Функции сетевого уровня.
В функции сетевого уровня входит решение следующих задач:
1. Передача пакетов между конечными узлами в составных сетях. Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Составная сеть (Интернет) – это совокупность нескольких сетей, называемых также подсетями (subnet), которые соединяются между собой маршрутизаторами.
2. Выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию.
3. Согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям.
4. На сетевом уровне выполняется одна из важнейших функций маршрутизатора – фильтрация трафика. Маршрутизаторы позволяют администраторам задавать разные правила фильтрации. Например, запретить прохождение в корпоративную сеть всех пакетов, кроме пакетов, поступающих из подсетей этого же предприятия. Фильтрация в данном случае происходит по сетевым адресам. Программное обеспечение маршрутизатора может реализовать различные дисциплины обслуживания очередей пакетов, а так же различные варианты приоритетного обслуживания.
5.На сетевом уровне проверяется контрольная сумма, и если пакет пришел поврежденным, то он отбрасывается (сетевой уровень коррекцией ошибок не занимается). Так же проверяется время жизни пакета – не превышает ли оно допустимой величины (если превысило – то пакет отбрасывается).
Принципы маршрутизации.
Сетевой уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является более рациональным.
Маршрут – это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения. В сложных составных сетях почти всегда существуют несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрута решают как конечные узлы – компьютеры так и промежуточные узлы – маршрутизаторы на основе таблиц маршрутизации. Маршрутизаторы обычно автоматически создают таблицы маршрутизации, обмениваясь служебной информацией; для конечных узлов таблицы маршрутизации часто создаются вручную администраторами и хранятся виде постоянных файлов на дисках. Маршрутизаторы имеют по несколько портов для подключения сетей, каждый порт маршрутизатора имеет свой собственный сетевой адрес и свой собственный локальный адрес. Если маршрутизатор имеет блок управления, то этот блок имеет свой собственный адрес, по которому к нему обращается центральная станция управления, находящаяся где — то в составной сети.
С помощью протоколов маршрутизации маршрутизаторы составляют карту связей той или иной степени подробности. На основании этой информации для каждого номера сети принимается решение о том, какому следующему маршрутизатору надо передать пакеты, направляемые в эту сеть, чтобы маршрут оказался рациональным. Результаты этих решений заносятся в таблицу маршрутизации.
К протоколам маршрутизации относятся такие протоколы как RIP, OSPF, протокол BGP; протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP.
Крупные сети разбиваются на автономные системы, автономные системы – это сети, присоединенные к магистрали, имеющие свое собственное административное управление и собственные протоколы маршрутизации.
Протоколы маршрутизации делятся на внешние и внутренние. Внешние протоколы (EGP,BGP) переносят маршрутную информацию между автономными системами, а внутренние (RIP, OSPF) применяются в пределах определенной автономной системы.
Протокол BGP позволяет распознавать наличие петель между автономными системами и исключить их из межсистемных маршрутов.
Протокол RIP(Routing Internet Protocol) является одним из наиболее ранних протоколов обмена маршрутной информации и до сих пор чрезвычайно распространен ввиду простоты маршрутизации. Протокол RIP имеет несколько версий, например, для протокола IP имеется версия RIPv1, которая не поддерживает масок и версия RIPv2, это протокол, который передает информацию о масках сетей. С помощью протокола RIP строится таблица маршрутизации. В первом столбце таблицы перечисляются номера сетей, входящих в интерсеть. В каждой строке следом за номером сети указывается сетевой адрес порта следующего маршрутизатора, на который нужно отправить пакет, чтобы тот передвигался по направлению к сети с данным номером по рациональному маршруту. В третьем столбце указывается номер выходного порта данного маршрутизатора. В четвертом столбце указывается расстояние до сети назначения.
Таблица 1.Таблица маршрутизации
Сетевой адрес порта следующего маршрутизатора
Сетевой адрес выходного порта маршрутизатора
Расстояние до сети назначения
Лекция 9. Протоколы маршрутизации
Маршрутизаторы объединяют сегменты сетей или отдельные локальные сети в составную (распределенную) сеть. Маршрутизаторы функционируют в дейтаграммных сетях с коммутацией пакетов, где все возможные маршруты уже существуют. Поэтому пакету нужно лишь выбрать наилучший путь, на основе метрики протокола маршрутизации. Процесс прокладывания пути производится последовательно от одного маршрутизатора к другому. Этот процесс маршрутизации (routing) является функцией Уровня 3 модели OSI. При прокладывании пути пакета маршрутизатор анализирует сетевой адрес узла назначения, заданный в заголовке пакета, вычленяет из него адрес сети, чтобы идентифицировать сеть адресата в пределах сети Интернет. Адреса сетей назначения хранятся в таблице маршрутизации. Поэтому маршрутизатор должен создавать и поддерживать таблицы маршрутизации, а также извещать другие маршрутизаторы о всех известных ему изменениях в топологии сети.
Совокупность сетей, представленных набором маршрутизаторов под общим административным управлением, образует автономную систему (рис. 9.1). Автономные системы нумеруются и в некоторых протоколах (IGRP, EIGRP) эти номера используются.
Рис. 9.1. Взаимодействие автономных систем
Маршрутизацию, т.е. прокладывание маршрута внутри автономных систем, осуществляют маршрутизирующие протоколы внутреннего шлюза (Interior Gateway Protocols — IGPs), к которым относятся RIP, RIPv2, IGRP, EIGRP, OSPF, Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS). Маршрутизацию между автономными системами производят протоколы внешнего шлюза (Exterior Gateway Protocols — EGPs). Примером протокола внешнего шлюза является протокол BGP, который работает на граничных маршрутизаторах автономных систем (рис. 9.1).
Маршрутизирующие протоколы, работающие внутри автономных систем, в свою очередь, подразделяются на протоколы вектора расстояния (distance—vector) и протоколы состояния канала (link—state). Протоколы distance-vector определяют расстояние и направление, т.е. вектор некоторого соединения в составной сети. Расстояние может быть выражено в количестве маршрутизаторов или переходов (hop count) в соединении на пути от узла источника к адресату назначения или других значениях метрики. При использовании алгоритма distance-vector маршрутизаторы посылают всю или часть таблицы маршрутизации соседним (смежным) маршрутизаторам через определенные интервалы времени. В таких протоколах как RIP, обмен обновлениями (update) или модификациями происходит, даже если в сети нет никаких изменений, на что затрачивается довольно большая часть полосы пропускания. Получив обновление маршрутной информации, маршрутизатор может заново вычислить все известные пути и произвести изменения в таблице маршрутизации.
Когда пакет прибывает на входной интерфейс, маршрутизатор должен использовать таблицу маршрутизации, чтобы определить, по какому маршруту направить пакет, т.е. на какой свой выходной интерфейс передать поступивший пакет. Выходной интерфейс связан с наиболее рациональным маршрутом к адресату назначения. Этот процесс называется коммутацией или продвижением пакета. На выходном интерфейсе пакет инкапсулируется в новый кадр, при этом маршрутизатор добавляет информацию для формирования кадра (см. Лекцию 8).
Таким образом, маршрутизатор ретранслирует пакет, используя две основных функции:
— функцию определения пути с использованием сетевой части адреса,
— функцию коммутации, принимая пакет на входной интерфейс и продвигая его на выходной интерфейс, который определяется функцией определения пути.
Определение наиболее рационального (оптимального) пути производится маршрутизатором на основе некоторого критерия – метрики. Значение метрики используется при оценке возможных путей. Метрика может включать разные параметры, например:
— обобщенную стоимость и другие параметры сетевого соединения.
Маршрутизаторы могут использовать один какой-то параметр или комбинацию параметров метрики при выборе оптимального маршрута.
Маршрутная информация может быть сконфигурирована сетевым администратором – при этом реализуется статическая маршрутизация. Динамическая маршрутизация реализуется протоколами маршрутизации, когда маршрутная информация собирается в ходе динамического процесса обмена обновлениями (модификациями) между маршрутизаторами, который выполняется в сети.
Таким образом, протоколы маршрутизации (routing protocol) позволяют выбирать маршрутизаторам наилучший путь для данных от источника да устройства назначения. Для этого маршрутизирующие протоколы создают и поддерживают (модифицируют) таблицы маршрутизации путем обмена маршрутной информацией с другими маршрутизаторами в сети. Примерами протоколов маршрутизации являются:
RIP (Routing Information Protocol)
IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
OSPF (Open Shortest Path First).
Маршрутизаторы способны поддерживать много независимых протоколов и таблиц маршрутизации для нескольких сетевых протоколов. Эта способность позволяет маршрутизатору передавать пакеты различных сетевых протоколов по тем же самым каналам связи.
Протоколы и устройства Уровня 2 и Уровня 3 модели OSI постоянно взаимодействуют при передаче данных по сети (рис. 9.2).
Рис.9.2. Взаимодействие протоколов и устройств
Это проявляется в виде взаимодействия таблиц ARP (табл.9.1), функционирующих на Уровне 2, и таблиц маршрутизации протоколов Уровня 3 модели OSI. Каждый компьютер и порт маршрутизатора поддерживает таблицы ARP, каждая строка которых содержит пару соответствующих IP- и MAC-адресов и функционируют только в пределах широковещательного домена, т.е. в пределах сети или подсети.
Таблица ARP маршрутизатора А