Маршрутизация в компьютерных сетях

 

 

2. IP-МАРШРУТИЗАЦИЯ

 

1. Упрощенная таблица маршрутизации

Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети, а также на основании критерия выбора маршрута. В качестве критерия часто выступает способность маршрута для последовательности пакетов или наиболее простой критерий, учитывающий только количество пройденных на маршруте промежуточных маршрутизаторов (ретрансляционных участков или хопов). Полученная в результате анализа информация о маршрутах дальнейшего следования пакетов помещается в таблицу маршрутизации.

Рис. 2.1.1. Принципы маршрутизации в компьютерной сети.

 

Используя условные обозначения для сетевых адресов маршрутизаторов и номеров сетей, показанные на рис. 2.1.1, представим таблицу маршрутизации в маршрутизаторе 4 (табл. 2.1.1).

Адрес назначения	Сетевой адрес следующего маршрутизатора	Сетевой адрес выходного портала	Расстояние до сети назначения
N1	IP12(R1)	IP41	1
N2	-	IP41	0 (подсоединена)
N3	IP12(R1)	IP41	1
N4	IP21(R2)	IP41	1
N5	-	IP42	0 (подсоединена)
N6	IP21(R2)	IP21	2
IPB	IP21(R2)	IP41	2
Маршрут по умолчанию	IP51(R5)	IP42	-

Талица 2.1.1. Таблица маршрутизации маршрутизатора 4.

Первый столбец таблицы содержит адреса назначения пакетов.

В каждой строке таблицы следом за адресом назначения указывается сетевой адрес следующего маршрутизатора (сетевой адрес следующего маршрутизатора), на который надо направить пакет, чтобы тот передвигался по направлению к заданному адресу по рациональному маршруту.

Перед тем, как передать пакет следующему маршрутизатору, текущий маршрутизатор должен определить, на какой из собственных портов (IP41 или IP42) он должен поместить данный пакет. Для этого служит третий столбец таблицы маршрутизации, содержащий сетевые адреса выходных интерфейсов.

Некоторые реализации сетевых протоколов допускают наличие в таблице маршрутизации сразу нескольких строк, соответствующих одному и тому же адресу назначения. В этом случае принимается во внимание столбец, представляющий расстояние до сети назначения. При этом расстояние измеряется в любой метрике, используемой в соответствии с заданным в сетевом пакете критерием. Расстояние может измеряться временем прохождения пакета по линиям связи, различными характеристиками надежности линий связи на данном маршруте, пропускной способностью или другой величиной, отражающей качество данного маршрута по отношению к заданному критерию. В таблице 2.1.1. расстояние между сетями измеряется хопами. Расстояние для етей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора, здесь принимается равным 0, однако в некоторых реализациях отсчет расстояний начинается с 1.

Когда пакет поступает на маршрутизатор, модуль IP извлекает из его заголовка номер сети назначения и последовательно сравнивает его с номерами сетей из каждой строки таблицы.  Строка с совпавшим номером сети показывает ближайший маршрутизатор, на который следует направить пакет.

Чаще всего в качестве адреса назначения в таблице указывается не весь IP-адрес, а только номер сети назначения. Таким образом, для всех пакетов, направляемых в одну и ту же сеть, протокол IP будет предлагать один и тот же маршрут (пока мы не принимаем во внимание возможные изменения состояния сети, такие как отказы маршрутизаторов или обрывы кабелей). Однако в некоторых случаях возникает необходимость для одного из узлов сети определить специфический маршрут, отличающийся от маршрута, заданного для всех остальных узлов сети. Для этого в таблицу маршрутизации помещают для данного узла отдельную строку, содержащую его полный IP-адрес и соответствующую маршрутную информацию. Если в таблице имеются записи о маршрутах как сети в целом, так и к отдельному ее узлу, то при поступлении пакета, адресованного данному узлу, маршрутизатор отдаст предпочтение специфическому маршруту.

Поскольку пакет может быть адресован в любую сеть составной сети, может показаться, что каждая таблица маршрутизации должна иметь записи обо всех сетях, входящих в составную сеть. Однако при таком подходе в случае крупной сеи объем таблиц маршрутизации может оказаться очень большим, что повлияет на время ее просмотра, требует много места для хранения и т.п. Поэтому на практике широко известен прием уменьшения количества записей в таблице маршрутизации, основанный на введении маршрута по умолчанию (default route), учитывающий особенности топологии сети. Рассмотрим, например, маршрутизаторы, находящиеся на периферии составной сети. В их таблицах достаточно записать номера только тех сетей, которые непосредственно присоединены к данному маршрутизатору или расположены поблизости на тупиковых маршрутах. Обо всех же остальных сетях можно сделать в таблице единственную запись, указывающую на маршрутизатор, через который пролегает путь ко всем этим сетям. Такой маршрутизатор называется маршрутизатором по умолчанию (default router). На рис. 2.1.1 на маршрутизаторе 4 имеются специфические маршруты только для пакетов, следующих в сети N1-N6. Для всех остальных пакетов, адресованных в сети N7-N18, маршрутизатор предлагает продолжить путь через один и тот же порт IP51 маршрутизатора 5, который в данном случае и является маршрутизатором по умолчанию.  

 

 

2. Таблицы маршрутизации конечных узлов

Задачу маршрутизации решают не только промежуточные узлы (маршрутизаторы), но и конечные узлы – компьютеры. Решение этой задачи начинается с того, что средствами протокола на IP на конечном узле определяется, направлен ли пакет в другую сеть или адресован какому-нибудь узлу данной сети. Если номер сети назначения совпадает с номером данной сети, это означает, что пакет маршрутизировать не требуется. В противном случае маршрутизация нужна.

Структура таблиц маршрутизации конечных узлов и транзитных маршрутизаторов аналогичны. Обратимся к сети, изображенной на рис. 2.1.1. Таблица маршрутизации конечного узла B, принадлежащего сети N3, могла бы выглядеть так (табл. 2.2.1). Здесь IPB – сетевой адрес интерфейса компьютера B. На основании этой таблицы конечный узел B выбирает, на каком из двух имеющихся в локальной сети N3 маршрутизаторов (R1 или R3) следует посылать тот или иной пакет.

 

Номер сети назначения	Сетевой адрес следующего маршрутизатора	Сетевой адрес выходного портала	Расстояние до сети назначения
N1	IP13(R1)	IPB	1
N2	IP13(R1)	IPB	1
N3	-	IPB	0
N4	IP31(R3)	IPB	1
N5	IP13(R1)	IPB	2
N6	IP31(R3)	IPB	2
Маршрут по умолчанию	IP31(R3)	IPB	-

Таблица 2.2.1. Таблица маршрутизации конечного узла B.

 Конечные узлы еще  в большей степени, чем маршрутизаторы, пользуются приемом маршрутизации  по умолчанию. Хотя они в общем  случае имеют в своем распоряжении  таблицу маршрутизации, ее объем  обычно незначителен, что объясняется  периферийным расположением всех  конечных узлов. Конечный узел  часто вообще работает без  таблицы маршрутизации, имея только  сведения об адресе маршрутизатора  по умолчанию. При наличии одного  маршрутизатора в локальной сети  этот вариант – единственно  возможный для всех конечных  узлов. Но даже при наличии  нескольких маршрутизаторов в  локальной сети, когда перед конечным  узлом стоит проблема их выбора, часто в компьютерах для повышения  производительности прибегают к  заданию маршрута по умолчанию.

Рассмотрим таблицу маршрутизации другого конечного узла составной сети – узла А (табл. 2.2.2).

Номер сети назначения	Сетевой адрес следующего маршрутизатора	Сетевой адрес выходного порта	Расстояние до сети назначения
N12	-	IPA	0
Маршрут по умолчанию	IP17,1 (R17)	IPA	-

Таблица 2.2.2. Таблица маршрутизации конечного узла А.

Компактный вид таблицы маршрутизации узла А отражает тот факт, что все пакеты, направляемые из узла А, либо не выходят за пределы сети N12, либо непременно проходят через порт 1 маршрутизатора 17. Этот маршрутизатор и определен в таблице маршрутизации в качестве маршрутизатора по умолчанию.

Еще одним отличием работы маршрутизатора и конечного узла является способ построения таблицы маршрутизации. Если маршрутизаторы, как правило, автоматически создают таблицы маршрутизации, обмениваясь служебной информацией, то для конечных узлов таблицы маршрутизации часто создаются вручную администраторами и хранятся в виде постоянных файлов на диске.

 

 

3. Источники и типы записей в таблице маршрутизации

Практически для всех маршрутизаторов существуют три основных источника записей в таблице.

• Одним из источников записей в таблицы маршрутизации является программное обеспечение стека TCP/IP, которое при инициализации маршрутизатора автоматически заносит в таблицу несколько записей, в результате чего создается так называемая минимальная таблица маршрутизации. Программное обеспечение формирует записи о непосредственно подключенных сетях и маршрутах по умолчанию, информация о которых появляется в сетке при ручном конфигурировании интерфейсов компьютера или маршрутизатора. Кроме того, программное обеспечение автоматически заносит в таблицу маршрутизации записи об адресах особого назначения. В таблицу могут быть занесены адреса, предназначенные для обработки широковещательных рассылок. В некоторых таблицах записи об особых адресах вообще отсутствуют.
• Еще одним источником записей в таблицу является администратор, непосредственно формирующий записи с помощью некоторой системной утилиты, например программы route, имеющейся в операционных системах Unix и Windows XP. В аппаратных маршрутизаторах также имеется команда для ручного задания записей таблицы маршрутизации. Заданные вручную записи всегда являются статическими, то есть они не имеют срока жизни. Эти записи могут быть как постоянными, то есть сохраняющимися при перезагрузке маршрутизатора, так и временными, хранящимися в таблице только до выключения устройства. Часто администратор вручную заносит запись о маршруте по умолчанию. Таким же образом в таблицу маршрутизации может быть внесена запись о специфическом для узла маршруте.
• Третьим источником записей  могут быть протоколы маршрутизации, такие как RIP или OSPF. Эти записи всегда являются динамическими, то есть имеют ограниченный срок жизни.

Программные маршрутизаторы Unix или Windows XP не показывают источник появления той или иной записи в таблице, а аппаратный маршрутизатор использует для этой цели поле источника.  
Заключение

В результате работы над курсовым проектом была самостоятельно изучена работа и функции, выполняемые маршрутизаторами в компьютерных сетях.  Маршрутизаторы разработаны для использования в больших компьютерных сетей и существенно оптимизируют их работу, экономят затраты на передачу информации, повышают надёжность работы сети в случае выхода из строя как отдельных её компонентов, так и целых сегментов, позволяя использовать разные режимы передачи информации внутри сети, а также дают возможность соединения в единую сеть подсетей с разными протоколами и интерфейсами и способами передачи данных. Маршрутизатор программируется посредством таблицы маршрутизации и в дальнейшем не требует вмешательства администратора сети. Соседние маршрутизаторы периодически опрашивают друг друга и в случае пропадания связи перенаправляют информацию на другие «живые» участки сети. При помощи таблицы маршрутизации можно задать приоритет передачи информации через тот или иной маршрутизатор, исходя из соображения скорости, важности, стоимости и загруженности сети.

 

Список использованных источников

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии протоколы: Учебник для вузов. 4-е издание. -СПб.: Питер, 2010.
2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Новые технологии и оборудование IP-сетей. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2000.
3. Фейт Сидни. TCP/IP. Архитектура, протоколы, реализация. М.: Лори, 2000.
4. Таненбаум Э. Компьютерные сети, 4-е изд. СПб.: Питер, 2002.