Принципы маршрутизации.
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами.
Маршрут – это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Задачу выбора маршрута решают маршрутизаторы и конечные узлы на основе имеющейся у них информации о текущей конфигурации сети, а также критерия выбора маршрута. В качестве критерия может выступать задержка прохождения маршрута отдельным пакетом, средняя пропускная способность маршрута или количество пройденных промежуточных маршрутизаторов (хопов).
Чтобы по адресу назначения выбрать рациональный маршрут следования пакета, каждый конечный узел и маршрутизатор анализирует специальную информационную структуру, называющуюся таблица маршрутизации.
Упрощенный вид таблицы маршрутизации.
Сетевой адрес следующего маршрутизатора
Сетевой адрес выходного порта
Расстояние до сети назначения
Примеры таблиц маршрутизации.
Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, номер сети назначения, извлеченный из заголовка пакета, последовательно сравнивается с номерами сетей из каждой строки таблицы. Строка с совпавшим номером сети указывает, с какого порта и на какой ближайший маршрутизатор следует направить пакет.
В больших составных сетях количество подсетей может быть очень велико. Если в таблице маршрутизации будут записи обо всех сетях входящих в составную сеть, то размер таблицы может оказаться очень большим, что повлияет на время ее просмотра, потребует много места для ее хранения и т.д. Поэтому на практике число записей в таблице стараются уменьшить за счет использования специальной записи – «маршрутизатора по умолчанию» (default).
Конечные узлы часто вообще работают без таблицы маршрутизации, имея сведения только об адресе маршрутизатора по умолчанию.
Некоторые реализации сетевых протоколов допускают наличие в таблице маршрутизации нескольких строк, соответствующих одному и тому же адресу сети. В этом случае учитывается критерий выбора маршрута. При использовании нескольких критериев (если маршрутизатор поддерживает несколько классов сервиса пакетов), таблица маршрутов составляется и применяется отдельно для каждого вида критерия.
Наличие нескольких маршрутов к одному узлу делают возможным передачу трафика к этому узлу параллельно по нескольким каналам связи, это повышает пропускную способность и надежность сети.
С маршрутизаторами работают не все протоколы. Протоколы, работающие с маршрутизаторами, называются маршрутизируемыми. К ним относятся протоколы: IP, IPX, OSI, DDR (Apple Talk) и др. К немаршрутизируемым протоколам относятся NetBEUI, LAT и др.
Мост-маршрутизатор (brouter) – соединяет в себе свойства моста и маршрутизатора. Мост-маршрутизатор для одних протоколов (маршрутизируемых) может действовать как маршрутизатор, а для других (немаршрутизируемых) как мост.
Функции маршрутизатора.
Функции маршрутизатора могут быть разбиты на три уровня:
- Уровень интерфейсов – обеспечивает физический интерфейс со средой передачи. Часто предусматривают наборы из различных физических интерфейсов с соответствующими протоколами канального уровня. Протоколы физического и канального уровня принимают кадры, извлекают из поля данных кадра пакеты и передают их модулю сетевого протокола.
- Уровень сетевого протокола – извлекает из пакета заголовок сетевого уровня и анализирует его содержимое. Сетевой уровень осуществляет фильтрацию трафика и определение маршрута пакета. После определения сетевого адреса следующего маршрутизатора производится преобразование его в локальный адрес технологии сети, в которой находится этот маршрутизатор, и пакет передается вниз канальному уровню того порта, через который нужно отправить пакет. Канальный уровень упаковывает пакет в кадр соответствующего формата и отправляет в сеть.
- Уровень протоколов маршрутизации – занимается построением и поддержкой таблицы маршрутизации.
Кроме основной функции – маршрутизации пакетов, маршрутизатор может реализовывать дополнительные функции:
- Фрагментация пакетов – большие пакеты могут разбиваться на несколько меньших, если максимальный размер кадра в сети не позволяет поместить в него пакет целиком.
- Барьер безопасности между сетями – маршрутизаторы могут фильтровать и изолировать трафик на основе информации сетевого уровня.
- Защита от широковещательного шторма – широковещательные сообщения передаются только в ту подсеть, в которою они адресованы, и не передаются в остальные подсети.
- Поддержка избыточных связей – сети, соединенные маршрутизаторами, могут иметь любую физическую структуру с петлями и резервными связями. Наличие избыточных связей повышает надежность сети.
27. Принципы маршрутизации. Маршрутизаторы.
Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация — передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети.
Рассмотрим принципы маршрутизации на примере составной сети, изображенной на рис. 5.2. В этой сети 20 маршрутизаторов объединяют 18 сетей в общую сеть; S1, S2, . , S20 — это номера сетей. Маршрутизаторы имеют по нескольку портов (по крайней мере, по два), к которым присоединяются сети. Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он имеет собственный сетевой адрес и собственный локальный адрес в той подсети, которая к нему подключена. Например, маршрутизатор под номером 1 имеет три порта, к которым подключены сети S1, S2, S3. На рисунке сетевые адреса этих портов обозначены как М1(1), М1(2) и М1(3). Порт М1(1) имеет локальный адрес в сети с номером S1, порт М1(2) — в сети S2, а порт М1(3) — в сети S3. В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Маршрут — это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения. Так, пакет, отправленный из узла А в узел В, может пройти через маршрутизаторы 17, 12, 5, 4 и 1 или маршрутизаторы 17, 13, 7, 6 и 3. Нетрудно найти еще несколько маршрутов между узлами А и В.
Принципы маршрутизации в составной сети
Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети, а также на основании указанного критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает задержка прохождения маршрута отдельным пакетом или средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов. Часто также используется весьма простой критерий, учитывающий только количество пройденных в маршруте промежуточных маршрутизаторов (хопов).
Чтобы по адресу сети назначения можно было бы выбрать рациональный маршрут дальнейшего следования пакета, каждый конечный узел и маршрутизатор таблицу маршрутизации.
Таблица маршрутизации маршрутизатора 4
Номер сети назначения
Сетевой адрес следующего маршрутизатора
Сетевой адрес выходного порта
Расстояние до сети назначения
Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, номер сети назначения, извлеченный из поступившего кадра, последовательно сравнивается с номерами сетей из каждой строки таблицы. Строка с совпавшим номером сети указывает, на какой ближайший маршрутизатор следует направить пакет. Например, если на какой-либо порт маршрутизатора 4 поступает пакет, адресованный в сеть S6, то из таблицы маршрутизации следует, что адрес следующего маршрутизатора — М2(1), то есть очередным этапом движения данного пакета будет движение к порту 1 маршрутизатора 2.
Перед тем как передать пакет следующему маршрутизатору, текущий маршрутизатор должен определить, на какой из нескольких собственных портов он должен поместить данный пакет. Для этого служит третий столбец таблицы маршрутизации.
Некоторые реализации сетевых протоколов допускают наличие в таблице маршрутизации сразу нескольких строк, соответствующих одному и тому же адресу сети назначения. В этом случае при выборе маршрута принимается во внимание столбец «Расстояние до сети назначения». При этом под расстоянием понимается любая метрика, используемая в соответствии с заданным в сетевом пакете критерием (часто называемым классом сервиса).
Задачу маршрутизации решают не только промежуточные узлы-маршрутизаторы, но и конечные узлы — компьютеры. Средства сетевого уровня, установленные на конечном узле, при обработке пакета должны, прежде всего, определить, направляется ли он в другую сеть или адресован какому-нибудь узлу данной сети. Если номер сети назначения совпадает с номером данной сети, то для данного пакета не требуется решать задачу маршрутизации. Если же номера сетей отправления и назначения не совпадают, то маршрутизация нужна. Таблицы маршрутизации конечных узлов полностью аналогичны таблицам маршрутизации, хранящимся на маршрутизаторах.
Основная функция маршрутизатора — чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту (например, IPX, IP, AppleTalk или DECnet), и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла.
Функции маршрутизатора могут быть разбиты на 3 группы, в соответствии с уровнями модели OSI смотри рисунок.
2 Принципы маршрутизации
2.1.1 Маршрутизируемые и маршрутизирующие протоколы
Протокол IP является маршрутизируемым протоколом сети Internet. Пакеты маршрутизируются по оптимальному пути от сети отправителя к сети получателю на основе уникальных идентификаторов – IP адресов. Схожее звучание, особенно в английском написании, двух терминов «маршрутизируемый протокол» (routed protocol) и «маршрутизирующий протокол» (routing protocol) нередко приводит к путанице. Стоит дать определения каждому термину. Маршрутизируемый протокол – это любой сетевой протокол, адрес сетевого уровня которого предоставляет достаточное количество информации для доставки пакета от одного сетевого узла другому на основе используемой схемы адресации. Примеры маршрутизируемых протоколов приведены на рисунке 2.1. В их число входят: – Internet протокол (IP); – протокол межсетевого пакетного обмена (Internetwork Packet exchange – IPX); – протокол AppleTalk (коммуникационный протокол компании Apple); – протокол DECnet (коммуникационный протокол компании DEC).
| IPX 123.00e0.1efc.0b01 | AppleTalk 100 .119 |
Token Ring DECnet 19.15 IP 15.17.42.8 DECnet 3.33
| AppleTalk 1.129 | IP 15.16.42.8 |
Рисунок 2.1 – Маршрутизируемые протоколы
Маршрутизирующий протокол (протокол маршрутизации) – это протокол, который поддерживает маршрутизируемые протоколы и предоставляет механизмы обмена маршрутной информацией. Протокол маршрутизации позволяет маршрутизаторам обмениваться информацией друг с другом для обновления записей и поддержки таблиц маршрутизации. Протоколы маршрутизации это протоколы обмена маршрутной информацией. Примеры протоколов маршрутизации стека TCP/IP: – протокол маршрутной информации (Routing Information Protocol – RIP) – усовершенствованный протокол маршрутизации внутреннего шлюза (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol – EIGRP); – открытый протокол предпочтения кратчайшего пути (Open Shortest Path First –OSPF). Основываясь на этих двух определениях можно дать определение маршрутизации. Маршрутизация – это процесс, при котором осуществляется передача пакетов маршрутизируемого протокола, при помощи протокола маршрутизации от логического отправителя логическому получателю. Маршрутизация является функцией третьего уровня модели OSI. Она основана на иерархической схеме, которая позволяет группировать отдельные адреса и работать с группами как с единым целым до тех пор, пока не потребуется установить индивидуальный адрес для окончательной доставки данных (Рисунок 2.2). Рисунок 2.2 – Принцип работы протокола сетевого уровня
2.1.2 Основные функции маршрутизаторов
Основным устройством, отвечающим за осуществления процесса маршрутизации, является маршрутизатор. Маршрутизатор выполняет две ключевые функции: – Маршрутизация – поддержание таблицы маршрутизации и обмен информацией об изменениях в топологии сети с другими маршрутизаторами. Эта функция реализуется с помощью одного или нескольких протоколов маршрутизации либо при помощи статически настроенных таблиц маршрутизации. – Коммутация – перенаправление пакетов с входного интерфейса маршрутизатора на выходной интерфейс в зависимости от таблицы маршрутизации. При необходимости маршрутизатор может произвести переупаковку IP пакета из одного вида пакетов канального уровня в другой. В настоящее время из-за распространения технологии Ethernet на магистральные каналы передачи данных, в которых в качестве физического физической среды используется оптоволоконный кабель, широкое распространение получили коммутаторы третьего уровня. Такие коммутаторы, так же как и маршрутизаторы строят таблицы маршрутизации и на их основе осуществляют маршрутизацию сетевого трафика. Необходимо понимать, что в механизме коммутации пакетов маршрутизатором и коммутатором третьего уровня есть серьезные различия. На рисунке 2.3 приводится пример сетей, для маршрутизации в которых используются маршрутизаторы и коммутаторы третьего уровня.