Лекция (б). Создание больших сетей. Маршрутизаторы и шлюзы Маршрутизаторы
В среде, объединяющей несколько сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами, мосты не всегда гарантируют быструю связь между всеми сегментами. Для такой сложной сети необходимо устройство, которое не только знает адрес каждого сегмента, но и определяет наилучший маршрут для передачи данных и фильтрует широковещательные сообщения. Такое устройство называется маршрутизатором.
Маршрутизаторы (routers) работают на Сетевом уровне модели OSI. Это значит, что они могут переадресовывать и маршрутизировать пакеты через множество сетей, обмениваясь информацией (которая зависит от протокола) между раздельными сетями. Маршрутизаторы считывают в пакете адресную информацию сложной сети и поскольку они функционируют на более высоком по сравнению с мостами уровне модели OSI, имеют доступ к дополнительным данным.
Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции мостов:
- фильтровать и изолировать трафик;
- соединять сегменты сети.
Однако маршрутизаторам доступно больше информации, чем мостам, и они используют ее для оптимизации доставки пакетов. В сложных сетях без применения маршрутизаторов обойтись трудно, так как они обеспечивают лучшее (по сравнению мостами) управление трафиком и не пропускают широковещательных сообщений. Маршрутизаторы могут совместно использовать данные о состоянии маршрутов и, основываясь на этой информации, обходить медленные или неисправные каналы связи. Принцип работы Таблица маршрутизации, которая находится в маршрутизаторах, содержит сетевые адреса. Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица. Таблица помогает маршрутизатору определить адреса назначения для поступающих данных. Она включает следующую информацию:
- все известные сетевые адреса;
- способы связи с другими сетями;
- возможные пути между маршрутизаторами;
- стоимость передачи данных по этим путям.
Маршрутизатор выбирает наилучший маршрут для данных, сравнивая стоимость доступность различных вариантов. Примечание. Помните, что таблицы маршрутизации существуют и для мостов. Таблица маршрутизации моста содержит адреса подуровня Управления доступом к среде, тогда как таблица маршрутизации маршрутизатора содержит номера сетей. Поэтому термин «таблица маршрутизации» имеет разный смысл для мостов и для маршрутизаторов. Маршрутизаторы требуют специальной адресации: им понятны только номера сетей (что объясняет их обращение друг к другу) и адреса локальных плат адаптера. К удаленным компьютерам маршрутизаторы обращаться не могут- Рис. Маршрутизаторы взаимодействуют с другими маршрутизаторами,aне с удаленными компьютерами Маршрутизатор, принимая пакеты, предназначенные для удаленной сети, пересылает их тому маршрутизатору, который обслуживает сеть назначения. В некотором смысле это достоинство, потому что маршрутизаторы могут:
- сегментировать большие сети на меньшие;
- действовать как барьер безопасности между сегментами;
- предотвращать избыток широковещательных сообщений (такие сообщения не передаются).
Так как маршрутизаторы должны выполнять сложную обработку каждого пакета, они медленнее большинства мостов. Маршрутизаторы могут направлять пакеты из сети TCP/IP Ethernet серверу в сети TCP/IP Token Ring. Воспринимая только адресованные сетевые пакеты, маршрутизаторы будут препятствовать проникновению в сеть некорректных пакетов. Таким образом, маршрутизаторы уменьшают нагрузку на сеть. Адрес узла назначения маршрутизаторы не проверяют; они «смотрят» только на адрес сети. Маршрутизаторы будут пропускать информацию только в том случае, если известен адрес сети. Эта возможность — контролировать данные, передаваемые через маршрутизатор, — позволяет уменьшить трафик между сетями и использовать эти связи эффективнее, чем это делают мосты. Выбор маршрутов В отличие от мостов, маршрутизаторы могут не только использовать несколько активных маршрутов между сегментами сети, но и выбирать между ними. Поскольку маршрутизаторы способны соединить сегменты с абсолютно разными схемами упаковки данных и доступа к носителю, им часто будут доступны несколько путей. Это значит, что, если какой-нибудь маршрутизатор «откажется» работать, данные все равно будут передаваться по другим маршрутам. Маршрутизатор может «прослушивать» сеть и определять, какие ее части сильнее загружены. Он устанавливает также количество транзитов между сегментами сети. Используя эту информацию, маршрутизатор выбирает маршрут передачи данных. Если один путь перегружен, он укажет альтернативный. Подобно мостам, маршрутизаторы строят таблицы маршрутизации и используют их в алгоритмах маршрутизации (routing algorithm). Типы маршрутизаторов Маршрутизаторы подразделяются на два основных типа.
- Статические (static).
Статические маршрутизаторы требуют, чтобы администратор вручную создал и сконфигурировал таблицу маршрутизации, а также указал каждый маршрут.
- Динамические (dynamic).
Динамические маршрутизаторы автоматически определяют маршруты и поэтому требуют минимальной настройки и конфигурирования. Они сложнее статических, так как анализируют информацию от других маршрутизаторов и для каждого пакета принимают отдельное решение о маршруте передачи через сеть. Заключение Запомните главные характеристики мостов и маршрутизаторов. Они помогут Вам различать эти устройства, а в конкретной ситуации одному из них отдавать предпочтение.
- Мост распознает только локальные адреса подуровня Управления доступом к среде (адреса плат сетевого адаптера компьютеров в подключенных к нему сегментах).
- Марщрутизаторы распознают адреса сетей.
- Мост распространяет пакеты с неизвестным ему адресом получателя по всем направлениям, а все пакеты с известным адресом передает только через соответствующий порт.
- Маршрутизатор работает только с маршрутизируемыми протоколами.
- Маршрутизатор фильтрует адреса. Пакеты определенных протоколов он передаст по определенным адресам (другим маршрутизаторам).
Мосты-маршрутизаторы Мocт-маршрутизатор (brouter), о чем и говорит его название, соединил лучшие свойства моста и маршрутизатора. Мост-маршрутизатор для одних протоколов может действовать как маршрутизатор, а для других — как мост. Мосты-маршрутизаторы могут выполнять следующие функции:
- маршрутизировать отдельные маршрутизируемые протоколы;
- функционировать как мост для немаршрутизируемых протоколов;
- обеспечивать более экономичное и более управляемое взаимодействие сетей по сравнению с раздельными мостами и маршрутизаторами.
Резюме Маршрутизаторы объединяют сети и обеспечивают фильтрацию пакетов. Они также определяют наилучший маршрут для передачи данных. Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI. Используйте маршрутизаторы, чтобы:
- соединить две сети и ограничить трафик;
- разделить административные участки сетей.
Если Вы решили применять маршрутизаторы, убедитесь, что в сети не используются немаршрутизируемые протоколы. Шлюзы Шлюзы (gateways) обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Они переупаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать данные других сред. В частности, шлюз переупаковывает информацию в соответствии с требованиями системы назначения; изменяет формат сообщения, чтобы прикладная программа на принимающей стороне могла распознать данные. Например, шлюзы электронной почты (такие, как Х.400) принимают сообщение в одном формате, транслируют его и пересылают в формате Х.400, используемом получателем, и наоборот. Шлюз связывает две системы, которые используют разные:
- коммуникационные протоколы;
- структуры и форматы данных;
- языки;
- архитектуры.
Шлюзы связывают гетерогенные сети, например Microsoft Windows NT Server с SNA (Systems Network Architecture фирмы IBM). Они изменяют формат данных, чтобы делать их понятными прикладной программе на принимающей стороне. Принцип работы Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа задач, т. е. для конкретного типа преобразования данных. Часто они и называются в соответствии с типом специализации (например, Windows NT Server To SNA Gateway). Шлюз принимает данные из одной среды, удаляет старый протокольный стек и переупаковывает их в протокольный стек системы назначения. Обрабатывая данные, шлюз выполняет следующие операции:
- извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей сети;
- заново упаковывает полученные данные, пропуская их сверху вниз через стек протоколов сети назначения.
Главное назначение шлюзов осуществлять связь между персональными компьютерами и средой мэйнфреймов или мини-компьютеров. Шлюз соединяет локальную сеть персональных компьютеров с мэйнфреймами или системами мини-компьютеров, которые не могут непосредственно взаимодействовать с персональными компьютерами. Обычно роль шлюзов в сети выполняют выделенные серверы. При этом может быть задействована значительная часть мощности сервера, потому что решаются такие ресурсоемкие задачи, как преобразование протоколов. Если сервер-шлюз используется и для других целей, необходимо установить на нем адекватный объем оперативной памяти и мощный центральный процессор. Резюме Шлюзы осуществляют преобразование протоколов и данных. Они имеют некоторые ограничения:
- предназначены для выполнения одной конкретной задачи;
- могут работать с низкой производительностью;
- стоимость шлюзов достаточно велика.
Используйте шлюзы, если необходимо установить связь между различными средами.