Маршрутизация в локальных сетях

Информатика
Общая архитектура Windows
Сетевая архитектура Windows
Компьютерная сеть
Передача дискретных данных по линиям связи
Общая характеристика протоколов локальных сетей
Построение локальных сетей на базе коммутаторов
Маршрутизация в локальных сетях
Глобальные сети
Глобальные сети с коммутацией пакетов
Структура ЛС
Накопители на магнитной ленте
Компьютерная алгебра
Электротехника
Расчет электрических цепей
Лабораторные работы
Физика
Решение контрольной
Энергетика
Ядерная энергетика
Математика
Линейная алгебра
Компьютерная алгебра
Математический анализ
Линии второй степени
Пределы
Неопределенный интеграл
Определенный интеграл
Основные правила интегрирования
Множества и отображения
Геометрические преобразования
Тройные интегралы примеры решений
Двойные интегралы примеры решений
Теоретическая механика
Решение задач
Техническое черчение
Примеры выполнения заданий

В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уровня входит решение следующих задач:

  • передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;

  • выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;

  • согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.

Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах - маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork или internet). Хотя многие технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и др.) используют одну и ту же систему адресации узлов на основе МАС - адресов, существует немало технологий (X.25, АТМ, frame relay), в которых применяются другие схемы адресации. Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы. Перед тем как передать пакет следующему маршрутизатору, текущий маршрутизатор должен определить, на какой из нескольких собственных портов он должен поместить данный пакет. Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация - передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети.

Задача маршрутизации решается на основе анализа таблиц маршрутизации, размещенных во всех маршрутизаторах и конечных узлах сети. Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц маршрутизации, способами выбора наилучшего маршрута и другими особенностями своей работы. Самыми распространенными являются алгоритмы адаптивной (или динамической) маршрутизации. Основная функция маршрутизатора - чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту (например, IPX, IP, AppleTalk или DECnet), и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла. Сетевой протокол в свою очередь извлекает из пакета заголовок сетевого уровня и анализирует содержимое его полей. Реализация межсетевого взаимодействия средствами TCP/IP Поскольку на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения целыми и невредимыми или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. Эту задачу -обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами -решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным. Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели ISO/OSI Каждый коммуникационный протокол оперирует с некоторой единицей передаваемых данных.

В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IP-адреса и символьные доменные имена. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например, 128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса, а 10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса. В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса Номера сетей назначаются либо централизованно, если сеть является частью Internet, либо произвольно, если сеть работает автономно Назначение IP-адресов узлам сети даже при не очень большом размере сети может представлять для администратора утомительную процедуру. Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) освобождает администратора от этих проблем, автоматизируя процесс назначения IP-адресов.

Одной из главных задач, которая ставилась при создании протокола IP, являлось обеспечение совместной согласованной работы в сети, состоящей из подсетей, в общем случае использующих разные сетевые технологии. Итак, после того как модуль IP обратился к модулю ARP с запросом на разрешение адреса, происходит поиск в ARP-таблице указанного в запросе IP-адреса Для идентификации компьютеров аппаратное и программное обеспечение в сетях TCP/IP полагается на IP-адреса, поэтому для доступа к сетевому ресурсу в параметрах программы вполне достаточно указать IP-адрес, чтобы программа правильно поняла, к какому хосту ей нужно обратиться Для эффективной организации именования компьютеров в больших сетях естественным является применение иерархических составных имен. Система доменных имен DNS

Основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP составляет протокол межсетевого взаимодействия (Internet Protocol, IP). Он обеспечивает передачу дейтаграмм от отправителя к получателям через объединенную систему компьютерных сетей. Структура IP-пакета Поле Идентификатор пакета (Identification) занимает 2 байта и используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета. Программные модули протокола IP устанавливаются на всех конечных станциях и маршрутизаторах сети. Для продвижения пакетов они используют таблицы маршрутизации. Назначение полей таблицы маршрутизации Источники и типы записей в таблице маршрутизации

Маршрутизация без использования масок отправляет по локальной сети пакет Алгоритм маршрутизации усложняется, когда в систему адресации узлов вносятся дополнительные элементы - маски. В результате использования масок была предложена следующая схема распределения адресного пространства Теперь рассмотрим этот алгоритм на примере маршрутизации пакетов в сети Использование масок переменной длины Оставшееся адресное пространство администратор может «нарезать» на разное количество сетей разного объема в зависимости от своих потребностей. Технология бесклассовой междоменной маршрутизации CIDR Администратор маршрутизатора М2 поместит в таблицу маршрутизации только по одной записи на каждого клиента, которому был выделен пул адресов, независимо от количества подсетей, организованных клиентом

Протокол IP позволяет выполнять фрагментацию пакетов, поступающих на входные порты маршрутизаторов Каждая из полученных частей данных помещается в новый пакет Работа протокола IP по фрагментации пакетов в хостах и маршрутизаторах иллюстрируется Протокол надежной доставки TCP-сообщений Протокол TCP взаимодействует через межуровневые интерфейсы с ниже лежащим протоколом IP и с выше лежащими протоколами прикладного уровня или приложениями. Единицей данных протокола TCP является сегмент. Реализация скользящего окна в протоколе TCP Выбор времени ожидания (тайм-аута) очередной квитанции является важной задачей, результат решения которой влияет на производительность протокола TCP.

Внутренние и внешние протоколы маршрутизации Internet Протокол RIP (Routing Information Protocol) является внутренним протоколом маршрутизации дистанционно-векторного типа, он представляет собой один из наиболее ранних протоколов обмена маршрутной информацией и до сих пор чрезвычайно распространен в вычислительных сетях ввиду простоты реализации Методы борьбы с ложными маршрутами в протоколе RIP Минимальная таблица маршрутизации маршрутизатора получение RIP-сообщений от соседей и обработка полученной информации маршрутизаторы принимают RIP-сообщения, обрабатывают содержащуюся в них информацию и на ее основании корректируют свои таблицы маршрутизации Адаптация RIP-маршрутизаторов к изменениям состояния сети Когда же сообщение послать можно, RIP-маршрутизаторы не используют специальный признак в сообщении, а указывают бесконечное расстояние до сети, причем в протоколе RIP оно выбрано равным 16 хопам (при другой метрике необходимо указать маршрутизатору ее значение, считающееся бесконечностью). Адаптация RIP-маршрутизаторов к изменениям состояния сети

Протокол OSPF (Open Shortest Path First, открытый протокол «кратчайший путь первыми) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях Так как маршрутизаторы являются одними из вершин графа, то они обязательно должны иметь идентификаторы. У каждой записи в топологической базе данных имеется срок жизни, как и у маршрутных записей протокола RIP.

Протокол Internetwork Packet Exchange (IPX) является оригинальным протоколом сетевого уровня стека Novell, разработанным в начале 80-х годов на основе протокола Internetwork Datagram Protocol (IDP) компании Xerox. Пакет протокола IPX имеет гораздо более простую структуру по сравнению с пакетом IP, что, собственно, и отражает меньшие функциональные возможности протокола IPX. В целом маршрутизация протокола IPX выполняется аналогично маршрутизации протокола IP. Основная задача маршрутизатора - выбор наилучшего маршрута в сети - часто является достаточно сложной с математической точки зрения. Основные технические характеристики маршрутизатора Дополнительные функциональные возможности маршрутизаторов Корпоративные модульные концентраторы За последние годы основные усилия были сосредоточены в первом направлении: применять маршрутизацию как можно реже, только там, где от нее никак нельзя отказаться. Еще один тип коммутаторов 3-го уровня - это коммутаторы, которые ускоряют процесс маршрутизации за счет выявления устойчивых потоков в сети и обработки по схеме маршрутизации только нескольких первых пакетов потока