it_vse (519823), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Маршрутизатор (router)Маршрутизаторы необходимы в крупных сетях, для объединения сегментов, построенных на концентраторах, мостах и коммутаторах. Маршрутизатор может быть реализован в виде отдельного высокопроизводительного устройства (например, маршрутизаторы компании Cisco Systems), или функцию маршрутизацииможет выполнять сетевая операционная система обычного компьютера, подключенного одновременно кнескольким сетям, при помощи нескольких сетевых карт (шлюз). Маршрутизаторы работают на сетевомуровне модели OSI и не накладывают ограничений на топологию сети.
Если для мостов и коммутаторовобязательно отсутствие петлевых маршрутов в сети (древовидная структура), то маршрутизатор работает всетях с произвольной топологией и обеспечивает выбор оптимального маршрута для доставки пакетов.Использование древовидной структуры для крупных сетей нерационально, т.к. в таком случае на корневойкоммутатор (мост) приходится слишком большая нагрузка, а его отказ приводит к распадению сети наотдельные фрагменты и потере пользователями доступа к большому количеству ресурсов сети. Поэтомурационально строить сети по децентрализованному принципу, когда между любыми двумя компьютерамиможет существовать множество маршрутов.
Именно нахождением и ведением таблицы таких маршрутов(таблицы маршрутизации) и доставкой пакетов по оптимальному маршруту занимается маршрутизатор.Другой функцией маршрутизаторов является объединение в единую сеть сегментов, работающих наразличных протоколах канального уровня. Например, объединение сегментов Fast Ethernet и FDDI. Маршрутизатор работает на сетевом уровне модели OSI (например, по протоколу IP), и для него не существеннокакие протоколы канального уровня используются в сегментах. Трансляция протоколов (кадры Fast Ethernetв кадры FDDI) может осуществляться и некоторыми моделями коммутаторов, однако такая возможностьпоявилась сравнительно недавно, и исторически для объединения разнородных сетей используют маршрутизаторы.
Кроме того, коммутаторы в некоторых случаях не могут корректно выполнить трансляциюкадров. Например, коммутаторами не поддерживается функция фрагментации кадров и, если в объединяемых сетях не совпадают максимально допустимые размеры кадров, то коммутатор не сможет транслировать очень большие кадры.Сегодня считается, что любая крупная сеть должна включать изолированные сегменты, соединенные маршрутизаторами, иначе потоки ошибочных кадров, например широковещательных, будут периодически затапливать всю сеть через прозрачные для них коммутаторы (мосты), приводя ее в неработоспособное состояние. Кроме того, использование маршрутизаторов позволяет структурировать сеть (подсеть отдела кадров, подсеть бухгалтерии и т.п.) и легче реализовывать политику безопасности, за счет использованиямежсетевых экранов.
Межсетевой экран (firewall, брандмауэр) – это специальное программное обеспечение,которое установлено на маршрутизаторе, или компьютере-шлюзе, выполняющем функции маршрутизатора,и позволяющее контролировать доступ пользователей к тем или иным ресурсам сети. Для межсетевогоэкрана задаются правила фильтрации вида: "через межсетевой экран допускается прохождение пакетов с IPадресом отправителя 172.18.10.1 (порт 80) и IP-адресом получателя 192.168.1.1 (порт 21), в четверг с 15.00до 19.00".
Пакеты, не удовлетворяющие правилам фильтрации отбрасываются, а факт их наличия регистрируется в специальном журнале.В крупных сетях выбор наилучшего маршрута часто является достаточно сложной задачей, с математической точки зрения. Особенно интенсивных вычислений требуют протоколы OSPF, NLSP, IS-IS,вычисляющие оптимальный путь на графе.
Кроме того маршрутизатор вынужден выполнять буферизацию,фильтрацию, фрагментацию пакетов и другие задачи. При этом очень важна производительность маршрутизатора, поэтому типичный маршрутизатор крупных сетей является мощным вычислительным устройством содним или даже несколькими процессорами (часто специализированными или построенными на RISCархитектуре) и сложным программным обеспечением, работающим под управлением специализированнойоперационной системы реального времени.
Многие разработчики маршрутизаторов построили в свое времятакие операционные системы на базе ОС Unix, естественно, значительно ее переработав.Алгоритмы маршрутизацииМаршрутизация – это выбор маршрута доставки пакета. Частично, алгоритм маршрутизации уже былрассмотрен в лекции, посвященной протоколу IP. Здесь будет рассмотрена только общая классификацияалгоритмов маршрутизации, не упоминавшихся ранее.По степени распределенности схемы маршрутизации выделяют следующие алгоритмы маршрутизации:- Одношаговые алгоритмы. Наиболее широко распространены в сетях. В таблице маршрутизациихранится информация только об одном шаге маршрута (ближайший маршрутизатор на пути кадресату).
При отсутствии возможности доставки пакета напрямую (когда маршрутизатор различнымисетевыми интерфейсами одновременно подключен и к сети отправителя и к сети адресата), пакетСоставитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 год-доставляется на следующий ближайший маршрутизатор на пути к адресату, который анализирует своитаблицы маршрутизации и занимается дальнейшей доставкой пакета.
Подробнее см. лекции попротоколу IP.Многошаговые алгоритмы. В таблице маршрутизации указываются все шаги маршрута (промежуточные маршрутизаторы), которые должен пройти пакет. Схема работы - аналогично мостам, с маршрутизацией от источника (см. ранее). В сетях распространена мало. Однако в новой версии протокола IP(IPv6), наряду с классической одношаговой маршрутизацией, будет разрешена и маршрутизация отисточника.По способу построения таблиц маршрутизации выделяют следующие алгоритмы маршрутизации:- Алгоритмы статической маршрутизации. Все записи в таблице маршрутизации задаются админстратором вручную.
Пригоден только для небольших сетей. В крупных сетях применяется только совместно с алгоритмом динамической маршрутизации.- Алгоритмы динамической маршрутизации (таблицы маршрутизации составляются и обновляютсяавтоматически, на основании имеющейся информации о непосредственно подключенных к маршрутизатору сетях и информации от соседних маршрутизаторов, передаваемой по протоколам RIP, OSPF,NLSP, подробнее см. ниже).- Алгоритмы простой маршрутизации. В сетях практически не применяются. Используется случайнаямаршрутизация (прибывший пакет посылается в первом попавшемся случайном направлении, кромеисходного), лавинная маршрутизация (пакет широковещательно посылается по всем возможнымнаправлениям, кроме исходного), маршрутизация по предыдущему опыту (выбор маршрутаосуществляется аналогично выбору маршрута в прозрачных мостах).По использованию маски подсети в процессе маршрутизации IP-пакетов выделяют:- Маршрутизацию на основании классов IP-адресов, без использования маски подсети.- Бесклассовая междоменная маршрутизация, с использованием маски подсети.При маршрутизации на основании классов IP-адресов, в таблицах маршрутизации маски подсетей нехранятся.
Решение о том, является ли данный IP-адрес адресом сети или адресом конкретного компьютерапринимается на основании класса IP-адреса (у сетей класса C адрес компьютера находится в последнемоктете, у сетей класса B адрес компьютера находится в последних двух октетах и т.д.). Такой подход прост,но создает неудобства, т.к. минимальный размер подсети составляет 253 компьютера (сеть класса C), чтоявляется нерациональным расходованием адресов и не позволяет структуризировать сеть на более мелкиеподсети. Поэтому постепенно в сетях происходит переход на маршрутизацию с использованием масокподсети - бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR, Classless Inter-Domain Routing).
При этомподходе подсетям выделяются непрерывные диапазоны IP-адресов так, чтобы номер компьютера и номерсети можно было описать при помощи маски подсети (подробнее см. лекции по протоколу IP). При обменеинформацией между маршрутизаторами (например, по протоколу RIPv2), вместе с информацией о маршрутах передается и информация о масках подсетей для соответствующих IP-адресов.Протоколы динамической маршрутизации.Протоколы маршрутизации обеспечивают обмен служебной информацией, необходимой для построениятаблиц маршрутизации.
Существует множество протоколов маршрутизации, однако здесь мы рассмотримтолько два протокола: RIP (представитель дистанционно-векторных протоколов) и OSPF (представительпротоколов состояния связей).Построение таблицы маршрутизации по протоколу RIP (Routing Information Protocol) происходитследующим образом:1) Маршрутизаторы создают минимальные таблицы маршрутизации, на основании имеющейся информациио сетях, непосредственно подключенным к их сетевым интерфейсам.2) Маршрутизаторы рассылают минимальные таблицы соседям (соседями считаются те маршрутизаторы,которые могут получить сообщение напрямую, не пользуясь услугами промежуточных маршрутизаторов,т.е. маршрутизаторы которые одним из своих сетевых интерфейсов подключены к той же сети, что имаршрутизатор, отправляющий сообщение).3) Маршрутизаторы анализируют полученные минимальные таблицы других маршрутизаторов, наращиваяполе "метрика" (расстояние до сети/компьютера) на единицу, учитывая таким образом тот соседниймаршрутизатор, от которого была получена минимальная таблица, как еще один маршрутизатор на путидо сети назначения.
После этого полученная минимальная таблица сравнивается с уже имеющейсятаблицей маршрутизации. Если в обоих таблицах имеется несколько маршрутов до одной и той же сети,то в результирующую таблицу попадает вариант с наименьшей метрикой (расстоянием до сети).4) Рассылка новой, уже не минимальной, таблицы соседям и последующая обработка полученных от соседейне минимальных таблиц. Соседям рассылается полный вариант имеющейся таблицы маршрутизации, заисключением информации о сетях, которая была получена непосредственно от самих этих соседей.
Делается это для предотвращения создания петлевых маршрутов и зацикливания пакетов (техника "расщепления горизонта" – split horizont). Этап 4 повторяется циклически каждые 30 секунд (протокол RIP IP). ВСоставитель: Ляхевич А.Г., 2000 - 2002 годрезультате, все маршрутизаторы в сети будут иметь корректную таблицу маршрутизации: информация изтаблиц любого маршрутизатора, через соседей, рано или поздно дойдет до любого другого маршрутизатора в сети.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
