MARSHR (Обзор и технические возможности маршрутизаторов), страница 3

Мощная межсетевая операционная системя Cisco IOS (Cisco Internetwork Operating System) обеспечивает очень высокий уровень сетевых возможностей, защищенности сети, качества сервисных услуг, простоты использования и управляемости сетевым оборудованием. IOS стала тем “интеллектом”, который позволяет маршрутизаторам эффективно решать проблемы межсетевого взаимодействия. Данная операционная система стала общим ПО для всех продуктов Cisco.

Решения, примененные в Cisco IOS, оказались настолько удачны, что cегодня эта операционная система устанавливается даже на маршрутизаторы таких корпораций, как, например, Compaq и Hewlett Paсkard. Cisco планирует дальнейшее расширение возможностей IOS и распространение этой системы на всю сетевую отрасль. Корпорация собирается поддерживать возможности IOS по обеспечению безопасности, качества сервиса, передачи голоса и сетевого администрирования. В настоящее время IOS принципиально отличается от других аналогичных конкурирующих продуктов тем, что она - действительно открытая платформа, которая предназначена не только для продукции Cisco.

Возможности, которые обеспечивает версия (11.2). Она позволяет:

• осуществлять многопротокольную маршрутизацию (IP, IPX, AppleTalk, SNA, DECNET) и возможность работы с линиями ISDN, асинхронными и синхронными выделенными линиями, X.25, линиями Frame Relay, SMDS, Switched 56.

• обеспечить полную безопасность на всем пути передачи информации, включая передачу через Firewall, необходимую маршрутную аутотентификацию, общую маршрутную инкапсуляцию GRE (generic routing encapsulation), индивидуальную шифровку информации.

• получить законченную систему качественного сервиса, включая поддержку протоколов RSVP (Resource Reservation Protocol), WFQ (Weighted Fair Queuing), IP Multicast, SMRP (AppleTalk Simple Routing Protocol), для работы с мультимедийными приложениями (в том числе организации настольных видеоконференций, дистанционного обучения и совместной передачи голоса и данных).

• расширить возможности для Internet/Intranet доступа, позволяющие значительно снизить его стоимость. Данные возможности включают: NAT (Network Address Translation), IPeXchange IPX-to-IP gateway, GRE,.

• использовать функции оптимизации сети WAN (маршрутизация по телефону - dial-to-demand routing, Open Shortest Path First, Snapshot маршрутизация, возможность компрессии и фильтрации) что также позволяет снизить стоимость содержания сети WAN.

Все эти возможности, интегрированные в мощные аппаратные маршрутизаторы, позволяет наилучшим образом организовать обмен информацией между подразделениями фирмы в реальном масштабе времени.

2.Технические возможности маршрутизаторов.

2.1 Принципы работы маршрутизаторов

Основные принципы, по которым создаются маршрутизаторы Cisco - это универсальность и масштабируемость как на аппаратном, так и на программном уровне. Большой выбор интерфейсов как для подключения к локальным сегментам сети, так и WAN линиям связи, модульность (для некоторых моделей), различные возможности, обеспечиваемые встроенной операционной системой IOS (Internetworking Operating System) позволяют маршрутизаторам Cisco давно и прочно удерживать лидерство при построении систем самого различного класса. Маршрутизатор (router) позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие петли.

Основная цель применения роутеров - объединение разнородных сетей и обслуживание альтернативных путей. Он справляется с этой задачей за счет того, что принимает решение о передаче пакетов на основании более полной информации о графе связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии (работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети, маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки пакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов. Например, на рисунке 1.11 для связи станций L2 сети LAN1 и L1 сети LAN6 имеется два маршрута: М1-М5-М7 и М1-М6-М7. Различные типы router-ов отличаются количеством и типами своих портов, что собственно и определяет места их использования. Маршрутизаторы, например, могут быть использованы в локальной сети Ethernet для эффективного управления трафиком при наличии большого числа сегментов сети, для соединения сети типа Еthernet с сетями другого типа, например Тоkеn Ring, FDDI, а также для обеспечения выходов локальных сетей на глобальную сеть.

Маршрутизаторы не просто осуществляют связь разных типов сетей и обеспечивают доступ к глобальной сети, но и могут управлять трафиком на основе протокола сетевого уровня (третьего в модели OSI), то есть на более высоком уровне по сравнению с коммутаторами. Необходимость в таком управлении возникает при усложнении топологии сети и росте числа ее узлов, если в сети появляются избыточные пути (при поддержке протокола IEEE 802.1 Spanning Тгее), когда нужно решать задачу максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета по назначению. При этом существует два основных алгоритма определения наиболее выгодного пути и способа доставки данных: RIP и OSPF. При использовании протокола маршрутизации RIР, основным критерием выбора наиболее эффективного пути является минимальное число "хопов" (hops), т.е. сетевых устройств между узлами. Этот протокол минимально загружает процессор марштрутизатора и предельно упрощает процесс конфигурирования, но он не рационально управляет трафиком.

При использовании OSPF наилучший путь выбирается не только с точки зрения минимизации числа хопов, но и с учетом других критериев: производительности сети, задержки при передаче пакета и т.д. Сети большого размера, чувствительные к перегрузке трафика и базирующиеся на сложной маршрутизирующей аппаратуре, требуют использования протокола ОSРF. Реализации этого протокола возможна только на маршрутизаторах с достаточно мощным процессором, т.к. его реализация требует существенных процессинговых затрат. Маршрутизация в сетях, как правило, осуществляться с применением пяти популярных сетевых протоколов - ТСР/IР, Nоvеll IРХ, АррlеТаlk II, DECnеt Phase IV и Хегох ХNS. Если маршрутизатору попадается пакет неизвестного формата, он начинает с ним работать как обучающийся мост. Кроме того, маршрутизатор обеспечивает более высокий уровень локализации трафика, чем мост, предоставляя возможность фильтрации широковещательных пакетов, а также пакетов с неизвестными адресами назначения, поскольку умеет обрабатывать адрес сети.

2.2 Свойства маршрутизаторов

Современные маршрутизаторы обладают следующими свойствами:

• поддерживают коммутацию уровня 3, высокоскоростную маршрутизацию уровня 3 и коммутацию уровня 4;

• поддерживают передовые технологии передачи данных, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и АТМ;

• поддерживают технологии АТМ с использованием скоростей до 622 Мбит/сек;

• поддерживают одновременно разные типы кабельных соединений (медные, оптические и их разновидности);

• поддерживают WAN-соединения включая поддержку PPP, Frame Relay, HSSI, SONET и др.;

• поддерживают технологию коммутации уровня 4 (Layer 4 Switching), использующую не только информация об адресах отправителя и получателя, но и информацию о типах приложений, с которыми работают пользователи сети;

• обеспечивают возможность использования механизма "сервис по запросу" (Quality of Service) - QoS, позволяющего назначать приоритеты тем или иным ресурсам в сети и обеспечивать передачу трафика в соответствии со схемой приоритетов;

• позволяют управлять шириной полосы пропускания для каждого типа трафика;

• поддерживают основные протоколы маршрутизации, такие как IP RIP1, IP RIP2, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, а также протоколы IGMP, DVMPR, PIM-DM, PIM-SM, RSVP;

• поддерживают несколько IP сетей одновременно;

• поддерживают протоколы SNMP, RMON и RMON 2, что дает возможность осуществлять управление работой устройств, их конфигурированием со станции сетевого управления, а также осуществлять сбор и последующий анализ статистики как о работе устройства в целом, так и его интерфейсных модулей;

поддерживать как одноадресный (unicast), так и многоадресный (multicast) трафик.

В отличии от моста/коммутатора, который не знает, как связаны сегменты друг с другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связей подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или иного маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение.

Для того, чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваются специальными служебными сообщениями, в которых содержится информация о тех связях между подсетями, о которых они знают (эти подсети подключены к ним непосредственно или же они узнали эту информацию от других маршрутизаторов).

Структура интерсети, построенной на основе маршрутизаторов

Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либо критерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этом могут использоваться разные критерии выбора маршрута - наименьшее количество промежуточных узлов, время, стоимость или надежность передачи данных.

Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами организации в единую сеть, которая в этом случае часто называется интерсеть (internet). Название интерсеть подчеркивает ту особенность, что образованное с помощью маршрутизаторов объединение компьютеров представляет собой совокупность нескольких сетей, сохраняющих большую степень автономности, чем несколько логических сегментов одной сети. В каждой из сетей, образующих интерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации узлов и протоколы обмена информацией. Поэтому маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные сети с глобальными.

Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг от друга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем с помощью мостов/коммутаторов. Например, при поступлении кадра с неправильным адресом мост/коммутатор обязан повторить его на всех своих портах, что делает сеть незащищенной от некорректно работающего узла. Маршрутизатор же в таком случае просто отказывается передавать "неправильный" пакет дальше, изолируя дефектный узел от остальной сети.

Кроме того, маршрутизатор предоставляет администратору удобные средства фильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поля служебной информации в пакете и позволяет их именовать понятным администратору образом. Нужно заметить, что некоторые мосты/коммутаторы также способны выполнять функции гибкой фильтрации, но задавать условия фильтрации администратор сети должен сам в двоичном формате, что достаточно сложно.

Кроме фильтрации, маршрутизатор может обеспечивать приоритетный порядок обслуживания буферизованных пакетов, когда на основании некоторых признаков пакетам предоставляются преимущества при выборе из очереди.

В результате, маршрутизатор оказывается сложным интеллектуальным устройством, построенным на базе одного, а иногда и нескольких мощных процессоров. Такой специализированный мультипроцессор работает, как правило, под управлением специализированной операционной системы. Лучшим способом для понимания отличий между сетевыми адаптерами, повторителями, мостами/коммутаторами и маршрутизаторами является рассмотрение их работы в терминах модели OSI. Соотношение между функциями этих устройств и уровнями модели OSI показано на рисунке 2.1.2.

Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера - это уже функция канального уровня.

Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.