На рис.7.4. показано, как процессы, выполняющиеся на двух конечных узлах, передают свои данные через составную сеть.
Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP работают на конечных узлах -компьютерах, выполняющих приложения пользователей. Их данные передаются протоколам транспортного уровня, здесь делятся на сегменты и передаются на сетевой уровень для передачи с помощью маршрутизаторов через составную сеть по сетевым адресам. Пакеты сетевого уровня упаковываются в кадры канального уровня технологии подсети, лежащей между портами соседних маршрутизаторов, и передаются в пределах этой подсети по локальным, например, МАС-адресам. Таким образом, при передаче из одной подсети в другую неизменные сетевые пакеты упаковываются в разные канальные кадры, которые, в свою очередь, используют разные протоколы физического уровня для передачи своих данных по физической среде предачи.
Рис. 7. 4. Передача данных через составную сеть
Протоколы TCP и UDP взаимодействуют через межуровневые интерфейсы с ниже лежащим протоколом IP и с выше лежащими протоколами прикладного уровня или приложениями.
В то время как задачей сетевого уровня, к которому относится протокол IP, является передача данных между парами соседних узлов сети (компьютером и портом маршрутизатора, между портами двух соседних маршрутизаторов), задача транспортного уровня, которую решают протоколы TCP и UDP, заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, выполняющимися на любых узлах сети. Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных. Поэтому, после того как пакет средствами протокола IP доставлен в компьютер-получатель, данные необходимо направить конкретному процессу-получателю. С другой стороны, различные приложения передают в сеть свои пакеты через общий IP протокол. Процедуру приема данных от разных прикладных служб выполняют протоколы TCP и UDP и называется она мультиплексированием . Обратная процедура распределения пакетов от сетевого протокола IP по прикладным процессам, выполняемая этими транспортными протоколами, называется демультиплексированием .
Протоколы TCP и UDP ведут для каждого порта две очереди: очередь пакетов, поступающих в данный порт из сети, и очередь пакетов, отправляемых данным портом в сеть. Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами, причем входная и выходная очередь одного приложения рассматриваются как один порт. Порты имеют номера. Таким образом, номера портов идентифицируют приложения и прикладные процессы (рис.7.5.). Для серверных модулей общедоступных служб, таких как FTP, HTTP, DNS и т.д., назначаются хорошо известные стандартные номера портов (например, номер 21 закреплен за службой удаленного доступа к файлам FTP, a 23 - за службой удаленного управления telnet). Назначенные номера являются уникальными в пределах Интернета и назначаются приложениям централизованно в пределах 0 – 1023. Для серверных модулей менее распространенных приложений номера могут назначаться их разработчиками локально . Для других приложений, в том числе и для клиентов известных служб FTP, HTTP, telnet и т.д. ОС в ответ на поступление запроса от приложения выделяет ему динамически первый свободный номер из диапазона 1024 – 65535. После завершения работы приложения, номер его порта освобождается и может быть назначен другому приложению. Номера портов в пределах одного компьютера должны быть уникальными отдельно для TCP –протокола и отдельно для UDP – протокола. Два приложения, которые используют разные транспортные протоколы, могут получить одинаковые номера портов (например, одно – 1520 TCP, другое – 1520 UDP). Аналогично, могут совпадать номера портов, которые выделяют приложениям разные компьютеры одной сети.
Прикладной процесс однозначно идентифицируется парой (IP – адрес, номер порта), которая называется сокет (socket). Если используется номер порта TCP, сокет называется TCP - сокетом, если используется номер порта UDP, сокет называется UDP- сокетом. В каждом сетевом взаимодействии участвует пара сокетов, а TCP – соединение идентифицируется парой сокетов взаимодействующих процессов.
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
ГБПОУ ВО «Острогожский многопрофильный техникум» Разработал преподаватель спецдисциплин Солодовникова О.А. Презентация По МДК 02.01 «Инфокоммуникационные системы и сети» На тему « Организация межсетевого взаимодействия»
2
слайд
Описание слайда:
Введение Взаимодействие с PSTN Взаимодействие с PSPDN 3.1. Случай А 3.2. Случай B Взаимодействие с СSPDN Заключение Литература План
3
слайд
Описание слайда:
Введение При объединении локальных сетей (которые называются сегментами) в одну сеть пользователи этих сетей могут совместно использовать файлы, ресурсы и средства электронной почты. Если все сети одной фирмы используют одну и ту же топологию и метод доступа (например, Ethernet), то объединить их относительной несложно. Вам могут потребоваться для этого различные мосты, маршрутизаторы, кабельные концентраторы и коммутационные блоки, о которых рассказывается в данной главе.
4
слайд
Описание слайда:
Межсетевое взаимодействие необходимо для абонентов ISDN с целью связи с абонентами других сетей, как показано на рис. 2.21. Некоторое время проблема организации межсетевого взаимодействия между ISDN и другими сетями была сложной. Несмотря на использование ISDN в различных государственных структурах, услуги и атрибуты услуг могут отличаться Рис. 2.21. ISDN пользователи имеют доступ ко всем сетям Типичные функции межсетевого взаимодействия включают: § преобразование между различными системами нумерации; § адаптацию электрических характеристик различных сетей; § преобразование между различными системами сигнализации, обычно называемое отображением; § преобразование между различной техникой модуляции.
5
слайд
Описание слайда:
Взаимодействие с PSTN В ISDN детальная информация о запрашиваемой услуге и совместимости терминалов может передаваться вне канала через сеть от терминала к терминалу. Это является характеристикой систем сигнализации, применяемых в ISDN. "Вне канала" означает, что информация сигнализации и пользовательская информация передаются по отдельным путям. Системы сигнализации, используемые в PSTN, не имеют такой способности. Через PSTN в ISDN может быть передана только ограниченная информация. Кроме того, цифровые данные со скоростью 64 кбит/с или со скоростью, адаптированной к 64 кбит/с, передаются через ISDN со скоростью 64 кбит/с. Но в PSTN цифровые данные должны быть преобразованы в аналоговые посредством модема и переведены через PSTN как 3,1 кГц аудио – информация (рис. 2.22).
6
слайд
Описание слайда:
Взаимодействие с PSPDN Трафик между ISDN и сетью передачи данных с коммутацией пакетов общего пользования (PSPDN) может быть представлен двумя способами, определенными CCITT как случай А и случай В.
7
слайд
Описание слайда:
Взаимодействие с PSPDN Случай А В случае А терминалы, передающие пакеты в ISDN, соединяются с помощью информационных каналов с сетью коммутации пакетов. Пакетная коммутация используется в PSPDN даже для вызовов между двумя терминалами, передающими пакеты в ISDN.
8
слайд
Межсетевое взаимодействие необходимо для абонентов ISDN с целью связи с абонентами других сетей, как показано на рис. 2.21. Некоторое время проблема организации межсетевого взаимодействия между ISDN и другими сетями была сложной.
Несмотря на использование ISDN в различных государственных структурах, услуги и атрибуты услуг могут отличаться.
Типичные функции межсетевого взаимодействия включают:
- преобразование между различными системами нумерации;
- адаптацию электрических характеристик различных сетей;
- преобразование между различными системами сигнализации, обычно называемое отображением;
- преобразование между различной техникой модуляции.
2.8.1. Взаимодействие с PSTN
Основные проблемы взаимодействия, возникающие при связи между ISDN и телефонной сетью общего пользования (PSTN), обусловлены несовместимостью систем сигнализации и методов передачи.
В ISDN детальная информация о запрашиваемой услуге и совместимости терминалов может передаваться вне канала через сеть от терминала к терминалу. Это является характеристикой систем сигнализации, применяемых в ISDN. "Вне канала" означает, что информация сигнализации и пользовательская информация передаются по отдельным путям. Системы сигнализации, используемые в PSTN, не имеют такой способности. Через PSTN в ISDN может быть передана только ограниченная информация о запрашиваемой услуге.
Кроме того, цифровые данные со скоростью 64 кбит/с или со скоростью, адаптированной к 64 кбит/с, передаются через ISDN со скоростью 64 кбит/с. Но в PSTN цифровые данные должны быть преобразованы в аналоговые посредством модема и переведены через PSTN как 3,1 кГц аудио – информация (рис. 2.22).
Рис. 2.22. Преобразование цифровых данных в аналоговые сигналы звуковой частоты
Прежде, чем передать сигналы в ISDN, аудио – информация 3,1 кГц должна быть преобразована в ИКМ – сигналы. В связи с использованием различной техники передачи возникает ситуация несовместимости. В настоящее время этой несовместимостью можно управлять (рис. 2.23).
Преобразование цифровых данных в ИКМ – кодированные аналоговые данные выполняется у потребителя с помощью модема. Аудио–информация 3,1 кГц переносится от ISDN-абонента через ISDN и PSTN к абоненту PSTN.
2.8.2. Взаимодействие с PSPDN
Трафик между ISDN и сетью передачи данных с коммутацией пакетов общего пользования (PSPDN) может быть представлен двумя способами, определенными CCITT как случай А и случай В.
В случае А терминалы, передающие пакеты в ISDN, соединяются с помощью информационных каналов с сетью коммутации пакетов. Пакетная коммутация используется в PSPDN даже для вызовов между двумя терминалами, передающими пакеты в ISDN.
В случае В используются средства пакетной коммутации в пределах ISDN. Функция "циклового манипулятора" на местной станции ISDN направляет и концентрирует пакетные данные, полученные по D – каналу, к Вd – каналам. Вd – канал является В – каналом, который содержит пакетные данные из 4 D – каналов. Содержимое Вd – каналов направляется через ISDN в "пакетный манипулятор", который соединяется с PSPDN, как показано на рис. 2.24.
2.8.3. Взаимодействие с СSPDN
Взаимодействие с сетью передачи данных с коммутацией каналов общего пользования также возможно. Коммутация может быть внедрена в CSPDN или внутри ISDN, как показано на рис. 2.25.
Другая возможность – это доступ к CSPDN через PSPDN.
^ ОРГАНИЗАЦИЯ МЕЖСЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
3.1. Принципы согласования гетерогенных сетей
При организации взаимодействия двух или более компьютеров для получения работоспособной сети достаточно использование базовой сетевой технологии.
Базовая сетевая технология - это согласованный набор протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Примерами базовых технологий могут служить такие технологии, как Ethernet или Token Ring.
Имея программные и аппаратные средства, а также среду передачи данных, соответствующие одной базовой технологии, и объединив их в соответствии с требованиями стандарта с помощью данной технологии, можно организовать информационный обмен нескольких компьютеров. Протоколы и оборудование сетей, построенных на основе базовых технологий, специально разрабатываются для совместной работы, что избавляет от необходимости использовать дополнительные средства для организации их взаимодействия.
Появление новых стандартов и технологий не обозначает массовый переход всех систем только на эти технологии. Дело в том, что процесс модернизации обычно требует немалых затрат, связанных как со стоимостью нового оборудования и программного обеспечения, так и, например, с теми убытками, которые понесет организация в результате «простоя», вызванного установкой, настройкой и проверкой работоспособности закупленного сетевого оборудования и программного обеспечения. Поэтому, на практике существование рядом сетей, использующих различные поколения одной и той же технологии, - явление вполне уместное.
Весьма актуальной остается задача, когда требуется организовать взаимодействие подобных сетей, объединенных в одну составную сеть. При этом, т. е. при построении составных сетей, включающих в себя подсети, организованные с использованием различающихся базовых технологий, встает проблема согласования между собой различных базовых технологий, а также различных «версий» реализации этих технологий.
Оборудование, разработанное для работы в сети, основанной на одной технологии, зачастую оказывается далеко не всегда совместимым между собой. Это связано с тем, что производители сетевого оборудования используют свои собственные фирменные стандарты, которые не всегда полностью идентичны официальным. Происходить такое может в результате неточной, ошибочной реализации официальных стандартов либо в результате попыток эти стандарты улучшить (расширить), т. е. внести новые дополнительные функции или свойства, призванные улучшить работы производимого оборудования.
Поэтому при объединении подсетей, использующих сетевое оборудование разных фирм, иногда возникает необходимость выбора: либо установка нового оборудования только от одного производителя, либо переконфигурация всего имеющегося оборудования на работу по стандартным протоколам и технологиям, чтобы оно стало совместимо с оборудованием других производителей.
Другой сложностью, возникающей при объединении нескольких сетей, использующих различные технологии и архитектуры, является применение в этих сетях различных стеков протоколов.
В США попытка перевести все сети на единый стек протоколов OSI не увенчалась большим успехом. Это можно объяснить тем, что в сети Интернет стандартом де-факто стал стек TCP/IP, а кроме того, стеки IPX/SPX, NetBEUI и ряд других все еще не потеряли своей популярности.
Для согласования протоколов, принадлежащих разным стекам, используются три основных метода:
инкапсуляция;
трансляция;
мультиплексирование.
Инкапсуляция (или туннелирование) протоколов - метод согласования разнородных сетей, использующих различные технологии транспортировки данных. Данный метод применяется, если нужно организовать обмен данными между двумя сетями, построенными по одинаковой технологии. Такие сети могут быть связаны не непосредственно, а посредством других промежуточных сетей, использующих отличные технологии построения сетей. Метод инкапсуляции, применяемый в этом случае, использует промежуточные сети в качестве транзитных, передавая информацию через них посредством их же транспортных средств.
Принцип инкапсуляции протоколов имеет сходство с принципом инкапсуляции пакетов при их продвижении по стеку протоколов. Пакеты транспортного протокола, которые нужно переслать через транзитную сеть, инкапсулируются в пакеты транспортного протокола этой транзитной сети. После прохождения промежуточной, транзитной сети происходит обратный процесс - полученные пакеты декапсулируются и пересылаются непосредственно адресату.
Инкапсуляция может быть использована для транспортных протоколов любого уровня и зачастую является наиболее простым и быстрым решением среди остальных методов согласования протоколов. Однако инкапсуляция не обеспечивает возможности взаимодействия с узлами транзитной сети.
Метод трансляции обеспечивает согласование двух протоколов за счет конвертирования формата сообщений, поступающих из одной сети, в формат другой сети. Задачи трансляции обычно берут на себя аппаратно-технические средства, служащие для организации межсетевого взаимодействия.
Сложность выполнения трансляции зависит от степени различий транслируемых протоколов между собой, от используемых этими протоколами систем адресации и представления данных. Например, конвертирование сообщения Ethernet в сообщение Token Ring выполняется достаточно просто, поскольку они используют одинаковую систему адресации пакетов.
К числу преимуществ трансляции перед другими методами можно отнести:
отсутствие необходимости устанавливать дополнительное программное обеспечение на рабочих станциях;
упрощение процессов администрирования, поиска неисправностей и обеспечения сетевой безопасности за счет локализации места возникновения проблем, связанных с межсетевым взаимодействием.
транслятор представляет собой «узкое место» составной сети, так как через него должен проходить весь межсетевой обмен данными, и при увеличении числа пользователей, запрашивающих ресурсы другой подсети, уровень работоспособности сети может значительно упасть;
трансляция зачастую оказывается весьма трудоемким с точки зрения вычислительных мощностей методом, что может уменьшать фактическую скорость передачи данных.
При этом задачи определения, с использованием какого именно стека происходит обработка полученного сообщения, выполняются специальными программными средствами, называемыми мультиплексорами или менеджерами протоколов.
Таким образом, мультиплексор протоколов выполняет коммутацию пакетов между протоколами соседних уровней различных стеков.
Примером использования метода мультиплексирования протоколов может служить некий сервер, поддерживающий прикладные протоколы NCP и NFS и способный благодаря этому выполнять запросы рабочих станций, находящихся в сетях NetWare и Windows NT одновременно.
По сравнению с прочими методами согласования протоколов мультиплексирование позволяет избавиться от «узкого места» сети, а значит, и от задержек, возникающих в результате ожидания очереди на обработку.
Однако при этом страдает простота администрирования и контроля работоспособности сети. Кроме того, данный метод требует установки на рабочие станции дополнительных стеков протоколов.
^ 3.2. Маршрутизация пакетов
3.2.1. Принципы маршрутизации пакетов
Под термином «маршрутизация пакетов» можно понимать некий механизм, позволяющий осуществить передачу пакета с одного узла составной сети на другой.
Как уже говорилось ранее, локальная сеть может быть разделена на две подсети с помощью таких сетевых устройств, как мосты и коммутаторы. Однако, очевидно, что эти же устройства могут использоваться и для объединения двух и более сетей в единую составную сеть.
Мосты и коммутаторы относятся к средствам физического и канального уровня сетевой модели 051. В силу этого, объединенная с их помощью сеть будет иметь ряд ограничений и недостатков, связанных с базовыми технологиями, по которым построены входящие в нее подсети.
Прежде всего, топология составной сети, построенной с использованием сетевого оборудования первого и второго уровней модели 051, не должна содержать петель, т. е. между отправителем и получателем всегда должен существовать только один единственный путь или маршрут. Такое ограничение существенно снижает надежность сети из-за отсутствия резервных маршрутов пересылки данных.
Кроме того, возникают проблемы, связанные с системой адресации, необходимой для обеспечения обмена данными между любыми узлами составной сети. Система физических адресов, используемая на нижних уровнях сетевой модели, в масштабах составной сети оказывается недостаточно гибкой и удобной.
Возникает и ряд других сложностей, связанных с разнородностью объединенных сетей.
Решением этих проблем стало использование маршрутизаторов - аппаратных и программных средств, способных выполнять функции третьего, сетевого уровня модели 051.
Сетевое оборудование первых двух и третьего уровня использует различную информацию в процессе ее перемещения от источника к адресату, т. е. выполняет схожие задачи, но принципиально разными способами.
Объединение разнородных подсетей с помощью маршрутизаторов (рис. 3.1) допускает наличие петель в топологии сети. Обыч-
Рис. 3.1.
Объединение гетерогенных подсетей в составную
но в сложных составных сетях практически всегда существует несколько альтернативных маршрутов, по которым возможна передача данных между двумя узлами. Кроме того, крупные составные сети могут включать в себя сети различных масштабов - от локальных до территориально-распределенных глобальных сетей.
Маршрутом пересылки пакета с одного узла составной сети на другой является порядок прохождения этим пакетом транзитных сетей, соединяющих сети, в которых расположены источник и адресат данного пакета.
Составные сети, в которых требуется маршрутизация пакета на сетевом уровне, должны быть объединены между собой посредством маршрутизаторов. Поэтому маршрутом пересылки пакета по сети можно назвать последовательность маршрутизаторов, через которые этот пакет будет переправлен в процессе следования к своему адресату.
Маршрутизация пакетов включает в себя две основные задачи:
определение оптимального маршрута пересылки пакета по составной сети;
собственно пересылка пакета по сети.
Однако такая информация, особенно в сложных и крупных сетях, оказывается весьма громоздкой и неудобной для осуществления по ней поиска с целью выбора подходящего маршрута.
Поэтому ни узел, отправивший пакет, ни какой-либо промежуточный маршрутизатор на пути их следования не хранят информацию обо всем маршруте пакета целиком. Узел-отправитель, а также каждый маршрутизатор знают лишь адрес маршрутизатора, на который нужно направить пакет, чтобы он был доставлен по назначению. Другими словами, маршрутизатор знает, что определенный пункт назначения может быть достигнут по оптимальному пути за счет отправки пакета определенному маршрутизатору, который знает адрес следующего на пути к конечному пункту назначения маршрутизатора.
Таким образом, процесс маршрутизации состоит в определении следующего узла в пути следования пакета и пересылки пакета этому узлу. Такой узел называют хопом (от англ. Иор - прыжок, скачок). Действительно, передача пакета по составной сети происходит своего рода скачками от маршрутизатора к маршрутизатору.
Информация, ставящая в соответствие конечному адресу назначения пакета адрес маршрутизатора, на который нужно дальше отправить пакет для достижения адреса назначения, хранится в специальной таблице маршрутов (табл. 3.1), которая размещается на маршрутизаторе.
Запись таблицы маршрутов обычно содержит следующие элементы:
поле, содержащее адрес сети назначения;
поле, содержащее адрес следующего по ходу следования пакета маршрутизатора;
вспомогательные поля.
При этом своя таблица маршрутов, даже самая элементарная, должна быть на каждом хосте.
Чтобы информация о маршрутах оставалась актуальной и соответствовала действительно существующим маршрутам, мар-
^
Таблица 3.1.
Пример таблицы маршрутов программного маршрутизатора операцией ной системы Windows ХР
| Сетевой адрес | Маска сети | Адрес шлюза | Интерфейс | Метри ка |
| 0.0.0.0 | 0.0.0.0 | 192.168.0.1 | 192.168.0.167 | 20 |
| 127.0.0.0 | 255.0.0.0 | 127.0.0.1 | 127.0.0.1 | 1 |
| і 92.168.0.0 | 255.255.255.0 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 192.168.0.167 | 255.255.255.255 | 127.0.0.1 | 127.0.0.1 | 20 |
| 192.168.0.255 | 255.255.255.255 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 224.0.0.0 | 240.0.0.0 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 255.255.255.255 | 255.255.255.255 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | I |
шрутизаторы в процессе своей работы по специальным протоколам обмениваются сообщениями, содержащими информацию об обнаруженных изменениях в топологии сети, например в результате разрыва какой-либо связи, а, следовательно, и об изменениях в допустимых маршрутах. На основе таких сообщений маршрутизаторы производят обновления таблиц маршрутов.
Выбор того или иного маршрута из таблицы происходит на основе применяемого данным маршрутизатором алгоритма маршрутизации, базирующегося на различных критериях.
3.2.2. Алгоритмы маршрутизации
Алгоритмы маршрутизации могут различаться по нескольким характеристикам:
по задачам, решаемым алгоритмом;
по принципу сбора и представления информации о сети;
по методу расчета оптимального маршрута.
выбираемый маршрут должен быть наиболее оптимальным;
реализация алгоритма должна быть простой, а его функционирование не требовательным к вычислительным мощностям;
алгоритм должен обладать высокой отказоустойчивостью;
адаптация работы алгоритма к изменяющимся условиям должна происходить как можно быстрее.
по актуальности используемых маршрутов:
по принципу обмена маршрутной информацией:
по количеству определенных маршрутов:
по используемой структуре маршрутизации:
по отношению к домену:
Статические алгоритмы маршрутизации основаны на ручном составлении таблиц маршрутизации администратором сети и обычно применяются в небольших сетях с простой топологией связей.
В динамических или адаптивных алгоритмах таблицы маршрутизации, и соответственно, сами маршруты постоянно обновляются в соответствии с меняющейся топологией сети.
Алгоритмы состояния канала отличаются от дистанционно-векторных в зависимости от того, куда и какая маршрутная информация рассылается. Рассылка маршрутной информации необходима для синхронизации таблиц маршрутов на всех маршрутизаторах сети. Алгоритмы состояния каналов рассылают обновленную маршрутную информацию небольшими порциями по всем направлениям. Дистанционно-векторные алгоритмы обмениваются сообщениями, содержащими большие объемы информации, однако обмен происходит только с соседними маршрутизаторами.
Различные алгоритмы могут определять один или несколько маршрутов для достижения какого-либо узла или подсети. В многомаршрутных алгоритмах каждому из возможных маршрутов в зависимости от его пропускной способности и других показателей назначается приоритет, на основании которого происходит выбор пути пересылки пакета. При этом обычно один маршрут является основным, а остальные - резервными.
Одноуровневые и иерархические алгоритмы работают в соответствующих системах маршрутизации. При этом в одноуровневой системе все маршрутизаторы равноправны по отношению друг к другу. Иерархическая маршрутизация основывается на разбиении большой сети на иерархически организованные подсети с собственной маршрутизацией внутри каждого уровня.
Системы маршрутизации могут обеспечивать выделение логических групп узлов, называемых доменами или областями. При этом отдельные алгоритмы маршрутизации могут действовать только в пределах доменов, другие же могут работать как в пределах доменов, так и между ними.
Для определения оптимальности того или иного маршрута алгоритмы используют показатели, характеризующие передачу данных по этому маршруту, например с точки зрения длины маршрута, качества канала связи и т. п. Такие показатели называются метриками маршрутов.
Более сложные алгоритмы в качестве метрик зачастую используют комбинацию нескольких показателей.
Наиболее распространенными метриками, используемыми в алгоритмах маршрутизации, являются:
длина маршрута - обычно это количество хопов, т. е. количество маршрутизаторов, через которые пакет должен пройти на пути к адресату;
надежность - степень отказоустойчивости канала связи либо соотношение возникающих ошибок к общему числу бит, передаваемых по этому каналу;
ширина полосы пропускания - характеризуется пропускной способностью канала связи;
задержка - время продвижения пакета от источника до пункта назначения с учетом загруженности сети, времени ожидания в очереди на обработку на маршрутизаторах;
физическое расстояние между узлами;
стоимость связи и т. д.
Для отслеживания изменений в топологии связей сети, изменений в существующих маршрутах и синхронизации таблиц маршрутизации среди маршрутизаторов и узлов сети используются протоколы обмена маршрутной информацией.
При этом эти протоколы могут основываться на дистанцион- но-векторных алгоритмах, примером использования которых является протокол RIP, имеющий реализации для работы в различных стеках протоколов, таких, как TCP/IP или IPX/SPX, или на алгоритмах состояния связей, например как протоколы IS-IS стека OSI, NLSP стека IPX/SPX, OSPF стека TCP/IP.
Рис. 1.1.
LAN -интерфейсы (G0/0, G0/1, F0/0, F0/1) используются для связи с узлами (компьютерами, серверами), напрямую или через коммутаторы; WAN -интерфейсы (S1/1, S1/2) необходимы, чтобы связываться с другими маршрутизаторами и всемирной сетью Интернет . Интерфейсы могут подключаться к разным видам передающей среды, в которых могут использоваться различные технологии канального и физического уровней.
Когда адресат назначения находится в другой сети, то конечный узел пересылает пакет на шлюз по умолчанию , роль которого выполняет интерфейс маршрутизатора, через который все пакеты из локальной сети пересылаются в удаленные сети. Например, для сети 192.168.10.0/24 ( рис. 1.1) шлюзом по умолчанию является интерфейс F0/0 маршрутизатора А с адресом 192.168.10.1, а интерфейс F0/1 маршрутизатора В выполняет роль шлюза по умолчанию для сети 192.168.9.0/24. Через шлюз по умолчанию пакеты из удаленных сетей поступают в локальную сеть назначения.
При пересылке пакетов адресату назначения маршрутизатор реализует две основные функции:
- выбирает наилучший (оптимальный) путь к адресату назначения, анализируя логический адрес назначения передаваемого пакета данных;
- производит коммутацию принятого пакета с входного интерфейса на выходной для пересылки адресату.
Процесс выбора наилучшего пути получил название маршрутизация . Маршрутизаторы принимают решения, базируясь на сетевых логических адресах (IP-адресах ), находящихся в заголовке пакета. Для определения наилучшего пути передачи данных через связываемые сети, маршрутизаторы строят таблицы маршрутизации и обмениваются сетевой маршрутной информацией с другими сетевыми устройствами.
Ниже приведен пример конфигурирования основных параметров интерфейсов маршрутизатора R-A ( рис. 1.1). Интерфейсам маршрутизатора нужно задать IP- адрес и включить их (активировать ), т.к. все интерфейсы маршрутизаторов Cisco в исходном состоянии выключены.
R-A(config)#int f0/0 R-A(config-if)#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#no shutdown R-A(config-if)# int g0/1 R-A(config-if)#ip add 192.168.20.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#no shutdown R-A(config-if)# int s1/1 R-A(config-if)#ip add 210.5.5.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#clock rate 64000 R-A(config-if)#no shutdown R-A(config-if)# int s1/2 R-A(config-if)#ip add 210.8.8.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#clock rate 64000 R-A(config-if)#no shutdown
Команда clock rate переводит серийный интерфейс из исходного режима терминального устройства DTE в режим канального управляющего устройства DCE . При последовательном соединении маршрутизаторов один из двух соединяемых интерфейсов должен быть управляющим, т.е. DCE .
Остальные маршрутизаторы сети ( рис. 1.1) конфигурируются аналогичным образом.
После конфигурирования интерфейсов в таблице маршрутизации отображаются прямо присоединенные сети , что позволяет направлять пакеты, адресованные узлам в этих сетях. Кроме того, в рассматриваемом примере на всех маршрутизаторах сконфигурирована динамическая маршрутизация с использованием протокола RIP , о котором пойдет речь в "Динамическая маршрутизация" настоящего курса. Результатом конфигурирования устройств сети ( рис. 1.1) является приведенная ниже таблица маршрутизации сетевого элемента R-A:
R-A>show ip route Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR P - periodic downloaded static route Gateway of last resort is not set R 192.168.9.0/24 via 192.168.20.2, 00:00:09, GigabitEthernet0/1 C 192.168.10.0/24 is directly connected, FastEthernet0/0 C 192.168.20.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/1 R 200.30.30.0/24 via 192.168.20.2, 00:00:09, GigabitEthernet0/1 R 200.40.40.0/24 via 192.168.20.2, 00:00:09, GigabitEthernet0/1 C 210.5.5.0/24 is directly connected, Serial1/1 R 210.6.6.0/24 via 210.5.5.2, 00:00:18, Serial1/1 R 210.7.7.0/24 via 210.5.5.2, 00:00:18, Serial1/1 C 210.8.8.0/24 is directly connected, Serial1/2
В таблице символом С помечены четыре сети непосредственно присоединенные (connected) к определенным интерфейсам маршрутизатора. Сеть 192.168.10.0/24 присоединена к интерфейсу FastEthernet 0/0 (или F0/0), сеть 192.168.20.0/24 - к интерфейсу GigabitEthernet 0/1(или G0/1), сеть 210.5.5.0/24 - к интерфейсу Serial 1/1 (или S1/1), сеть 210.8.8.0/24 - к S1/2. Когда узел направляет кадр другому узлу из той же прямо присоединенной сети, то в такой пересылке шлюз по умолчанию ( интерфейс маршрутизатора) участие не принимает. Передача кадра сообщения производится непосредственно адресату с использованием МАС-адресов источника и назначения.
Маршруты могут создаваться вручную администратором (статическая маршрутизация ). Статические маршруты в таблице маршрутизации помечаются символом S (такие маршруты в приведенном примере отсутствуют). Таблица маршрутизации может также создаваться, обновляться и поддерживаться динамически (автоматически) с помощью протоколов маршрутизации.
В вышеприведенном примере маршруты к удаленным сетям помечены символом R , который указывает, что источником создания маршрутов к удаленным сетям является протокол RIP . Символом O помечаются маршруты, созданные протоколом OSPF , а символом D - протоколом EIGRP .
Перечень поддерживаемых протоколов маршрутизации можно посмотреть по команде Router(config)#router ? .
Вторая колонка (столбец) таблицы маршрутизации показывает адреса сетей, к которым проложен путь . Например, в первой строке указан маршрут к сети 192.168.9.0/24, который лежит через адрес следующего перехода ( next hop ) 192.168.20.2 и свой выходной интерфейс GigabitEthernet0/1. Таким образом, поступивший на один из интерфейсов маршрутизатора пакет, адресованный узлу в Сети 9, должен быть скоммутирован на выходной интерфейс G0/1. При адресации узлов, находящихся в других сетях, например в сети 210.6.6.0/24 или 210.7.7.0/24, в качестве выходного используется интерфейс Serial1/1.
В строке таблицы также указано значение таймера, например 00:00:09.
Кроме того, в квадратных скобках строк таблицы маршрутизации указаны, например: административное расстояние - 120 и метрика - 1. Административное расстояние (AD ) показывает степень достоверности (доверия) источника маршрута. Чем меньше AD , тем выше достоверность . Маршруты, созданные администратором вручную (статические маршруты), характеризуются значением AD = 1.
Источники (протоколы) маршрутизации имеют различные заданные по умолчанию административные расстояния (табл. 1.1).
| Источник (Протокол) | Административное расстояние | Источник (Протокол) | Административное расстояние |
|---|---|---|---|
| Connected | 0 | OSPF | 110 |
| Static | 1 | IS-IS | 115 |
| eBGP | 20 | RIP | 120 |
| EIGRP | 90 | EIGRP (External) | 170 |
Если на маршрутизаторе функционирует несколько протоколов, то в таблицу маршрутизации устанавливается маршрут , проложенный протоколом с наименьшим значением административного расстояния. В последней строке таблицы указано, что административное расстояниеEIGRP увеличено до 170, когда маршрут получен от внешнего (стороннего) маршрутизатора. Такой маршрут в таблице маршрутизации помечается символом D*EX .
Определение наилучшего (оптимального) пути любым протоколом маршрутизации производится на основе определенного критерия - метрики . Значение метрики используется при оценке возможных путей к адресату назначения. Метрика может включать разные параметры, например: количество переходов (количество маршрутизаторов) на пути к адресату, полосу пропускания канала, задержку, надежность , загрузку, обобщенную стоимость и другие параметры сетевого соединения. В вышеприведенной распечатке команды show ip route для маршрутов, созданных протоколом RIP , значение метрики равно 1. Это означает, что расстояние до маршрутизатора, к которому присоединена сеть назначения, составляет один переход. Наименьшая метрика означает наилучший маршрут. Метрика статического маршрута всегда равна 0.
Каждый интерфейс маршрутизатора подключен к сети (подсети), имеющей свой логический IP- адрес . Широковещательные сообщения передаются только в пределах сети или, по-другому, в пределах широковещательного домена. Поэтому говорят, что маршрутизаторы делят сеть на широковещательные домены . Маршрутизаторы блокируют широковещательные сообщения и не пропускают их в другие сети. Деление сети на широковещательные домены повышает безопасность , поскольку широковещательный шторм может распространяться только в пределах домена (в пределах одной сети).
Когда на один из интерфейсов маршрутизатора (входной интерфейс ) поступает пакет, адресованный узлу из другой присоединенной сети, он продвигается на выходной интерфейс , к которому присоединена сеть назначения.
Получив кадр на входной интерфейс, маршрутизатор:
- Декапсулирует пакет из кадра.
- Из заголовка пакета считывает IP-адрес узла назначения.
- С помощью маски вычисляет адрес сети назначения.
- Обращается к таблице маршрутизации, чтобы определить, на какой выходной интерфейс, ведущий к сети назначения, произвести коммутацию пакета.
- На выходном интерфейсе инкапсулирует пакет в новый кадр и отправляет его в направлении адресата назначения.
Подобная последовательность действий, выполняемая центральным процессором (ЦП) маршрутизатора, получила название программной коммутации . Она выполняется с каждым пакетом, поступившим на
