Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня Принципы маршрутизации
Задача сетевого уровня – маршрутизация, т.е. передача пакетов между двумя конечными узлами составной сети.
Перед тем, как передать пакет следующему маршрутизатору, текущий маршрутизатор должен определить, на какой из нескольких собственных портов он должен поместить данный пакет. Каждый порт идентифицируется собственным сетевым адресом. Наличие нескольких маршрутов к одному узлу делают возможным передачу трафика к этому узлу параллельно по нескольким линиям связи, что повышает пропускную способность и надежность сети.
Задача маршрутизации решается на основе анализа таблиц маршрутизации, размещенных во всех маршрутизаторах и конечных узлах сети. Для автоматического построения таблиц маршрутизации, маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии составной сети в соответствии со специальным служебным протоколом.
С помощью протоколов маршрутизации маршрутизаторы составляют карту связи той или иной степени подробности.
Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе различных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц, способами выбора наилучшего маршрута и т.д.
В соответствии с этим подходом, маршрутизация выполняется по определенной схеме, т.е. каждый маршрутизатор ответственен за выбор только одного шага маршрута, а окончательный маршрут складывается в результате работы всех маршрутизаторов, через которые проходит данный пакет. Такие алгоритмы маршрутизации – одношаговые. Делятся на 3 класса:
- алгоритмы фиксированной (статической) маршрутизации. Все записи в таблице – статические;
- алгоритмы простой маршрутизации. Таблица либо не используется, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Бывает:
— случайная маршрутизация – прибывший пакет посылается в случайном направлении, кроме исходного;
— лавинная маршрутизация – пакет широковещательно посылается ко всем возможным направления, кроме исходного;
— маршрутизация по предыдущему опыту – маршрут выбирается по таблице, которая строится по принципу моста путем анализа адресных полей пакетов, появляющихся на входных портах.
3) алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации – обеспечивают автоматическое обновление таблиц после изменения конфигурации сети.
Адресация в ip-сетях
Стек TCP/IP использует 3 типа протоколов:
Локальный – тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной интерсети. Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локальный адрес – МАС-адрес. Он назначается сетевым адаптером и сетевым интерфейсом маршрутизаторов (формат – 11-АО-17-3D-ВС-01).
IP-адреса – основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Состоят из 4 байт (109.26.17.100). IP=адрес назначается администратором и состоит из 2 частей – номера сети и номера узла.
Символьные доменные имена – строятся по иерархическому признаку. Составляющие полного символьного имени в IP-сетях разделяются точкой и перечисляются в следующем порядке: простое имя конечного узла, имя группы узлов (например, имя организации), имя более крупной группы и так до имени домена самого высокого уровня (например домена, объединяющему организации по географическому признаку) (например, base2.sales.zil.ru).
Классы IP-адресов
IP-адрес имеет длину 4 байта и записывается обычно в виде 4 чисел, представляющих значение каждого байта в десятичной форме и разделенных точками (128.10.2.30 → 10000000.00001010.00000010.00011110).
28. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня.
В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уровня входит решение следующих задач:
- передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;
- выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;
- согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.
Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах-маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением. Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью(internetwork илиinternet). Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями(subnet), составляющими сетями или просто сетями (рис. 5.1). Рис 5.1.Архитектура составной сети Подсети соединяются между собой маршрутизаторами. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети на рисунке не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть, показанную на рисунке, входит несколько сетей разных технологий: локальные сети Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и глобальные сети frame relay, X.25, ISDN. Каждая из этих технологий достаточна для того, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям, например между узлом А и узлом В на рис. 5.1. Следовательно, для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов этой «большой» составной сети требуются дополнительные средства. Такие средства и предоставляет сетевой уровень. Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Хотя многие технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и др.) используют одну и ту же систему адресации узлов на основе МАС-адресов, существует немало технологий (X.25, ATM, frame relay), в которых применяются другие схемы адресации. Адреса, присвоенные узлам в соответствии с технологиями подсетей, называют локальными. Чтобы сетевой уровень мог выполнить свою задачу, ему необходима собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволила бы на сетевом уровне универсальным и однозначным способами идентифицировать любой узел составной сети. Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла. В качестве номера узла может выступать либо локальный адрес этого узла (такая схема принята в стеке IPX/SPX), либо некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно идентифицирует узел в пределах данной подсети. В первом случае сетевой адрес становится зависимым от локальных технологий, что ограничивает его применение. Например, сетевые адреса IPX/SPX рассчитаны на работу в составных сетях, объединяющих сети, в которых используются только МАС-адреса или адреса аналогичного формата. Второй подход более универсален, он характерен для стека TCP/IP. И в том и другом случае каждый узел составной сети имеет наряду со своим локальным адресом еще один — универсальный сетевой адрес. Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть, и несет наряду с другой служебной информацией данные о номере сети, которой предназначается этот пакет. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями. При передаче пакета из одной подсети в другую пакет сетевого уровня, инкапсулированный в прибывший канальный кадр первой подсети, освобождается от заголовков этого кадра и окружается заголовками кадра канального уровня следующей подсети. Информацией, на основе которой делается эта замена, являются служебные поля пакета сетевого уровня. В поле адреса назначения нового кадра указывается локальный адрес следующего маршрутизатора. Основным полем заголовка сетевого уровня является номер сети-адресата. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, в том числе альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты и коммутаторы. Кроме номера сети заголовок сетевого уровня должен содержать и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
- номер фрагмента пакета, необходимый для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами пакетов;
- время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения «заблудившихся» пакетов;
- качество услуги — критерий выбора маршрута при межсетевых передачах — например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно, в ущерб времени доставки.
Когда две или более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking).