Структура та призначення таблиць маршрутизації

Курсова робота

з дисципліни:

«Сучасні засоби застосування мереж ЕОМ»

на тему:

«Структура та призначення таблиць маршрутизації»

Зміст

1. Загальні відомості про поняття «маршрутизація»

a. Компоненти маршрутизації

b. Визначення маршруту

c. Комутація

2. Алгоритми маршрутизації

3. Типи алгоритмів

4. Показники алгоритмів (метрики)

5. Статична і динамічна маршрутизація

a. Статична IР-маршрутизація

b. Конфігурування статичних IР-маршрутизаторів

c. Використання адреси шлюзу за замовчуванням

d. Побудова таблиці маршрутизації

e. Записи за замовчуванням у таблиці маршрутизації

f. Додавання статичних записів

g. Динамічна IР-маршрутизація

h. Конфігурація вузла

6. Протокол RIP

7. Спільне використання статичної й динамічної маршрутизації

8. Структура таблиць маршрутизації в IP-мережах

9. Протокол ARP

10. Висновки.

11. Список використаної літератури

27

1. Загальні відомості про поняття «маршрутизація»

У загальнодоступному значенні слова маршрутизація означає пересування інформації від джерела до пункту призначення через об'єднану мережу. При цьому, як правило, на шляху зустрічається принаймні один вузол. Маршрутизація часто протиставляється об'єднанню мереж за допомогою моста, яке, у популярнім розумінні цього способу, виконує точно такі ж функції. Основна відмінність між ними полягає в тому, що об'єднання за допомогою моста має місце на Рівні 2 еталонної моделі ISO, у той час як маршрутизація зустрічається на Рівні 3. Цією різницею пояснюється те, що маршрутизація й об'єднання за мостовою схемою використовують різну інформацію в процесі її переміщення від джерела до місця призначення. Результатом цього є те, що маршрутизація й об'єднання за допомогою моста виконують свої завдання різними способами; фактично, є кілька різних видів маршрутизації й об'єднання за допомогою мостів.

Тема маршрутизації висвітлювалася в науковій літературі про комп'ютери більш 2-х десятиліть, однак з комерційної точки зору маршрутизація набула популярності тільки в 1970 рр. Протягом цього періоду мережі були досить простими, гомогенними оточеннями. Великомасштабне об'єднання мереж стало популярно тільки останнім часом.

a. Компоненти маршрутизації

Маршрутизація містить у собі два основні компоненти: визначення оптимальних трактів маршрутизації й транспортування інформаційних груп (звичайно називаються пакетами) через об'єднану мережу. Останній із цих двох компонентів також називається комутацією. Комутація відносно проста. З іншого боку, визначення маршруту може бути дуже складним процесом.

b. Визначення маршруту

Визначення маршруту може базуватися на різних показниках (величинах, результуючих з алгоритмічних обчислень по окремій змінній - наприклад, довжина маршруту) або комбінаціях показників. Програмні реалізації алгоритмів маршрутизації вираховують показники маршруту для визначення оптимальних маршрутів до пункту призначення.

Для полегшення процесу визначення маршруту, алгоритми маршрутизації ініціалізують і підтримують таблиці маршрутизації, у яких утримується маршрутна інформація. Маршрутна інформація змінюється залежно від використовуваного алгоритму маршрутизації.

Алгоритми маршрутизації заповнюють маршрутні таблиці якоюсь множиною інформації. Асоціації "Пункт призначення/наступне пересилання" повідомляють роутеру, що певний пункт призначення може бути оптимально досягнутий шляхом відправлення пакета в певний роутер, що представляє "наступне пересилання" на шляху до кінцевого пункту призначення. При отриманні вхідного пакету роутер перевіряє адресу пункту призначення й намагається асоціювати цю адресу з наступним пересиланням. На мал.1 наведений приклад маршрутної таблиці "місце призначення/наступне пересилання".

27

Мал. 1 Місце призначення/наступне пересилання

У маршрутних таблицях може міститися також і інша інформація. "Показники" забезпечують інформацію про бажаність якого-небудь каналу або тракту. Роутеры порівнюють показники, щоб визначити оптимальні маршрути. Показники відрізняються один від одного залежно від використаної схеми алгоритму маршрутизації.

Роутеры з’єднуються один з одним (і підтримують свої маршрутні таблиці) шляхом передачі різних повідомлень. Одним з видів таких повідомлень є повідомлення про "відновлення маршрутизації". Відновлення маршрутизації звичайно включають усю маршрутну таблицю або її частину. Аналізуючи інформацію про відновлення маршрутизації, що надходить від усіх роутерів, кожен з них може побудувати детальну картину топології мережі. Іншим прикладом повідомлень, якими обмінюються роутери, є "оголошення про стан каналу". Оголошення про стан каналу інформує інші роутери про стан каналів відправника. Канальна інформація також може бути використана для побудови повної картини топології мережі. Після того, як топологія мережі стає зрозумілою, роутери можуть визначити оптимальні маршрути до пунктів призначення.

c. Комутація

Алгоритми комутації порівняно прості й в основному однакові для більшості протоколів маршрутизації. У більшості випадків головна обчислювальна машина визначає необхідність відправлення пакета в іншу головну обчислювальну машину. Одержавши певним способом адресу роутера, головна обчислювальна машина-джерело відправляє пакет, адресований спеціально у фізичну адресу роутера (рівень МАС), однак з адресою протоколу (мережний рівень) головної обчислювальної машини пункту призначення.

Після перевірки адреси протоколу пункту призначення пакета роутер визначає, знає він чи ні, як передати цей пакет до наступного роутеру. У другому випадку (коли роутер не знає, як переслати пакет) пакет, як правило, ігнорується. У першому випадку роутер відсилає пакет до наступного роутеру шляхом заміни фізичної адреси пункту призначення на фізичну адресу наступного роутера й наступної передачі пакета.

Наступне пересилання може бути або не бути головною обчислювальною машиною остаточного пункту призначення. Якщо ні, то наступним пересиланням, як правило, є інший роутер, який виконує такий же процес ухвалення рішення про комутацію. У міру того, як пакет просувається через об'єднану мережу, його фізична адреса змінюється, однак адреса протоколу залишається незмінною. Цей процес ілюструється на Мал. 2.

Мал.2

У викладеному вище описі розглянута комутація між джерелом і системою кінцевого пункту призначення. Міжнародна Організація по Стандартизації (ISO) розробила ієрархічну термінологію, яка може бути корисною при описі цього процесу. Якщо користуватися цією термінологією, то прилади мережі, що не володіють здатністю пересилати пакети між підмережами, називаються кінцевими системами (ЕS), у той час як прилади мережі, що мають таку здатність, називаються проміжними системами (IS). Проміжні системи далі підрозділяються на системи, які можуть сполучатися в межах "доменів маршрутизації" ("внутридоменні" IS), і системи, які можуть сполучатися як у межах домена маршрутизації, так і з іншими доменами маршрутизації ("міждоменні IS"). Звичайно вважається, що "домен маршрутизації" - це частина об'єднаної мережі, що перебуває під загальним адміністративним керуванням і регульована певним набором адміністративних керівних принципів. Домени маршрутизації називаються також "автономними системами" (AS). Для певних протоколів домени маршрутизації можуть бути додатково підрозділені на "ділянки маршрутизації", однак для комутації як всередині ділянок, так і між ними також використовуються внутридоменні протоколи маршрутизації.

2. Алгоритми маршрутизації

Алгоритми маршрутизації можна диференціювати, ґрунтуючись на декількох ключових характеристиках. По-перше, на роботу результуючого протоколу маршрутизації впливають конкретні завдання, які вирішує розроблювач алгоритму. По-друге, існують різні типи алгоритмів маршрутизації, і кожний з них по-різному впливає на мережу й ресурси маршрутизації. І нарешті, алгоритми маршрутизації використовують різноманітні показники, які впливають на розрахунок оптимальних маршрутів.

Цілі розробки алгоритмів маршрутизації

При розробці алгоритмів маршрутизації часто переслідують одну або кілька з перерахованих нижче цілей:

1.       Оптимальність

2.       Простота та малі невиробничі витрати

3.       Живучість та стабільність

4.       Швидка збіжність

5.       Гнучкість

Оптимальність

Оптимальність, ймовірно, є самою загальною метою розробки. Вона характеризує здатність алгоритму маршрутизації вибирати "найкращий" маршрут. Найкращий маршрут залежить від показників і від "ваги" цих показників, використовуваних при проведенні розрахунку. Наприклад, алгоритм маршрутизації міг би використовувати кілька пересилань із певною затримкою, але при розрахунку "вага" затримки може бути їм оцінена як дуже значна. Природно, що протоколи маршрутизації повинні суворо визначати свої алгоритми розрахунку показників.

Простота та малі невиробничі витрати

Алгоритми маршрутизації розробляються як можна більш простими. Інакше кажучи, алгоритм маршрутизації повинен ефективно забезпечувати свої функціональні можливості, з мінімальними витратами програмного забезпечення й коефіцієнтом використання. Особливо важлива ефективність у тому випадку, коли програма, що реалізує алгоритм маршрутизації, повинна працювати в комп'ютері з обмеженими фізичними ресурсами.

Живучість та стабільність

Алгоритми маршрутизації повинні мати живучість. Інакше кажучи, вони повинні чітко функціонувати у випадку неординарних або непередбачених обставин, таких як відмови апаратури, умови високого навантаження й некоректні реалізації. Оскыльки роутери розташовані у вузлових точках мережі, їх відмова може викликати значні проблеми.
Часто найкращими алгоритмами маршрутизації виявляються ті, які витримали випробування часом і довели свою надійність у різних умовах роботи мережі.

Швидка збіжність

Алгоритми маршрутизації повинні швидко сходитися. Збіжність - це процес угоди між усіма роутерами по оптимальних маршрутах. Коли яка-небудь подія в мережі приводить до того, що маршрути або відкидаються, або стають доступними, роутери розсилають повідомлення про відновлення маршрутизації. Повідомлення про відновлення маршрутизації пронизують мережі, стимулюючи перерахування оптимальних маршрутів і, в остаточному підсумку, змушуючи всі роутери прийти до угоди по цих маршрутах. Алгоритми маршрутизації, які сходяться повільно, можуть привести до утворення петель маршрутизації або виходам з ладу мережі.

На Мал. 3 зображена петля маршрутизації. У цьому випадку, у момент часу t1 до роутеру 1 прибуває пакет. Роутер 1 уже був оновлений і тому він знає, що оптимальний маршрут до пункту призначення вимагає, щоб наступною зупинкою був роутер 2. Тому роутер 1 пересилає пакет у роутер 2. Роутер 2 ще не був оновлений, тому він вважає, що наступним оптимальним пересиланням повинен бути роутер 1.
Тому роутер 2 пересилає пакет назад у роутер 1. Пакет буде продовжувати скакати взад і вперед між двома роутерами доти, поки роутер 2 не одержить коректування маршрутизації, або поки число комутацій даного пакета не перевищить припустимого максимального числа.

Мал.3 Петля маршрутизації

Гнучкість

Алгоритми маршрутизації повинні бути також гнучкими. Інакше кажучи, алгоритми маршрутизації повинні швидко й точно адаптуватися до різноманітних обставин у мережі. Наприклад, припустимо, що сегмент мережі був відкинутий. Багато алгоритмів маршрутизації, після того як вони довідаються про цю проблему, швидко вибирають наступний найкращий шлях для всіх маршрутів, які звичайно використовують цей сегмент. Алгоритми маршрутизації можуть бути запрограмовані таким чином, щоб вони могли адаптуватися до змін смуги пропускання мережі, розмірів черги до роутеру, величини затримки мережі й інших змінних.

3. Типи алгоритмів

Алгоритми маршрутизації можуть бути класифіковані по типах. Наприклад, алгоритми можуть бути:

1.       Статичними або динамічними

2.       Одномаршрутними або багатомаршрутними

3.       Однорівневими або ієрархічними

4.       З інтелектом в головній обчислювальній машині або в роутері

5.       Внутридоменними або міждоменними

6.       Алгоритмами стану каналу або вектору відстаней

Статичні або динамічні алгоритми

Статичні алгоритми маршрутизації взагалі навряд є алгоритмами. Розподіл статичних таблиць маршрутизації задається адміністратором мережі до початку маршрутизації. Цей розподіл не змінюється, якщо тільки адміністратор мережі не змінить його. Алгоритми, що використовують статичні маршрути, прості для розробки й добре працюють в оточеннях, де трафік мережі відносно передбачуваний, а схема мережі відносно проста.

Оскільки статичні системи маршрутизації не можуть реагувати на зміни в мережі, вони, як правило, вважаються непридатними для сучасних велик мереж, що постійно змінюються. Більшість домінуючих алгоритмів маршрутизації починаючи з 1990рр. - динамічні.

Динамічні алгоритми маршрутизації підбудовуються до мінливих обставин мережі в масштабі реального часу. Вони виконують це шляхом аналізу вхідних повідомлень про відновлення маршрутизації. Якщо в повідомленні вказується, що мала місце зміна мережі, програми маршрутизації перераховують маршрути й розсилають нові повідомлення про коректування маршрутизації. Такі повідомлення пронизують мережу, стимулюючи роутери заново проганяти свої алгоритми й відповідним чином змінювати таблиці маршрутизації. Динамічні алгоритми маршрутизації можуть доповнювати статичні маршрути там, де це доречно. Наприклад, можна розробити "роутер останнього обігу" (тобто роутер, у який відсилаються всі невідправлені по певному маршруту пакети). Такий роутер виконує роль сховища невідправлених пакетів, гарантуючи, що всі повідомлення будуть хоча б певним чином оброблені.