Настройка статической маршрутизации. Маршрутизация в компьютерных сетях Принципы маршрутизации в ip сетях

IP-адреса для локальных сетей

Все используемые в Интернете адреса, как мы уже говорили, должны регистрироваться в IANA, что гарантирует их уникальность в масштабе всей планеты. Такие адреса называют реальными, или публичными (public) IP-адресами.

Для локальных сетей, не подключенных к Интернету, регистрация IP-адресов, естественно, не требуется, так что, в принципе, здесь можно использовать любые возможные адреса. Однако, чтобы не допускать возможных конфликтов при последующем подключении такой сети к Интернету, RFC 1918 рекомендует применять в локальных сетях только следующие диапазоны так называемых частных (private) IP-адресов (в Интернете эти адреса не существуют и использовать их там нет возможности):

□ 10.0.0.0–10.255.255.255;

□ 172.16.0.0–172.31.255.255;

□ 192.168.0.0–192.168.255.255.

Как уже говорилось, чтобы правильно взаимодействовать с другими компьютерами и сетями, каждый компьютер определяет, какие IP-адреса принадлежат его локальной сети, а какие – удаленным сетям. Если выясняется, что IP-адрес компьютера назначения принадлежит локальной сети, пакет посылается непосредственно компьютеру назначения, если же это адрес удаленной сети, то пакет посылается по адресу основного шлюза.

Рассмотрим этот процесс подробнее. Возьмем компьютер со следующими параметрами протокола IP:

□ IP-адрес – 192.168.5.200;

□ маска подсети – 255.255.255.0;

□ основной шлюз – 192.168.5.1.

При запуске протокола IP на компьютере выполняется операция логического «И» между его собственными IP-адресом и маской подсети, в результате которой все биты IP-адреса, соответствующие нулевым битам маски подсети, также становятся нулевыми:

□ IP-адрес в 32-разрядном виде –

11000000 10101000 00000101 11001000;

□ маска подсети –

11111111 11111111 11111111 00000000;

□ идентификатор сети –

11000000 10101000 00000101 00000000.

Эта простая операция позволяет компьютеру определить идентификатор собственной сети (в нашем примере – 192.168.5.0).

Теперь предположим, что компьютеру надо отправить IP-пакет по адресу 192.168.5.15. Чтобы решить, как это нужно сделать, компьютер выполняет операцию логического «И» с IP-адресом компьютера назначения и собственной маской подсети. Легко понять, что полученный в результате идентификатор сети назначения будет совпадать с идентификатором собственной сети компьютера-отправителя. Так наш компьютер определит, что компьютер назначения находится в одной с ним сети, и выполнит следующие операции:

□ с помощью протокола ARP будет определен физический MAC-адрес, соответствующий IP-адресу компьютера назначения;

□ с помощью протоколов канального и физического уровня по этому MAC-адресу будет послана нужная информация.

Теперь посмотрим, что изменится, если пакет надо отправить по адресу 192.168.10.20. Компьютер выполнит аналогичную процедуру определения идентификатора сети назначения. В результате будет получен адрес 192.168.10.0, не совпадающий с идентификатором сети компьютера-отправителя. Так будет установлено, что компьютер назначения находится в удаленной сети, и алгоритм действий компьютера-отправителя изменится:

□ будет определен MAC-адрес не компьютера назначения, а маршрутизатора;

□ с помощью протоколов канального и физического уровня по этому MAC-адресу на маршрутизатор будет послана нужная информация.

Несмотря на то, что IP-пакет в этом случае не доставляется непосредственно по назначению, протокол IP на компьютере-отправителе считает свою задачу выполненной (вспомните, что и мы при отправке письма всего лишь бросаем его в почтовый ящик). Дальнейшая судьба IP-пакета зависит от правильной настройки маршрутизаторов, объединяющих сети 192.168.5.0 и 192.168.10.0.

Кстати, в данном примере легко продемонстрировать, насколько важна правильная настройка маски подсети в параметрах IP-адресации. Пусть мы по ошибке указали для компьютера 192.168.5.200 маску подсети, равную 255.255.0.0. В этом случае при попытке послать пакет по адресу 192.168.10.20 наш компьютер посчитает, что компьютер назначения находится в его собственной сети (ведь идентификаторы сетей при такой маске совпадают!), и будет пытаться отправить пакет самостоятельно.

В итоге этот пакет не попадет в маршрутизатор и не будет доставлен по назначению.

Чтобы понять, как работают маршрутизаторы, давайте сначала проанализируем таблицу маршрутов, которую выстраивает при загрузке протокола IP обычный компьютер, например, с операционной системой Windows XP (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Таблица маршрутов в ОС Windows XP

Как нетрудно видеть, в таблице определено несколько маршрутов с разными параметрами. Читать каждую такую запись в таблице маршрутизации нужно следующим образом:

Чтобы доставить пакет в сеть с адресом из поля Сетевой адрес и маской из поля Маска сети, нужно с интерфейса с IP-адресом из поля Интерфейс послать пакет по IP-адресу из поля Адрес шлюза , а «стоимость» такой доставки будет равна числу из поля Метрика.

Отметим, что параметры Сетевой адрес и Маска сети вместе задают диапазон всех разрешенных в данной сети IP-адресов. Например, 127.0.0.0 и 255.0.0.0, как мы уже говорили, означают любой IP-адрес от 127.0.0.1 до 127.255.255.254. Вспомним также, что IP-адрес 127.0.0.1 называется «адресом заглушки» – посланные по этому адресу пакеты должны обрабатываться самим компьютером. Кроме того, маска 255.255.255.255 означает сеть из одного IP-адреса, а комбинация 0.0.0.0– любой неопределенный адрес или маску подсети.

Тогда первая строка в таблице маршрутизации означает в точности то, что делает компьютер при необходимости послать пакет в удаленную, т. е. неизвестную ему из таблицы маршрутизации, сеть – со своего интерфейса пакет посылается на IP-адрес маршрутизатора.

Вторая строка таблицы заставляет компьютер посылать самому себе (и отвечать на них) все пакеты, отправленные по любому IP-адресу из диапазона 127.0.0.1 – 127.255.255.254.

В третьей строке определено, как посылать пакеты компьютерам локальной сети (по адресам из диапазона 192.168.5.1 – 192.168.5.254). Здесь четко видно, что делать это должен сам компьютер – адресом шлюза является его собственный IP-адрес 192.168.5.200.

Аналогично (пятая, шестая и седьмая строки таблицы) нужно поступать и в случае, когда пакеты направляются по адресу рассылки подсети (192.168.5.255), по адресам многоадресной рассылки (224.0.0.0) или по адресу локальной широковещательной рассылки (255.255.255.255).

Четвертая же строка означает, что пакеты, посланные по IP-адресу 192.168.5.200 (обратите внимание на маску!), должны обрабатываться самим компьютером.

Несколько сложнее будет выглядеть таблица маршрутизации компьютера с двумя сетевыми адаптерами, который мы будем использовать в качестве маршрутизатора для объединения двух сегментов небольшой сети (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Объединение сети с помощью маршрутизатора (а) и таблица маршрутизации компьютера R 1 (б)

В этой таблице появилось несколько дополнительных строк, обозначающих маршруты в обе сети – 192.168.5.0 и 192.168.10.0. Заметим, что все такие маршруты будут выстроены компьютером автоматически.

Чтобы после этого наладить обмен IP-пакетами между сетями, нужно выполнить следующие действия:

□ включить маршрутизацию на компьютере R 1 – это можно сделать, например, настроив службу маршрутизации и удаленного доступа, входящую в состав операционной системы Windows Server 2003;

□ на всех компьютерах в сети N 1 параметр Основной шлюз нужно установить равным IP-адресу интерфейса маршрутизатора, подключенного к этой сети, т.е. равным 192.168.5.1, а на компьютерах в сети N 2 – равным 192.168.10.1.

Таким образом, маршрутизатор – это программно-аппаратное устройство с несколькими сетевыми интерфейсами, на котором работает служба маршрутизации.

Усложним нашу сеть, добавив в нее второй маршрутизатор и сеть N 3 с адресом 192.168.15.0 (рис. 8.3).

В такой сети настройка маршрутизации усложняется. Проблема в том, что, хотя маршрутизатор R 1 «знает», как посылать пакеты в сети N 1 и N 2 , маршрута в сеть N 3 у него нет. В свою очередь, у маршрутизатора R 2 отсутствует маршрут в сеть N 1 . Значит, обмен IP-пакетами между сетями N 1 и N 3 будет невозможен.

Решить эту проблему в такой небольшой сети довольно просто – надо добавить нужные записи в таблицы маршрутизаторов R 1 и R 2 . Для этого на маршрутизаторе R 1 достаточно выполнить команду, предписывающую направлять все пакеты, предназначенные для сети 192.168.15.0, по адресу 192.168.10.254 (т.е. второму маршрутизатору, который уже сможет доставить эти пакеты по назначению; ключ P здесь используется, чтобы сделать этот маршрут постоянным):

ROUTE -P ADD 192.168.15.0

MASK 255.255.255.0 192.168.10.254

В качестве IP-адреса маршрутизатора принято выбирать либо первый, либо последний из возможных в данной IP-сети адресов.

Аналогичная команда на маршрутизаторе R 2 должна выглядеть так:

ROUTE -P ADD 192.168.5.0

MASK 255.255.255.0 192.168.10.1 После этого взаимодействие в нашей сети будет налажено.

В крупных сетях, содержащих большое количество соединенных друг с другом подсетей, вручную прописывать маршруты доставки пакетов на всех маршрутизаторах довольно утомительно. К тому же такие маршруты являются статическими, значит, при каждом изменении конфигурации сети нужно будет проделывать большую работу по перестройке системы IP-маршрутизации.

Чтобы избежать этого, достаточно настроить маршрутизаторы так, чтобы они обменивались друг с другом информацией о маршрутах. Для этого в локальных сетях используют такие протоколы, как RIP (Routing Information Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First). Протокол RIP проще в настройке, чем OSPF, однако для обмена информацией в нем применяются широковещательные сообщения, заметно нагружающие сеть. Поэтому RIP обычно используют в относительно небольших сетях. Протокол OSPF работает эффективнее, но сложнее настраивается, поэтому его использование рекомендуется для крупных корпоративных сетей.

Хост - конечное устройство, которое выступает отправителем или получателем данных. Но не следует путать конечного получателя с промежуточными устройствами, которые тоже принимают данные для дальнейшей их транспортировки.
Маска сети - последовательность бит, показывающая часть адреса, являющегося адресом сети. Единицы в маске сети должны идти подряд и начинаться со старшего бита.
Метрика - качество маршрута. Меньшее значение является лучшим.
Административная дистанция - степень доверия источнику маршрута. Понятие используется компанией Cisco Systems.
Internetwork - объединение двух и более сетей с общими принципами маршрутизации. Самый яркий пример - Internet.
Автономная система (AS) - это сеть, под управлением одного оператора, обычно это провайдер вместе с принадлежащими ему сетями или сеть крупной компании. Каждая AS имеет уникальный номер.

Вступление

Для чтения статьи необходимо иметь представление о сетевой модели OSI. Для этого рекомендуется ознакомиться со статьей "Сетевые модели OSI и TCP/IP" .

Те из вас, кто не первый день находится в сети, наверное, уже знаете понятие "основной шлюз". А может даже слышали об маршрутах, которые часто упоминаются жаргоном "роуты" (от англ. route). И если уже на то пошло, то более правильное произношение слова "рут" или "раут". Эти понятия стали неотъемлемой частью нашего прибывания в Internet. А ведь Internet играет огромную роль в современном мире. А что на самом деле он собой представляет? Internet - это сеть мирового масштаба. Более примитивные его аналоги можно встретить в любой уважающей себя крупной компании, которые создают свои сети с множеством серверов, а они в свою очередь предоставляют пользователям доступ к разнообразным ресурсам. Таким образом создано огромное множество сетей.

Как известно, компьютер может общаться лишь с хостами из его сети. Для этого используется протокол ARP, который преобразовывает сетевой адрес в физический. Но что делать если наш желанный получатель находится на противоположной части земного шара и в другой сети? Как нам узнать его физический адрес и дойдет ли до него наш сетевой кадр? Так вот процесс маршрутизации как раз и решает эту проблему.

Начальные и поверхностные сведения

Итак, что же такое маршрутизация? Маршрутизация - это процесс выбора маршрута следования пакета. Устройство, совершающее этот выбор, называется маршрутизатором. Маршрутизаторы работают на третьем уровне модели OSI. Используя для выбора маршрута лишь адрес сети, а адрес хоста отбрасывает. Чтобы выделить из IP адреса адрес сети, применяется маска сети. Но одними лишь формальными формулировками сыт не будешь. Поэтому будем смотреть более глубже.

Для начала разберем, что же такое маршрут. Маршрут - это направление. Хотя многие привыкли представлять себе сразу весь пройденный путь пакетом, изображая его как последовательность ребер графа (представляющего сеть логически), но с точки зрения отдельного маршрутизатора это немного не так. Каждый маршрутизатор может сказать на какой интерфейс или какому следующему маршрутизатору отправить пакет, таким образом задав направление движение. Собрав последовательно эти направления, мы получим весь путь следования.

Решение о выборе маршрута маршрутизаторы принимают согласно их таблице маршрутизации. Это таблица, содержащая соответствие адреса сети к маршруту.

Таким образом, клиентские машины отправляют данные получателю из другой сети через маршрутизатор. Он в свою очередь смотрит на адрес сети, в которой находится получатель, сравнивает со своей таблицей маршрутизации и принимает решение о выборе маршрута для каждого пакета или же выбрасывает пакет. Здесь снова появляются моменты, которые желательно разжевать.

Во-первых, как клиентская машина отправляет пакеты маршрутизатору и как тот понимает что пакет предназначен для маршрутизации? Для этого пакеты отправляются с физическим адресом маршрутизатора (точнее говоря, на втором уровне они предназначены для маршрутизатора), но сетевым адресом получателя. Таким образом сетевой кадр предназначается маршрутизатору, потому он принимается и декапсулируется до пакета. Но на сетевом уровне, пакет не предназначается ему. На этом этапе и начинается маршрутизация. Как было упомянуто выше, она проходит на сетевом уровне и не выходит за его рамки.

Следующее действие, которое нас интересует - это процесс сравнения адреса сети. Итак, имея таблицу маршрутизации, нам нужно выбрать наилучший маршрут. Для этого существует от двух до трех этапов. Сначала сравнивается адрес сети на наибольшее сходство. Если таких маршрутов несколько, то выбираются маршруты с наименьшей административной дистанцией. И наконец, среди оставшихся выбирается маршрут с наименьшей метрикой. Административная дистанция - это степень доверия источнику. Это понятие используется компанией Cisco Systems и о нем мы вспомним при рассмотрении динамической маршрутизации. Маршрутизаторы, имеющие один источник динамических маршрутов или производящие лишь статическую маршрутизацию, сравнивают только адреса сетей и метрики. К слову, на каждом компьютере тоже имеется таблица маршрутизации и когда вы хотите запросить страницу из Internet, компьютер совершает аналогичные действия по выбору маршрута.

Может случиться такая ситуация, что лучших маршрутов оказалось несколько в таблице маршрутизации. В таком случае нету четких указаний что делать. Аппаратные маршрутизаторы Cisco производят распределение нагрузки между этими маршрутами, чередуя пакеты.

Довольно часто можно встретить отсутствие сети назначения в таблице, но зато присутствует сеть, покрывающая ее (другими словами, является надсетью). Но если сеть содержит в себе диапазон адресов нужной нам сети, то там же находится и получатель. По этому принципу можно заменить несколько подсетей одной их надсетью, но лишь в том случае, когда у них одинаковые маршруты. При этом сравнение адреса сети на наибольшее сходство означает, что лучшим будет считаться тот маршрут, адрес сети которого имеет большее совпадение бит с адресом сети назначения. Как пользоваться этим, можно рассмотреть на примере:

Пусть у нас имеется три маршрута на сети 10.0.1.0/24, 10.0.2.0/24 и 10.0.3.0/24. При чем маршруты на первую и третью сети одинаковы. В этом случае можно уменьшить количество записей таблицы маршрутизации, ускорив этим процесс поиска наилучшего маршрута. Для этого мы объединим первый и третий маршруты, после чего остаются только два маршрута. При чем объединить мы можем любой покрывающей сетью, например, 10.0.0.0/8. Маршрутизация будет продолжать правильно работать, так как для сети 10.0.2.0/24 будет выбран маршрут с наибольшим совпадением (точнее полным) адреса сети, а для остальных адресов из 10.0.0.0/8 будет выбран обобщенный маршрут. Как вы уже заметили, что маршрутизатор начинает отправлять пакеты на несуществующие сети (из-за сети 10.0.0.0/8) и хотя такие пакеты выбросятся дальше, это займет ресурсы маршрутизатора, поэтому может является плохим подходом. Объединение маршрутов называется префиксной агрегацией или суммаризацией маршрутов.

Различается всего два вида маршрутизации: статическая и динамическая.

Статическая маршрутизация

При статической маршрутизации маршруты вводятся администратором вручную на каждом маршрутизаторе и не изменяются во время работы. Также иногда к статической маршрутизации относят маршруты, изменение которых можно предугадать. Например, изменение маршрутов по расписанию или дню недели.

Также следует упомянуть об выходных интерфейсах. При поднятии сетевого интерфейса и настройке на нем протокола сетевого уровня, в таблицу маршрутизации автоматически заносится маршрут на сеть, в которой находится этот интерфейс. Такие сети, в которых находится маршрутизатор, называются напрямую соединенными. А маршруты на них задаются только выходным интерфейсом и являются наиболее приоритетными. Ведь зачем искать обходные пути, если мы и так в этой сети и можем напрямую отправить пакет получателю?

Остальные маршруты задаются адресом следующего маршрутизатора. Таким образом пакет будет проходить маршрутизаторы, пока не дойдет до того, у которого есть напрямую соединенная сеть назначения.

Динамическая маршрутизация

Динамическая маршрутизация совершается за счет динамических протоколов маршрутизации. При их помощи маршрутизатор строит и обновляет свою таблицу маршрутизации.

Говорят, что сеть сошлась, когда с любого маршрутизатора можно попасть в любую сеть. Иначе могут возникнуть неполадки в работе сети, такие как потеря пакетов и циклы маршрутизации. Асимметричной же маршрутизацией называют такую, в которой существует маршрут только в одну сторону.

Динамические протоколы маршрутизации делятся на внешние и внутренние. А внутренние в свою очередь на дистанционно-векторные протоколы и протоколы link state (состояния канала).

Внутренние протоколы используются в сетях разного объема для автоматизации и надежности процесса маршрутизации. Внешние протоколы используются для работы между автономными системами, т.е. в очень больших сетях, таких как Internet.

Разница между дистанционно-векторными протоколами и протоколами состояния канала довольно существенна. Link state протоколы появились позже, когда классовые сети отошли в прошлое. Их основным принципом является хранение состояния всех каналов сети. Они строят некую карту сети и самостоятельно определяют наилучшие маршруты. Отличительной чертой также есть отправка обновлений лишь при изменении топологии и лишь тем маршрутизаторам, которым будет актуальна информация.

Дистанционно-векторные протоколы требуют правильной и совместной работы всех маршрутизаторов, так как они оперируют с направлением и метрикой, которую получают от соседних маршрутизаторов. Таким образом, получив маршрут, маршрутизатор увеличивает его метрику и отправляет его другим соседям. Из этого и следует название протоколов - дистанция (метрика) и вектор (направление). Среди представителей можно выделить протокол EIGRP, который имеет ряд преимуществ и некоторые сходства с протоколами состояния канала.

Среди внешних протоколов маршрутизации можно отметить протокол BGP, на котором держится Internet. Он является протоколом path state (состояния пути). Это значит что он оперирует с лучшими путями, которые задаются списком автономных систем (AS), через которые должен пройти пакет. Как правило, количество AS в пути не велико и лучше считается тот путь, что содержит меньшее количество AS. Для гарантии того, чтобы какой-то маршрут был запасным, придаются хитрости и повторяют несколько раз номер своей AS в пути, увеличивая тем самым длину. Когда же пакет достигает нужной AS, вступает в силу внутренняя маршрутизация.

На одном маршрутизаторе могут одновременно работать множество протоколов маршрутизации. Они также могут анонсировать одинаковые сети. Представим, что есть сеть, в которой каждый маршрутизатор соединен со всеми остальными (такая топология называется full mesh). Таким образом в одну сеть мы можем попасть разными способами. Но давайте запустим в такой сети разные протоколы маршрутизации, например RIP и EIGRP. Выберем для рассмотрения маршрутизатор, на котором работают оба эти протокола. Проблема состоит в том, что метрика в протоколе RIP может принимать значение от 1 до 15, в то время как в EIGRP она принимает довольно таки внушительные значения. Если сверять метрику, то сети анонсированные протоколом RIP, будут считаться более приоритетными. Выходит, что метрики разных протоколов нельзя сравнивать. И как известно, EIGRP строит более качественные маршруты, поэтому нужен какой-то промежуточный шаг в сравнении маршрутов. Компания Cisco использует для этого понятие административной дистанции. Каждому протоколу присвоено уникальное значение, которое задает степень доверия, и чем оно ниже, тем протокол считается предпочтительней. Поэтому перед сравнением метрики, мы выбираем только один протокол для каждой сети. Но значение административной дистанции для протокола можно и менять на маршрутизаторах Cisco, но это изменение остается в силах только в пределах маршрутизатора.

Заключение

Маршрутизаторы являются ключевым звеном любой сети internetwork. Можно заключить об двух основных задачах, которые решают маршрутизаторы:

Нахождение наилучшего маршрута
Отправка пакета по этому маршруту

Маршрутизация сделала возможным объединение отдельных сетей в одну глобальную сеть. Где каждому участнику сети доступны все ресурсы. Можно говорить о трех принципах маршрутизации:

Каждый маршрутизатор принимает решение сам. При этом не оговаривается откуда получена информация о маршрутах.
Если один маршрутизатор имеет полную таблицу маршрутизации, то это не значит, что и у остальных она тоже полная. Можно привести много причин и примеров когда сеть не сходится. В некоторых случаях это может привести к потере данных, а в некоторых и к циклам маршрутизации. Именно поэтому важно правильно и полно настроить статические маршруты на маршрутизаторах и/или правильно подобрать и настроить динамический протокол маршрутизации.
Существование маршрута в одну сторону не гарантирует существование обратного маршрута. Простыми словами, пакет может достигнуть получателя, но обратного пути для ответного пакета может не быть. К этому приводит неполнота таблицы маршрутизации на каком-нибудь маршрутизаторе по пути.

-----
Специально для сайт
Копирование материала только с разрешения автора
(c) 2009 pasis

Сущность, цели и способы маршрутизации. Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи пакетов от отправителя к получателю. Она;имеет смысл в. сетях, где не только необходим, но и

возможен выбор оптимального или приемлемого маршрута. Речь идет; прежде всего, о сетях с произвольной (ячеистой) топологией, в; которых реализуется коммутация пакетов. Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной, многосегментной) реально стоит и решается задача выбора маршрута для передачи кадров, для чего используются соответствующие средства, например маршрутизаторы.

В виртуальных сетях задача маршрутизации при передаче сообщения, расчленяемого на пакеты, решается единственный раз, когда устанавливается виртуальное соединение между отправителем и по-лучателем. В дейтаграммных сетях, где данные передаются в форме дейтаграмм, маршрутизация выполняется для каждого отдельного пакета.

Выбор маршрутов в узлах связи ТКС производится в соответствии с реализуемым алгоритмом (методом) маршрутизации.

Алгоритм маршрутизации - это правило назначения выходной линии связи данного узла связи ТКС для передачи пакета, базирующееся на информации, содержащейся в заголовке пакета (адреса отправителя и получателя, и информации о загрузке этого узла (длина очередей пакетов) и, возможно. ТКС в целом.

Основные цели маршрутизации заключаются в обеспечении"

минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю;

максимальной пропускной способности сети, что достигается, в частности, нивелировкой(выравниванием) загрузки линий связи ТКС;

максимальной защиты пакета от угроз безопасности содержащейся" в нем информации;

надежности доставки пакета адресату;

минимальной стоимости передачи пакета адресату. Различают следующие способы маршрутизации.

Централизованная маршрутизация реализуется обычно в сетях с централизованным управлением. Выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, а узлы сети связи только воспринимают и реализуют результаты решения задачи маршрутизации. Такое управление маршрутизацией уязвимо к отказам центрального узла и не отличается высокой гибкостью.

Распределенная (децентрализованная) маршрутизация выполняется главным образом в сетях с децентрализованным управлением. Функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, которые располагают для этого соответствующими средствами. Распределенная маршрутизация сложнее централизованной, но отличается большей гибкостью.

Смешанная маршрутизация характеризуется тем, что в ней в определенном соотношенииреализованы принципы централизованной, и распределённой маршрутизации.. К ней относится, например, гибридная адаптивная маршрутизация (см. ниже).

Задача маршрутизации в сетях решается при условии, что кратчайший маршрут, обеспечивающий передачу пакета за минимальное время, зависит от топологии сети,:пропускной способности линий связи, нагрузки на линии связи. Топология сети изменяется в результате отказов узлов и линий связи и отчасти при развитии ТКС (подключении новых узлов и линий связи). Пропускная способность линий связи определяется типом передающей среды и зависит от уровня шумов и параметров аппаратуры, обслуживающей линии. Наиболее динамичным фактором является нагрузка на линии связи,

изменяющаяся довольно быстро и в трудно прогнозируемом направлении.

Для выбора оптимального маршрута-каждый"узел связи должен располагать информацией о состоянии ТКС в целом всех остальных узлов и линий связи. Данные о текущей топологии сети и пропускной способности линий связи предоставляются узлам без затруднений. Однако нет способа для точного предсказания состояния нагрузки в сети. Поэтому при решении задачи маршрутизации могут использоваться данные о состоянии нагрузки, запаздывающие (из-за конечной скорости передачи информации) по отношению к моменту принятия решения о направлении передачи пакетов. Следовательно, во всех случаях алгоритмы маршрутизации выполняются в условиях неопределенности текущего и будущего состояний ТКС.

Эффективность алгоритмов маршрутизации оценивается следующими показателями:

Временем доставки пакетов адресату;

Нагрузкой на сеть, которая при реализации данного алгоритма создается потоками пакетов, распределяемыми по линиям и узлам сети. Количественная оценка нагрузки осуществляется длиной очередей пакетов в узлах;

Затратами ресурсов в узлах связи (временем работы коммуникационной ЭВМ, емкостью памяти). Факторы, снижающие эффективность алгоритмов маршрутизации:

Передача пакета в узел связи, находящийся под высокой нагрузкой; " "

Передача пакета в направлении, не приводящем к минимальному"времени его доставки;

Создание на сеть дополнительной нагрузки за счет передачи служебной информации, необходимой для реализации алгоритма. : -

Методы маршрутизации . Различают три вида маршрутизации - простую, фиксированную и адаптивную. Принципиальная разница между ними - в степени учета изменения топологии и нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.

Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменение ее состояния (нагрузки). Она не обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. Ее преимущества - простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида некоторое практическое применение получили случайная и лавинная маршрутизации.

Случайная маршрутизация характеризуется тем, что для передачи пакета из узла связи выбирается одно, случайно выбранное, свободное направление. Пакет «блуждает» по сети и с конечной вероятностью когда-либо достигает адресата. Естественно, что при этом не обеспечивается ни оптимальное время доставки пакета, ни эффективное использование пропускной способности сети.

Лавинная маршрутизация (или заполнение пакетами.всех свободных выходных направлений) предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле, имеет место явление «размножения-» пакета, что.резко ухудшает использование пропускной способности сети. Значительное ослабление этого недостатка достигается путем уничтожения в каждом узле дубликатов (копий) пакета и продвижения по маршруту только одного пакета. Основное преимущество такого метода - гарантированное.обеспечение оптимального времени доставки пакета адресату, так как из всех направлений, по которым передается пакет, хотя бы одно обеспечивает такое время. Метод может использоваться в незагруженных сетях, когда требования по минимизации времени и надежности доставки пакетов достаточно высоки.

Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается изменение ее нагрузки. Для каждого узла назначения направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), которая определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью. Они составляются заново при изменении топологии сети. Отсутствие адаптации к изменению нагрузки приводит к задержкам пакетов сети. Различают одно-путевую и много путевую фиксированные маршрутизации. Первая строится на основе единственного пути передачи пакетов между двумя абонентами, что сопряжено с неустойчивостью к отказам и перегрузкам, а вторая - на основе нескольких возможных путей между двумя абонентами, из которых выбирается наиболее предпочтительный путь. Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с мало изменяющейся топологией и установившимися потоками.пакетов. "."

Адаптивная маршрутизация отличается тем, что -принятие.решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения, как топологии, так и нагрузки сети. Существуют несколько модификаций адаптивной маршрутизации, различающихся тем, какая именно информация используется при выборе маршрута. Получили распространение такие модификации, как локальная, распределенная, централизованная и гибридная адаптивные маршрутизации.

Локальная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей: таблицу маршрутов, которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла; данные о состоянии выходных линий связи (работают или не работают); длину очереди пакетов, ожидающих передачи. Информация о состоянии других узлов связи не используется. Таблица маршрутов определяет кратчайшие маршруты, обеспечивающие доставку пакета адресату за минимальное время. Преимущество такого метода состоит в том, что принятие решения о выборе маршрута производится с использованием самых последних данных о состоянии узла. Недостаток метода заключается в его «близорукости», поскольку выбор маршрута осуществляется без учета глобального состояния всей сети. Следовательно, всегда есть опасность передачи пакета по перегруженному маршруту.

Распределенная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, указанной для локальной маршрутизации, и данных, получаемых.от.соседних узлов- сети. В каждом узле формируется таблица маршрутов (каталог) ко всем узлам назначения; где указываются маршруты с минимальным временем задержки пакетов. До начала-работы сети, это время оценивается, исходя из топологии сети. В процессе работы сети узлы периодически обмениваются с соседними узлами, так называемыми таблицами задержки, в которых указывается нагрузка (длина очереди пакетов) узла. После обмена таблицами задержки каждый -узел перерассчитывает задержки и корректирует маршруты с учетом поступивших данных и длины очередей в самом узле. Обмен таблицами задержки может осуществляться не только периодически, но и асинхронно в случае резких изменений нагрузки или топологии сети. Учет состояния соседних узлов при выборе маршрута существенно повышает эффективность алгоритмов маршрутизации, но это достигается за счет увеличения загрузки сети служебной информацией. Кроме того, сведения об изменении состояния узлов распространяются по сети сравнительно медленно, поэтому выбор маршрута производится по несколько устаревшим данным.

Централизованная адаптивная маршрутизация характеризуется тем, что задача маршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации (ЦМ). Каждый узел периодически формирует сообщение о своем состоянии (длине очередей и работоспособности линий связи) и передает его в ЦМ. По этим данным в ЦМ для каждого узла составляется таблица маршрутов. Естественно, что передача сообщений в ЦМ, формирование и рассылка таблиц маршрутов - все это сопряжено с временными задержками, следовательно, с потерей эффективности такого метода, особенно при большой пульсации нагрузки в сети. Кроме того, есть опасность потери управления сетью при отказе ЦМ.

Гибридная адаптивная маршрутизация основана на использовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети, в сочетании с анализом длины очередей в.узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и локальной маршрутизации. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки централизованной (маршруты, формируемые центром, являются несколько устаревшими) и локальной («близорукость» метода) маршрутизации и воспринимает их преимущества: маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а учет текущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи.

В данный момент (вспомним нулевой выпуск) у нас в Москве использованы адреса 172.16.0.0-172.16.6.255. Предположим, что сеть может ещё увеличиться здесь, допустим, появится офис на Воробьёвых горах и зарезервируем ещё подсети до 172.16.15.0/24 включительно.
Все эти адреса: 172.16.0.0-172.16.15.255 - можно описать так: 172.16.0.0/20. Эта сеть (с префиксом /20) будет так называемой суперсетью , а операция объединения подсетей в суперсети называется суммированием подсетей (суммированием маршрутов, если быть точным, route summarization)

Приносим извинения за гигантские простыни, видео тоже с каждым разом становится всё длиннее и невыносимее. Постараемся в следующий раз быть более компактными.

Все заинтересованные, но незарегистрированные приглашаются на беседу в ЖЖ .
За подготовку статьи большое спасибо моему соавтору thegluck и моей жене за львиное терпение.

Для очень недовольных: эта статья не абсолют, она не раскрывает теоретические аспекты в полной мере и, потому не претендует на роль полноценной документации. С точки зрения авторов это вспомогательной средство для новичков, волшебный стимул, если желаете. На хабре у вас есть возможность поставить минус, а не доказывать нашу неправоту. Прошу вас, поступите именно так, потому что ваши недовольства встретят лишь вышеприведённые аргументы.

Добавить метки

Маршрутизация в сетях TCP/IP имеет 2 значения:

Процедура поиска сетевого адреса в специальной таблице для передачи пакета в узел назначения.

Процесс построения такой таблицы

Маршрутизация существует как перенаправление IP-пакетов и маршрутизация как управление таблицами маршрутизации.

Хосты посылают пакеты только тем шлюзам, которые физически подключены к той же сети.

Локальные хосты могут перемещать пакеты только на 1 шаг в направлении узла назначения.

Каждый шлюз через который проходит пакет принимает решение о его перемещении, анализируя собственную таблицу маршрутизации.

Таблицы маршрутизации ведутся статическим, динамическим и комбинированным способом.

Статический маршрут фиксируется в таблице маршрутизации и не изменяется в течении всего времени работы хоста. Статический маршрут используется в относительно стабильной локальной сети. Она проста в управлении и надежна в использовании, но требует от персонала знания топологии сети на момент создания таблицы маршрутизации.

В сетях с более сложной топологией, когда появляются дополнительные шлюзы, когда появляются дополнительные каналы связи между хостами, пропускная способность между каналами высока.

В случае динамической маршрутизации на соответствующих шлюзах постоянно работает специальный процесс (демон). Процесс ведет и модифицирует таблицу маршрутизации. Кроме этого, он постоянно взаимодействует с другими процессами демонами других шлюзов для того, чтобы определять топологию сети и принимать решения доставки пакетов к хостам шлюзов.

Комбинированная маршрутизация . Для простых маршрутизаторов – статическая маршрутизация, для сложных – динамическая маршрутизация.

Существует 4 уровня сложности характеризующие процесс управления маршрутизацией в сети:

0 уровень. Отсутствие маршрутизации как таковой

Только статическая маршрутизация

Преимущественно статическая маршрутизация с периодическими обновлениями маршрутов, которые изменяют статические таблицы маршрутизации (осуществляется с помощью протокола RIP)

Динамическая маршрутизация

Фиксированная маршрутизация

является одним из методов динамической маршрутизации и используется в сетях с простой топологией связи. При фиксированной маршрутизации однопутевые таблицы, в которых для каждого адресата имеется один путь. в многопутевых таблицах для каждого адресата имеется несколько альтернативных путей и обязательно должно присутствовать правило выбора путей.

Алгоритм простой маршрутизации

Случайная маршрутизация, когда пакеты перенаправляются в любом случайном (одном) направлении, кроме исходного.

Лавинная маршрутизация – пакеты передаются во всех направлениях кроме исходного

Маршрутизация по предыдущему опыту. Этот метод динамической маршрутизации работает на основе пакетов проходивших через этот маршрут.

Адаптивная маршрутизация

Основана на??????????7

Основной вид алгоритмов маршрутизации применяется в современных сетях со сложной топологией. Алгоритмы этого вида основаны на периодическом обмене информацией о имеющихся в интерсети сетях. А также о связях между маршрутизаторами. Кроме этого алгоритмы учитывают не только топологию связи шлюзов, но и производительность и состояние этих связей. Среди алгоритмов адаптивной маршрутизации различают:

Дистанционно-векторные алгоритмы

Алгоритмы состояния связи

Дистанционно-векторные алгоритмы

Каждый маршрутизатор передает и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием здесь понимается число проложенных маршрутов через которые пакет должен пройти прежде чем попадет в соответствующую сеть. Получая такой вектор другой маршрутизатор добавляет свои сведения об известных ему сетях и тоже рассылает этот вектор всем остальным.

Второй алгоритм связан с обеспечением каждого маршрутизатора информацией на основе которой строится точный граф состояния сети. Все маршрутизаторы работают на основе одинаковых графов.

Коммутации в сетях

В процессе развития сетевых компьютерных технологий выделилось 3 основных метода:

1. Коммутация каналов

2. Коммутация сообщений

3. Коммутация пакетов

Коммутация каналов подразумевает образование составного физического канала из последовательно соединенных отдельных участков для передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединены между собой специальной аппаратурой (коммутаторами), которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установки соединения и в процессе создать составной канал (коммутированный).

Коммутация сообщений

При использовании этого метода оборудование (называемое коммутаторами и выполненное на базе универсальных ПК) позволяет накапливать (буферизовать) сообщения и посылать их в соответствии с заданной системой приоритетности и принципами маршрутизации другим узлам сети.

Коммутация пакетов

Осуществляется за счет разделения сообщения на пакеты, т. е. элементы сообщения снабженные заголовком и имеющие фиксированную максимальную длину, и последующей передачей пакетов по маршруту, определяемому узлами сети.

Коммутация пакетов в компьютерных сетях – это основной способ передачи данных.

Преобладание коммутации пакетов как основного метода при реализации компьютерных сетей обусловлено следующими обстаятельствами:

Коммутация пакетов приводит к малым задержкам при передаче данных.

В отличии от коммутации каналов, которая требует, чтобы все линии связи из которых формируется канал имели одинаковую пропускную способность. Методы коммутации сообщений и пакетов позволяют передавать данные по линиям связи с любой пропускной способностью.

Представление данных пакетами создает условия для мультиплексирования потоков данных (разделение времени работы канала для одновременной нескольких потоков данных).

Малая длина пакетов данных позволяет выделять для промежуточного хранения (буферизации) передаваемых данных меньшую емкость памяти.

Методы коммутации пакетов

При коммутации пакетов передаваемые сообщения разбиваются на меньшие части, называемые пакетами, каждая из которых имеет установленную максимальную длину. Пакеты снабжаются служебной информацией необходимой для доставки пакетов и передаются. Каждый пакет снабжается следующей информацией:

Код начала и окончания пакета;

Адреса отправителя и получателя;

Номер пакетов сообщений;

Информация для контроля достоверности в промежуточных узлах и в узле назначения.

Как правило множество пакетов одного и того же сообщения передается одновременно. Приемник в соответствии с заголовками пакетов выполняет сборку пакетов в исходное сообщение и отправляет получателю подтверждение. В процессе передачи пакетов по узлам сети благодаря тому, что пакеты в промежуточных узлах не накапливаются целиком в виде сообщений (аппаратные требования промежуточным узлам).

Требования к аппаратному обеспечению промежуточных узлов резко снижаются. В случае переполнения оперативной памяти коммутаторами используются различные механизмы задержки передаваемых пакетов в местах их генерации.

При пакетной коммутации выдвигаются 2 противоречивых требования:

Уменьшение задержки пакетов в сети за счет небольшой длины пакетов;

Повышение эффективности передачи информации за счет увеличения длины пакета.

Для решения этих задач максимальный размер пакета устанавливается на основе 3 факторов:

Распределение длин пакетов;

Характеристика среды передачи

Стоимость передачи.

Процесс передачи данных в сети с коммутацией пакетов представляется в виде следующей последовательности операций:

Вводимое в сеть сообщение разбивается на пакеты, содержащие адрес конкретного пункта узла получателя, в промежуточном узле пакет запоминается в оперативной памяти и по адресу этого пакета определяется канал линии передач по которому пакет должен быть передан.

Если этот канал связи свободен (не занят передачей других пакетов) то пакет немедленно передается на соответствующий узел.

Если тот узел также является промежуточным, то в нем также повторяется та же операция.

Если канал связи с соседним узлом занят, то пакет может какое-то время хранится в ОЗУ коммутатора до освобождения канала.

Сохраненные пакеты помещаются в очередь по направлению передачи. Как правило длина очереди не превышает 3-4 пакета, если длина очереди превышается – пакеты стираются.

Существует 2 метода пакетной коммутации:

Датаграммный.

Способ виртуальных соединений.

Термин датаграмма используется для оборудования самостоятельного пакета, перемещающегося по сети независимо от других пакетов. Т. е. пакеты могут доставляться получателю различными маршрутами. Маршруты в свою очередь определяются сложивщейся динамической ситуацией в сети в сложившийся момент. Получив датаграмму узел коммутации направляет ее в сторону следующего узла максимально приближаясь к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его из своей памяти, если подтверждение не получено узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел и так пока пакет не будет доставлен с получением подтверждения.

Все узлы, окружающие узел коммутации ранжируется по степени приближенности к коммутатору. Сначала пакет посылается узлам первого ранга, при неудаче – узлам второго ранга и т. д.

Процедура рассылки пакетов называется алгоритмом маршрутизации. Существуют алгоритмы, когда смежные узлы, на которые будут отправляться пакет выбирается случайно. Соответственно каждая датаграмма уходит по случайному маршруту.

Виртуальный метод – этот метод предполагает установлении маршрута передачи всего сообщения отправителя до получателя с помощью специальной службы пакета запросов. Для такого сообщения выделяется маршрут, который в случае согласия получателя на соединение закрепляется для прохождения по нему всей совокупности пакетов.

При реализации этого метода сначала отправляется специальный служебный пакет, который называется запрос вызова.

Этот пакет как бы прокладывает весь маршрут по которому пойдут все пакеты относящиеся к этому вызову.

Метод называется виртуальным, потому что в этом случае не коммутируются реальный физический тракт, а устанавливается логическая связка между отправителем и получателем, т. е. имитируется виртуальный воображаемый тракт.

Преимущество виртуального метода перед датанраммой – упорядоченность пакетов. Недостаток – как только что-то случается с промежуточным узлом – сообщение не доставляется.