Конспект по дисциплине Телекоммуникации на тему «Маршрутизатор»
В сложных сетях для соединения подсетей друг с другом недостаточно иметь мосты и коммутаторы . Причинами этого являются следующие особенности сложных разветвленных сетей.
Во-первых, в таких сетях, как правило, имеется по несколько альтернативных маршрутов между различными подсетями или, другими словами, в топологии сети имеются контура (петли). В такой ситуации мосты и коммутаторы эффективно работать не могут.
Во-вторых, не во всех сетях на канальном уровне используется одна и та же структура кадров и система MAC-адресов , следовательно, необходимо согласование структур и адресов, на что мосты и коммутаторы не рассчитаны. В частности, они не могут выполнять фрагментацию кадров, следовательно, максимально допустимые размеры кадров в соединяемых сетях должны совпадать.
В-третьих, сети с коммутаторами и мостами подвержены широковещательному шторму .
Решение возникающих на сетевом уровне проблем основано на рассмотренной выше концепции сетевых адресов и на использовании маршрутизаторов.
Маршрутизатор (router) — блок взаимодействия , служащий для выбора маршрута передачи данных в разветвленных сетях, каковыми является большинство корпоративных и территориальных сетей . С помощью маршрутизаторов могут согласовываться не только канальные протоколы, как это обычно имеет место при применении мостов, но и сетевые протоколы. Маршрутизаторы содержат таблицы маршрутизации и реализуют протоколы (методы) маршрутизации в отличие от коммутаторов, которые могут содержать лишь локальные таблицы соответствия IP-адресов физическим MAC-адресам сетевых контроллеров . С помощью маршрутизаторов могут создаваться сети с контурами (с более чем одним вариантом связи двух узлов), что позволяет оптимизировать маршруты передачи данных. Маршрутизатор оперирует сетевыми адресами и таблицами маршрутизации, обрабатывает информацию о состоянии сети и определяет оптимальный маршрут движения пакетов в соответствии с методами маршрутизации.
В то же время коммутатор лишь определяет, на какой из своих портов нужно направить пришедший пакет. Определение нужного порта происходит по имеющейся в коммутаторе таблице соответствия MAC-адресов и портов. Но следует помнить, что использование коммутаторов вместо маршрутизаторов там, где это возможно, позволяет существенно повысить пропускную способность сети.
Для маршрутизаторов характерны следующие типичные действия по отношению к поступающим кадрам (рис. 1). Вначале из кадра извлекается пакет путем отбрасывания заголовка канального уровня. Далее возможна проверка контрольной суммы и времени жизни пакета; его ликвидация, если не выполнены соответствующие условия; определение маршрута по алгоритму маршрутизации и данным о состоянии сети, представленным в таблице маршрутизации; передача пакета на выходной порт с добавлением к нему заголовка канального уровня, соответствующего сети, к которой относится следующий маршрутизатор.
Рис. 1. Операции над пакетом в маршрутизаторе
Маршрутизатор обычно имеет несколько портов, центральный процессор, контроллеры и буферные накопители портов. Контроллеры портов, получая адрес назначения поступившего пакета, определяют значения критерия оптимальности, учитывающие расстояния до адресата, и передают эти значения в центральный процессор, который принимает решение о передаче пакета в буфер того выходного порта, которому соответствует наименьшее значение критерия оптимальности. Контроллер этого порта отправляет пакет в сеть, присоединяя к пакету заголовок канального уровня этой сети.
В начале работы сети и в дальнейшем с определенной периодичностью маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией, на основе которой формируются таблицы маршрутизации. Информация передается волнообразно, и в больших сетях обновление таблиц может происходить медленно. Для устранения этого недостатка сеть разбивают на части (области OSPF) и обмен информацией происходит только внутри частей. При этом уменьшаются также размеры таблиц маршрутизации. Между собой части связаны через пограничные маршрутизаторы , работающие по типу мостов.
Шлюз (gateway) — блок взаимодействия , служащий для соединения информационных сетей различной архитектуры и с неодинаковыми протоколами . В шлюзах предусматривается согласование протоколов всех семи уровней ЭМВОС . Примерами шлюзов могут быть устройства, соединяющие ЛВС типа Ethernet с сетью SNA, используемой для связи больших машин фирмы IBM. Часто под шлюзом понимают сервер, имеющий единственный внешний канал передачи данных .
Совокупность сетей, объединенных единым административным управлением, называют автономной системой (AS — Autonomous System). Связь одной AS с другими осуществляется через маршрутизатор или шлюз. Такой маршрутизатор называют пограничным. В качестве AS можно рассматривать и более сложную совокупность связанных AS, если эта совокупность имеет выход во внешние сети опять же через пограничный маршрутизатор (шлюз). Из сказанного следует, что структура глобальных сетей является иерархической.
К блокам взаимодействия относят также модемы , ATM-конверторы, преобразующие ATM-поток в пакеты промежуточных сетей (например, E3/T3), многопротокольные переключатели (например, из X.25 в Frame Relay и обратно), мультиплексоры и демультиплексоры — устройства для преобразования сообщений в кадры TDM (временное мультиплексирование) и обратно и др.
Сетевое коммутационное оборудование
Узлы в средах передачи данных, выполняющие функции связи между частями сложной сети (internetworking), составляют сетевое (коммутационное) оборудование. В сетевое оборудование входят повторители, мосты, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы, модемы и др.
Повторитель (repeater ) — блок взаимодействия, служащий для регенерации электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС. Повторители используются в случае, если реализация ЛВС на одном сегменте кабеля (отрезке, моноканале) не допускается из-за ограничений на расстояние или на число узлов, причем при условии, что в соседних сегментах используются один и тот же метод доступа и одни и те же протоколы. Трафик в сегментах, соединенных повторителем, — общий. Повторитель может быть многопортовым. Сигнал, пришедший на один из портов, повторяется на всех остальных портах.
Концентраторы предназначены для объединения в сеть многих узлов. Так, концентраторами являются хабы в сетях 10Base-T или Token Ring. Однако такие концентраторы подобно повторителям создают общую среду передачи данных без разделения трафика.
Мост (bridge) — блок взаимодействия, служащий для соединения разных подсетей, которые могут иметь неодинаковые канальные протоколы.
При малых расстояниях между подсетями связь возможна через серверыподсетей, в которых размещаются интерфейсные платы, называемые внутренними мостами, и соответствующее сетевое программное обеспечение. Возможно применение внешних мостов — специально выделяемых узлов для целей сопряжения по одному в каждой из соединяемых подсетей. Внешние мосты обходятся дороже, но обеспечивают лучшие эксплуатационные характеристики. Важная функция мостов — ограничение трафика, так как локальный трафик одной подсети замыкается в ней, не проходя в другую подсеть.
Обычно мост имеет два порта, хотя существуют и многопортовые мосты. Каждый порт может оказаться входным или выходным.
Коммутаторы в отличие от концентраторов предназначены для объединения в сеть многих узлов или подсетей с разделением трафика между подсетями. Как и в мостах, пакеты передаются только в ту подсеть, для которой они предназначены, что уменьшает общую загрузку сети. Но в отличие от многопортового моста в коммутаторе возможно одновременно иметь много соединений, т. е. обеспечивается параллельная передача сообщений. Коммутаторы используют также для связи нескольких ЛВС с территориальной сетью.
Маршрутизатор (router ) — блок взаимодействия, служащий для выбора маршрута передачи данных в корпоративных и территориальных сетях. С помощью маршрутизаторов могут согласовываться не только канальные протоколы, как это имеет место при применении мостов, но и сетевые протоколы. Маршрутизаторы содержат таблицы и протоколы маршрутизации в отличие от других узлов, которые могут содержать лишь локальные таблицы соответствия IP-адресов физическим адресам сетевых контроллеров в локальной сети. Маршрутизаторы могут фильтровать пакеты в соответствии с признаками, отраженными в заголовке пакета, т. е. выполнять роль брандмауэра — устройства, защищающего сеть от нежелательных вторжений извне.
Использование коммутаторов вместо маршрутизаторов (там, где это возможно) позволяет существенно повысить пропускную способность сети.
Шлюз (gateway — межсетевой преобразователь ) — блок взаимодействия, служащий для соединения информационных сетей различной архитектуры и с неодинаковыми протоколами. В шлюзах предусмотрено согласование протоколов всех семи уровней ЭМВОС. Примерами шлюзов могут быть устройства, соединяющие ЛВС типа Ethernet с сетью SNA, используемой для связи больших машин фирмы IBM. Часто под шлюзом понимают сервер, имеющий единственный внешний канал передачи данных.
Упражнения и вопросы для самоконтроля
1.Поясните состав и назначение устройств графической рабочей станции.
2.Что такое «растеризация» и «векторизация»?
3.Что такое «промышленный компьютер»? Каковы его особенности?
4.Дайте сравнительную характеристику методов коммутации каналов и коммутации пакетов.
5.В чем заключается сущность методов временного (TDM) и частотного (FDM) разделения каналов?
6.Почему в МДКН/ОК повторные попытки захвата линии разрешаются через случайные интервалы времени?
7.Рассчитайте размер окна столкновений в сети 10Base-5, если линия передачи данных представлена одним сегментом кабеля длиной 500 м.
9.В чем сущность метода предотвращения конфликтов в RadioEthernet?
10. Почему способ кодирования 4b/5b или 8b/10b позволяет увеличить информационную скорость передачи данных?
11. Каким образом реализуется приоритетная передача данных в сети Token Ring?
12. Почему в сетях Ethernet введено ограничение на размер кадра снизу? Рассчитайте нижнюю границу длины кадра для Gigabit Ethernet.
13. Какой может быть максимальная информационная скорость в канале передачи данных с полосой пропускания 4 кГц и отношением сигнал—помеха 130?
14. В чем заключаются преимущества перевода системы сотовой связи в более высокочастотный диапазон?
15. Рассчитайте задержку при передаче сигнала в спутниковых системах с использованием геостационарных орбит (высота спутника 36 тыс. км).
16. Сколько телефонных разговоров одновременно можно передавать по каналу Т1?
17. Поясните, как действует схема эхо-компенсации.
18. Каким образом выполняется контроль правильности передачи данных по протоколу TCP?
19. Почему в IP-пакете имеется контрольный код заголовка, а не всего пакета?
20. Что такое «менеджеры» и «агенты» в сетевом программном обеспечении?
21. Назовите факторы, обусловливающие высокие скорости передачи данных в сетях ATM.
22. Что такое «маршрутизация от источника»?
23. Что понимают под виртуальной ЛВС?
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: