Rechnernetze

Routing

Rechnernetze verbinden einzelne Rechner oder auch Subnetze aus mehreren Rechnern miteinander. Sollen Daten von irgendeinem Rechner eines Rechnernetzes zu irgendeinem anderen geschickt werden, so ist ein geeigneter Weg als Folge von direkt miteinander verbundenen Rechnern zu finden, über die das Datenpaket geschickt werden kann. Solche Wege werden mittels Routingverfahren (auch Leitwegbestimmung;) ermittelt. Das ISO/OSI-Basisreferenzmodell siedelt Routingverfahren in der Vermittlungsschicht, also in der dritten Schicht, an.

Routingverfahren werden nach verschiedenen Merkmalen unterschieden.

Eine optimale Wegewahl kann bei verbesserter Dienstqualität die Betriebskosten beträchtlich verringern. Außer durch Verzögerungszeit und Kosten wird die Qualität eines Routing–Verfahrens auch durch eine geringe Störanfälligkeit (Robustheit) sowie durch die Fähigkeit bestimmt, bei einem Ausfall einer Leitung alternative Wege zu wählen. Weitere Kriterien sind die Rechenzeit und Kommunikationskosten für das Routingverfahren selbst, die teilweise nicht unerheblich sind. Viele dieser Anforderungen sind widersprüchlich, so dass in jedem Fall Kompromisse zu finden sind und man sich mit suboptimalen Ergebnissen zufrieden geben muss. Besonders schwierig ist auch die Beurteilung der Qualität bezüglich des Rechen- und Kommunikationsaufwands, der teilweise nicht unerheblich ist.

Routing-Verfahren werden in adaptive und nicht adaptive unterteilt. Adaptive Routing-Verfahren sind in der Lage, bei Bedarf (z.B. Ausfall eines Knotens, Veränderung der Belastungsverhältnisse von Leitungen) den Weg, auf dem die Daten zwischen zwei Rechner ausgetauscht werden, zu ändern. Es gibt prinzipiell drei verschiedene Arten adaptiver Algorithmen, die danach unterschieden werden, wie bzw. woher sie die Information zur Bestimmung der 'optimalen' Leitwege zwischen zwei Rechnern erhalten.

Die globalen Algorithmen erhalten ihre Entscheidungskriterien für die Wegewahl aus den verschiedenen Teilnetzen. Die lokalen (auch isolierten) Algorithmen laufen vollständig getrennt auf den einzelnen Zwischenknoten (IMP) im Netz und treffen die Entscheidungen für die Wegewahl nur aufgrund lokaler Information (z.B. Länge der Warteschlangen). Die dritte Gruppe der Algorithmen zur Wegewahl verwendet eine Kombination aus globaler und lokaler Information zur Entscheidung für die Wegewahl. Hier wird die benötigte Information in regelmäßigen Abständen zwischen allen benachbarten IMPs im Netz ausgetauscht. Aus dieser lokalen Information kann nach mehreren Übertragungen eine globale Information zur Bestimmung der Leitwege ermittelt werden.

Bei den nicht adaptiven Verfahren wird die Entscheidung über die zu verwendenden Wege aufgrund von Messungen und Schätzungen des zu erwartenden Datenverkehrs getroffen. Als Eingabewerte für diese Schätzungen dienen insbesondere die Topologie des Netzes, die aktuell gemessenen Leitungsbelastungen, die erwartete mittlere Belastung, die Übertragungsgeschwindigkeit der Leitungen und die Länge der Warteschlangen. Nachteilig ist die Unflexibilität bei einer Änderung der Betriebsverhältnisse im Rechnernetz, z.B. dem Ausfall eines Knotens, die kurzzeitige Überlastung einer Leitung oder die längerfristige Änderung der Leistungsanforderungen. Bei nicht adaptiven Algorithmen können während des laufenden Betriebs keine Anpassungen durchgeführt, so dass eine Unterbrechung des Netzbetriebs stattfinden muss, um die Steuerparameter den veränderten Verhältnissen anzupassen.

Während sich die adaptiven Verfahren also geänderten Situationen flexibel anpassen können, sind die nicht adaptiven Verfahren in der Regel stabiler und belasten das Netz nicht zusätzlich mit der Übertragung von Routinginformation. Je nach Anwendungsumgebung sollte daher den besseren Verfahren der Vorzug gegeben werden. In vielen Netzen wird heute eine Mischstrategie verfolgt: Die potentiell adaptiven Verfahren werden 'möglichst lange' unverändert belassen, und erst wenn die Situation es unbedingt erfordert, werden Änderungen bei der Wegewahl durchgeführt.