Автор: Пользователь скрыл имя, 27 Мая 2012 в 04:03, курс лекций
Работа содержит курс лекций по дисциплине "Сетевые технологии"
В цифровых линиях связи передаваемые сигналы Имеют конечное число состояний. Как правило, элементарный сигнал, то есть сигнал, передаваемый за один такт работы передающей аппаратуры, имеет 2, 3 или 4 состояния, которые в линиях связи воспроизводятся импульсами или потенциалами прямоугольной формы. С помощью таких сигналов передаются как компьютерные данные, так и оцифрованные речь и изображение.
Принципы межсетевой адресации
Функционирование глобальной сети постоянно приводит к необходимости обращения к устройствам, которые находятся в какой-нибудь локальной сети. Межсетевые адреса конструируются на третьем уровне эталонной модели OSI и позволяют хост-компьютерам различных локальных сетей обмениваться данными через глобальную сеть.
Схема адресации определяется непосредственно протоколом маршрутизации глобальной сети (например, IPv4, IPv6, IPX, AppleTalk). Каждый из протоколов использует уникальную схему адресации. Следовательно, от выбора протокола зависит возможная адресная иерархия.
Наиболее важным аспектом межсетевой адресации является уникальность. За исключением IPv6, любой сетевой протокол требует, чтобы одновременно существовала только одна конечная точка с указанным адресом. Избыточная межсетевая адресация приводит к возникновению ошибок маршрутизации и нарушает согласованность сетевых операций.
Протокол IPv6 предлагает новую схему адресации с так называемыми общими адресами (anycast). Общие адреса создаются автоматически, когда один и тот же адрес присваивается нескольким устройствам. Устройство маршрутизации при получении пакетов, передаваемых по общему адресу, просто направляет эти пакеты ближайшему устройству с таким адресом. Следовательно, устройства с общим адресом должны быть полностью взаимозаменяемыми на функциональном и конструктивном уровне.
Теоретически можно допустить, что в том случае, если глобальная сеть не будет непосредственно подключена к Internet, присвоение произвольных адресов никоим образом не скажется на ее функционировании. Вообще говоря, присвоение произвольных адресов Internet является недальновидным поступком и рано или поздно системный администратор будет вынужден заменить их. В мае 1993 года вышел документ RFC #1597, который определил и зарезервировал три диапазона адресов (по одному диапазону для классов адресов А, В и С протокола IPv4), которые можно использовать для внутренних нужд сети:
• 10.0.0.0-10.255.255.255
• 172.16.0.0-172.31.255.255
• 192.168.0.0-192.168.255.255
Эти диапазоны для использования в частных сетях резервирует соглашение о присвоении адресов Internet (Internet Assigned Numbers Authority — IANA). Один пункт документа RFC #1597 оговаривает, что эти адреса нельзя использовать при прямом доступе к Internet. Компании, уже использующие эти адреса и впоследствии сталкивающиеся с необходимостью подключения к Internet, могут воспользоваться в качестве посредника про-кси-сервером (proxy server) с уникальным и зарегистрированным IP-адресом. В качестве альтернативы можно использовать методики трансляции сетевых адресов (Network Address Translation — NAT).
При использовании зарезервированных документом RFC #1597 адресов необходимо строго следить за уникальностью адреса каждого устройства в пределах домена локальной сети. Адреса могут повторяться в глобальной сети, но в локальной сети они должны быть уникальными.
Протоколы динамической маршрутизации используются маршрутизаторами для выполнения трех основных функций:
• Открытия новых маршрутов
• Уведомления других маршрутизаторов об открытых маршрутах
• Пересылки пакетов по этим маршрутам
Существует три основных типа протоколов динамической маршрутизации: дистанционно-векторные, с анализом состояния канала и гибридные. Основное их различие заключается в способе выполнения первых двух из трех вышеупомянутых функций. Единственной альтернативой динамической маршрутизации является статическая.
В соответствии с алгоритмом дистанционно-векторной маршрутизации Бельмона-Форда (Bellman-Ford) непосредственным соседям по сети периодически пересылаются копии маршрутных таблиц. Каждый получатель, в свою очередь, добавляет собственный вектор расстояния к таблице и отсылает ее своим соседям. Таблицы распространяются между соседствующими маршрутизаторами по всем возможным направлениям.
Описанный итерационный процесс предоставляет каждому маршрутизатору возможность получать информацию от всех остальных и постепенно накапливать данные о сетевых расстояниях. Например, одним из самых распространенных протоколов дистанционно-векторной маршрутизации является протокол обмена маршрутной информацией RIP. Для определения оптимального пути протокол использует две основные размерности. В первом случае анализируется предполагаемое время прохождения пакета, измеренное в тактах, во втором — та же величина, но уже измеренная в пролетах.
Маршрутизаторы могут использовать большое количество размерностей для определения оптимальных маршрутов между отправителем и получателем. Эфемерно эти размерности можно назвать "сетевыми расстояниями". Такие расстояния могут быть представлены интервалом времени, количеством пролетов маршрутизаторов и т.п. и не ограничены физическими расстояниями.
Для обновления таблиц всех маршрутизаторов используется общая таблица расстояний. После заполнения общей таблицы каждый маршрутизатор располагает весьма смутными сведениями о расстояниях до сетевых ресурсов и не имеет данных об особенностях соседних устройств и действительной топологии сети.
В определенных ситуациях такой подход создает реальные проблемы для дистанционно-векторных протоколов. Например, после возникновения сбоя маршрутизаторы тратят некоторое время на "осмысление" новой сетевой топологии. Во время таких переходных процессов в таблицы могут попасть противоречивые сведения, что отрицательно скажется на своевременности доставки данных.
Существует множество различных способов защиты от таких ситуаций, но факт остается фактом — во время переходного процесса производительность сети находится под угрозой. Следовательно, старые протоколы, которые дольше "осмысливают" изменения, не должны использоваться в больших и сложных глобальных сетях.
Алгоритмы маршрутизации с анализом состояния каналов, известные под названием протоколов поиска кратчайшего пути (Shortest Path First — SPF), обрабатывают сложную базу данных сетевой топологии. В отличие от протоколов дистанционно-векторной маршрутизации эти протоколы разрабатывают полное представление о сетевых маршрутизаторах и способах их взаимодействия.
Для этого все непосредственно соединенные маршрутизаторы обмениваются пакетами состояния каналов (Link-State Packets — LSP). Каждый маршрутизатор, участвующий в обмене пакетами LSP, создает собственную топологическую базу данных, используя при этом данные всех полученных пакетов LSP. С помощью алгоритма SPF вычисляется оптимальный способ доступа к получателю. Эта информация затем используется для обновления таблиц маршрутизации. Данный алгоритм в состоянии адекватно реагировать на все изменения в сетевой топологии, вызванные сбоями ее компонентов или расширением сети. Следует отметить, что процедура рассылки пакетов LSP инициируется после каждого события в сети, а не только с заранее заданной периодичностью.
Маршрутизация с анализом состояния каналов имеет два потенциальных недостатка. Во-первых, на время начального процесса открытия путей большая часть полосы пропускания оказывается занятой служебным трафиком, что негативно сказывается на производительности сети. Хотя снижение производительности носит временный характер, пользователи сразу же почувствуют это.
Во-вторых, алгоритмы маршрутизации с анализом состояния каналов чрезвычайно требовательны к объему оперативной памяти и производительности процессора. Поэтому использование маршрутизаторов, анализирующих состояние каналов, связано с дополнительными расходами.
Гибридная маршрутизация
Итак, остался неосвещенным еще один, последний метод динамической маршрутизации — гибридизация (hybridization). Несмотря на то, что "открытый" сбалансированный гибридный протокол используется уже давно, все авторские права на этот метод до сих пор считаются частной собственностью компании Cisco System, Inc. При создании этого протокола (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol — EIGRP) была предпринята попытка совместить достоинства двух протоколов маршрутизации: дистанционно-векторных и с анализом состояния каналов, избегая при этом присущих им недостатков.
В сбалансированном гибридном протоколе используются те же размерности, что и в дистанционно-векторных протоколах, но более продуктивно. Изменения в топологии сети анализируются быстрее, при этом полоса пропускания не заполняется служебной информацией, что характерно для протоколов с анализом состояния каналов. Процедура обновления таблиц в гибридных протоколах инициируется не периодично, а только после определенных событий. В результате полоса пропускания почти полностью предоставлена реальным приложениям.
Маршрутизаторы, функционирующие в статическом режиме, отсылают пакеты из заранее определенных портов. После настройки они не предпринимают никаких попыток
открыть новые маршруты или обменяться данными с другими маршрутизаторами. Их роль в данном случае сводится лишь к отправке пакетов получателям.
Следует заметить, что использование статической маршрутизации целесообразно лишь в небольших сетях, в которых к любому устройству существует единственный оптимальный путь. В таких случаях рассматриваемый метод маршрутизации может оказаться наиболее эффективным, поскольку полоса пропускания не будет использоваться для поиска новых маршрутов или общения с другими маршрутизаторами.
По мере роста сети и появления новых избыточных маршрутов статическая маршрутизация становится все менее эффективной. Любые изменения в конфигурации глобальной сети приходится программировать вручную. В глобальных сетях сложных топологий, предоставляющих множество потенциальных маршрутов, целесообразно использовать динамическую маршрутизацию. Все попытки применять в таких сетях статические методы маршрутизации заранее обречены на неудачу из-за избыточного количества возможных маршрутов.
11