линиях связи корпоративных сетей, обеспечивающих поддержку заданного качества обслуживания, администрирования и адаптивного управления.  
Применение новых перспективных технологий для решения задачи маршрутизации корпоративных сетей позволяет 
повысить эффективность функционирования сети и уменьшить 
затраты на ее обслуживание. 
В монографии дается определение корпоративных сетей, 
анализируются технологии и особенности проектирования 
корпоративных сетей, рассматриваются математические модели и современные алгоритмы маршрутизации. Особое внимание 
уделено 
перспективным 
решениям, 
способствующим            
ускорению маршрутизации в корпоративных сетях и адаптации к динамическим изменениям в их структуре.  
Монография предназначена для специалистов в области 
разработки и внедрения информационных систем, администраторов корпоративных сетей, будет полезна студентам и    
аспирантам 
инфокоммуникационных 
и 
информационных    
специальностей.   
 
 
 

Глава 1. Корпоративные сети 
 
1.1. Определение корпоративной сети 
Корпоративная сеть – совокупность  связанных между собой локальных сетей, охватывающих территорию, на которой 
размещено одно предприятие  или  учреждение  в  одном  или  
нескольких  близко расположенных зданиях.  
Однако, корпоративная сеть, как правило, является территориально распределенной, т.е. объединяющей офисы, подразделения и другие структуры, находящиеся на значительном 
удалении друг от друга. Принципы, по которым строится корпоративная сеть, достаточно сильно отличаются от тех, что 
используются при создании локальной сети. Это ограничение 
является принципиальным, и при проектировании корпоративной сети следует предпринимать все меры для минимизации объемов передаваемых данных. В остальном же, корпоративная сеть не должна вносить ограничений на то, какие 
именно приложения и каким образом обрабатывают переносимую по ней информацию. В настоящее время выбор структуры 
корпоративной сети осуществляется эмпирическим путем. Как 
правило, это делают специалисты, основываясь на собственном опыте. Таким образом, процесс выбора структуры корпоративной сети зависит от конкретного человека (или компании). На начальном этапе, когда число корпоративных сетей 
было невелико, такой метод выбора структуры сети был приемлем. Стремительный прогресс вычислительных и телекоммуникационных средств привел к резкому увеличению спроса 
на корпоративные сети. Отсутствие общедоступных методик и 
алгоритмов выбора структур корпоративных сетей заметно 
тормозит их развитие. Требуется системный подход к данной 
проблеме. Наличие эффективных общедоступных методик позволило бы в значительной степени сократить временные и 
стоимостные затраты на проектирование сети, сделать доступным решение этой сложной задачи более широкому кругу спе

В.П. Корячко, Д.А. Перепелкин 

циалистов, что несомненно приведет к качественному скачку в 
развитии корпоративных сетей. 
 
1.2. Особенности проектирования 
корпоративных сетей 
Основная цель проектирования корпоративных сетей состоит в том, чтобы на основании характеристик корпоративных информационных потоков предприятия, параметров потребителей и производителей информации определить состав 
аппаратно-программных средств, структуру и организацию 
корпоративной сети, которые выполняли бы основные требования к качеству информационных услуг, предоставляемых 
сетью, при заданных ограничениях на затраты при ее проектировании, внедрении и обслуживании [29]. Сетевые интеграторы и сетевые администраторы стремятся обеспечить выполнение следующих требований при проектировании корпоративной сети [20]: 
 расширяемость: возможность простой интеграции отдельных компонентов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб); 
 масштабируемость: возможность увеличения количества 
узлов и протяженности связей, а также производительности 
сетевого оборудования и узлов; 
 производительность: обеспечение требуемых значений 
параметров производительности (время реакции, скорость передачи данных, задержка передачи и вариация задержки передачи) сетевых узлов и каналов связи; 
 управляемость: обеспечение возможностей централизованного управления, мониторинга состояния сети и планирования развития сети; 
 надежность: обеспечение безотказной работы узлов сети и каналов связи, сохранности, согласованности и доставки 
данных без искажений узлу назначения; 
 безопасность: обеспечение защиты данных от несанкционированного доступа. 

Анализ и проектирование маршрутов передачи данных 
7 

Учитывая масштабность, высокую степень гетерогенности, использование глобальных связей, проектирование корпоративных сетей является трудно формализуемым процессом. 
В настоящее время отсутствуют универсальные методики проектирования корпоративных сетей. В большинстве случаев  
сетевые интеграторы при проектировании опираются на свой 
опыт 
и 
используют 
свои 
методики 
проектирования. 

Однако можно сформулировать некоторые, общие для всех 
сетевых интеграторов, типовые этапы выполнения сетевых 
проектов [27]. 
Процесс проектирования корпоративной сети состоит из 
следующих этапов представленных на рис. 1.1. 
1. Анализ требований. На этом этапе формулируются основные цели предприятия (сокращение производственного 
цикла, оперативный прием заказов, повышение производительности труда и т.д.) т.е. те цели, которые позволили бы повысить 
конкурентоспособность 
предприятия. 
Выполняется 
анализ существующих аналогичных систем, обосновывается 
необходимость в собственных проектах системы. 
2. 
Разработка 
бизнес-модели 
предприятия. 
Бизнесмодель  или функциональная модель производства описывает 
основные, административные и вспомогательные бизнеспроцессы предприятия, информационные потоки между подразделениями 
иерархические 
взаимоотношения 
между       
подразделениями, и представляет собой структурированное 
отображение функций производственной системы, среды, информации и объектов, связывающих эти функции. 
3. Разработка технической модели корпоративной сети 
(структурный синтез). Техническая модель вычислительной 
сети представляет собой совокупность технических средств, 
необходимых для реализации проекта вычислительной сети. 
На данном этапе  определяются технические параметры сети – 
полный функциональный набор необходимых аппаратных и 
программных средств, без конкретизации марок и моделей 
оборудования. Например, определяются протоколы всех уров

В.П. Корячко, Д.А. Перепелкин 

ней OSI для каждой из возможных подсетей, требуемая производительность маршрутизаторов, коммутаторов и концентраторов, характеристики среды передачи и прочие технические 
параметры сетевого оборудования. 
4. Разработка физической модели корпоративной сети 
(параметрический синтез). Физическая модель корпоративной 
сети представляет собой подробное описание технических и 
программных средств, их количества, технических параметров 
и способов взаимодействия. Таким образом, физическая модель является конкретизацией технической модели сети, в которой в соответствии с техническими параметрами, задаваемыми в технической модели, выбраны конкретные сетевые 
устройства, протоколы и прочие сетевые технические средства. Результаты выполнения данного этапа (структурная схема, 
параметры и алгоритмы функционирования сети) используются для последующего анализа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1.1. Этапы проектирования корпоративной сети 
 

 
Анализ требований 
 

 
Разработка бизнес - модели 
 

 
Разработка технической модели 
 

 
Разработка физической модели 
 

 
Моделирование и оптимизация 
 

 
Установка и наладка системы 
 

 
Тестирование системы 
 

 
Сопровождение 
и эксплуатация  системы 
 

Анализ и проектирование маршрутов передачи данных 
9 

5. Моделирование и оптимизация сети. На данном этапе 
производится моделирование с целью оценки характеристик 
функционирования вычислительной сети и их оптимизации. 
6. Установка и наладка системы. Данный этап подразумевает координирование поставок от субподрядчиков, инсталляцию и наладку оборудования, обучение персонала. 
7. Тестирование системы. На этом этапе должны проводиться приемочные испытания, оговоренные в контракте с интегратором. 
8. Сопровождение и эксплуатация системы. Этот этап не 
имеет четко определенных временных границ, а представляет 
собой непрерывный процесс. 
Таким образом, анализ этапов проектирования показывает, что проект самой корпоративной сети создается под функциональную модель предприятия. Поэтому качество управление корпоративной сетью будет влиять на качество бизнеспроцессов предприятия. 
 
1.3. Технологии корпоративных сетей 
Современные технологии, на базе которых возможна организация корпоративной сети, могут быть классифицированы 
в соответствии с методами передачи данных. В общем случае 
можно выделить три основных метода: 
 коммутация каналов; 
 коммутация сообщений; 
 коммутация пакетов. 
Первые технологии коммутации пакетов – Х.25 и IP были 
спроектированы с учетом возможности работы с каналами связи плохого качества. При улучшении качества стало возможным использовать для передачи информации такой протокол, 
как HDIC, который нашел свое место в сетях Frame Relay. 
Стремление достичь большой производительности и технической гибкости послужило толчком разработки технологии 
SMDS, возможности которой затем были расширены стандартизацией АТМ. 

В.П. Корячко, Д.А. Перепелкин 

Одним из основных параметров, по которым можно проводить сравнение технологий, являются скорость и гарантия 
доставки информации. Так технология Х.25 и АТМ гарантируют надежную доставку пакетов (последняя – с помощью протокола SSCOP), а Frame Relay и SMDS работают в режиме, когда доставка не гарантирована. Далее, технология может    
гарантировать, что данные будут поступать их получателю в 
последовательности отправления. В противном случае порядок 
должен восстанавливаться на принимающей стороне. Сети      
с коммутацией пакетов могут ориентироваться на предварительное установление соединения или просто передавать данные в сеть. В первом случае могут поддерживаться как постоянные, 
так 
и 
коммутируемые 
виртуальные 
соединения.     
Важными параметрами также являются наличие механизмов 
контроля потока данных, системы управления трафиком, механизмов обнаружения и предотвращения перегрузок. 
В конечном итоге, среди всех существующих технологий 
наиболее широкое применение при построении корпоративной 
сети нашли АТМ и IP. Подробно рассмотрим технологию IP. 
 
1.4. Технология IP 
Протокол IP является протоколом сетевого уровня, не 
ориентированным на соединения и представляющим данные 
для протоколов транспортного уровня ТСР (ориентированный 
на соединения) и UDP (не ориентированный на соединения). 
Протокол IP доставляет блоки данных (дейтаграммы) от 
одного IP-адреса к другому. IP-адрес является уникальным 32битным идентификатором сетевого интерфейса компьютера.   
В функции протокола IP входит определение маршрута для 
каждой дейтаграммы, при необходимости – сборка и разборка 
дейтаграммы на фрагменты, а также отправка источнику дейтаграммы сообщения об ошибке в случае невозможности доставки.  Средства контроля корректности данных, подтверждения их доставки, обеспечения правильного порядка следования дейтаграмм, а также функции предварительного установ