Маршрутизация в глобальной сети

 

Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы

Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Преимущества многомаршрутных алгоритмов очевидны - они могут обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность.

Одноуровневые или иерархические алгоритмы

Некоторые алгоритмы маршрутизации оперируют в плоском пространстве, в то время как другие используют иерархии маршрутизации. В одноуровневой системе маршрутизации все маршрутизаторы равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые маршрутизаторы формируют то, что составляет основу (backbone - базу) маршрутизации. Пакеты из небазовых маршрутизаторов перемещаются к базовым маршрутизаторам и пропускаются через них до тех пор, пока не достигнут общей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового маршрутизатора через один или несколько небазовых маршрутизаторов до конечного пункта назначения.

Системы маршрутизации часто устанавливают логические группы узлов, называемых доменами, или автономными системами (AS), или областями. В иерархических системах одни маршрутизаторы какого-либо домена могут сообщаться с маршрутизаторами других доменов, в то время как другие маршрутизаторы этого домена могут поддерживать связь с маршрутизаторы только в пределах своего домена. В очень крупных сетях могут существовать дополнительные иерархические уровни. Маршрутизаторы наивысшего иерархического уровня образуют базу маршрутизации.

Основным преимуществом иерархической маршрутизации является то, что она имитирует организацию большинства компаний и следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика. Большая часть сетевой связи имеет место в пределах групп небольших компаний (доменов). Внутридоменным маршрутизаторам необходимо знать только о других маршрутизаторах в пределах своего домена, поэтому их алгоритмы маршрутизации могут быть упрощенными. Соответственно может быть уменьшен и трафик обновления маршрутизации, зависящий от используемого алгоритма маршрутизации.

Алгоритмы с интеллектом в главной вычислительной машине или в маршрутизаторе

Некоторые алгоритмы маршрутизации предполагают, что конечный узел источника определяет весь маршрут. Обычно это называют маршрутизацией от источника. В системах маршрутизации от источника маршрутизаторы действуют просто как устройства хранения и пересылки пакета, без всяких раздумий отсылая его к следующей остановке.

Другие алгоритмы предполагают, что главные вычислительные машины ничего не знают о маршрутах. При использовании этих алгоритмов маршрутизаторы определяют маршрут через объединенную сеть, базируясь на своих собственных расчетах. В первой системе, рассмотренной выше, интеллект маршрутизации находится в главной вычислительной машине. В системе, рассмотренной во втором случае, интеллектом маршрутизации наделены маршрутизаторы.

Компромисс между маршрутизацией с интеллектом в главной вычислительной машине и маршрутизацией с интеллектом в маршрутизаторе достигается путем сопоставления оптимальности маршрута с непроизводительными затратами трафика. Системы с интеллектом в главной вычислительной машине чаще выбирают наилучшие маршруты, т.к. они, как правило, находят все возможные маршруты к пункту назначения, прежде чем пакет будет действительно отослан. Затем они выбирают наилучший маршрут, основываясь на определении оптимальности данной конкретной системы. Однако акт определения всех маршрутов часто требует значительного трафика поиска и большого объема времени.

Внутридоменные или междоменные алгоритмы

Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними. Природа этих двух типов алгоритмов различная. Поэтому понятно, что оптимальный алгоритм внутридоменной маршрутизации не обязательно будет оптимальным алгоритмом междоменной маршрутизации.

Алгоритмы состояния канала или вектора расстояния

Алгоритмы состояния канала (известные также как алгоритмы "первоочередности наикратчайшего маршрута") направляют потоки маршрутной информации во все узлы объединенной сети. Однако каждый маршрутизатор посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных каналов. Алгоритмы вектора расстояния (известные также как алгоритмы Бэлмана-Форда) требуют от каждого маршрутизатора посылки всей или части своей маршрутной таблицы, но только своим соседям. Алгоритмы состояния каналов фактически направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как алгоритмы вектора расстояний отсылают более крупные корректировки только в соседние маршрутизаторы.

Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния каналов несколько меньше склонны к образованию петель маршрутизации, чем алгоритмы вектора расстояния. С другой стороны, алгоритмы состояния канала характеризуются более сложными расчетами в сравнении с алгоритмами вектора расстояний, требуя большей процессорной мощности и памяти, чем алгоритмы вектора расстояний. Вследствие этого, реализация и поддержка алгоритмов состояния канала может быть более дорогостоящей. Несмотря на их различия, оба типа алгоритмов хорошо функционируют при самых различных обстоятельствах.

2.3 Таблицы маршрутизации

Решение о пересылке данных по определенному маршруту принимается на основании сведений о том, какие адреса сетей (или идентификаторы (коды) сетей) доступны в объединенной сети. Эти сведения содержатся в базе данных, называемой таблицей маршрутизации. Таблица маршрутизации представляет собой набор записей, называемых маршрутами, которые содержат информацию о расположении сетей с данными идентификаторами в объединенной сети. Таблицы маршрутизации могут существовать не только на маршрутизаторах. Узлы, не являющиеся маршрутизаторами, могут также вести свои таблицы маршрутизации для определения оптимальных маршрутов.

1. Типы записей в таблице маршрутизации

Каждая запись в таблице маршрутизации считается маршрутом и может иметь один из следующих типов.

1. Маршрут к сети

Маршрут к сети ведет к сети, входящей в объединенную сеть и имеющей указанный код (идентификатор).

 

2. Маршрут к узлу

Маршрут к узлу ведет к конкретному узлу в объединенной сети, обладающему указанным адресом (кодом сети и кодом узла). Маршруты к узлу обычно используются для создания пользовательских маршрутов к отдельным узлам с целью оптимизации или контроля сетевого трафика.

3. Маршрут по умолчанию

Маршрут по умолчанию используется, если в таблице маршрутизации не были найдены подходящие маршруты. Например, если маршрутизатор или узел не могут найти нужный маршрут к сети или маршрут к узлу, то используется маршрут по умолчанию. Маршрут по умолчанию упрощает настройку узлов. Вместо того чтобы настраивать на узлах маршруты ко всем сетям объединенной сети, используется один маршрут по умолчанию для перенаправления всех пакетов с адресами сетей, не обнаруженными в таблице маршрутизации.

2. Структура таблицы маршрутизации

Каждая запись таблицы маршрутизации состоит из следующих информационных полей.

1. Код сети

Код сети (или адрес узла для маршрута к узлу). На IP-маршрутизаторах существует дополнительное поле маски подсети, позволяющее выделить код IP-сети из IP-адреса назначения.

2. Адрес пересылки

Адрес, по которому перенаправляются пакеты. Адресом пересылки может быть аппаратный адрес или IP-адрес узла. Для сетей, к которым непосредственно подключен узел или маршрутизатор, поле адреса пересылки может содержать адрес интерфейса, подключенного к сети.

3. Интерфейс

Сетевой интерфейс, используемый при перенаправлении пакетов, предназначенных для сети с данным кодом. Он может задаваться номером порта или другим логическим идентификатором.

4. Метрика

Стоимость использования маршрута. Обычно лучшими считаются маршруты, имеющие наименьшую метрику. При наличии нескольких маршрутов к нужной сети назначения выбирается маршрут с наименьшей метрикой. Некоторые алгоритмы маршрутизации позволяют хранить в таблице маршрутизации только один маршрут к сети с данным кодом, даже при наличии нескольких таких маршрутов. В таком случае метрика используется маршрутизатором для выбора маршрута, заносимого в таблицу маршрутизации.

 

 

 

3.Маршрутизация в глобальной  сети.

В глобальной сети, имеющей по несколько физических соединений между коммутаторами пакетов, сеть сама отвечает за маршрутизацию пакетов с того времени, как они попали в нее, и до тех пор, пока они не покинут ее. Такая внутренняя маршрутизация происходит полностью внутри этой глобальной сети. Машины за ее пределами не могут участвовать в принятии решений; для них эта сеть представляется единым целым, которое доставляет пакеты.

Прежде чем углубляться в теорию маршрутизации в глобальных сетях, рассмотрим простую классификацию методов маршрутизации. Способы доставки пакета в правильном направлении принято делить на три больших класса.

1. Простая маршрутизация
2. Фиксированная маршрутизация
3. Адаптивная маршрутизация

Простая маршрутизация работает по принципу устройств канального уровня (повторители, коммутаторы, мосты) и в наше время используется очень редко. Тем не менее, о ней необходимо знать.

 Имеется три вида простой маршрутизации: 

Первый получил название «случайная маршрутизация». При этом каждый маршрутизатор, получив пакет, отправляет его на случайный интерфейс . Такой подход не гарантирует быстрой и качественной доставки пакета адресату. А в ряде случаев пакет вообще уничтожается при превышении TTL. 

Второй вид называется «лавинная маршрутизация». В этом случае роутер шлет пакет по всем активным интерфейсам. Минус этого приема – засорение сети избыточной служебной информацией. 

 Третий вид - называется «маршрутизация по опыту». Применяя этот прием, шлюз изначально накапливает сведения о маршрутах, пересылая данные, как правило, лавинным способом. Затем, составляя некоторую таблицу, он учится направлять пакеты куда надо. Это очень напоминает работу моста, когда имеют место режимы обучения и работы. Простая маршрутизация просто неприемлема в больших сетях, особенно, если узлы связаны резервными связями.  

«Фиксированная» предполагает наличие так называемой таблицы маршрутизации, которая существует в любой современной операционной системе. Каждая таблица должна иметь, как минимум пять столбцов. Вот они:

1. Адрес сети – сеть или отдельный IP-адрес, куда должен быть доставлен пакет.
2. Маска сети – чтобы однозначно идентифицировать подсеть должна быть использована маска.
3. Шлюз – на этот адрес будет передан пакет в случае совпадения адрес назначения и адреса сети.
4. Интерфейс (или номер порта) – инициализирует интерфейс, по которому будет проходить пакет.
5. Метрика – определенное число, характеризующее канал связи.

Смысл фиксированной маршрутизации в том, что вся работа по прописыванию путей возлагается на администратора сети. Разумеется, что в случае простенькой локальной сети прописать все маршруты можно за пять минут. Но когда речь идет о глобальной сети с разными каналами, то здесь следует очень сильно подумать. К примеру, если в сети имеются резервные линии, то очень сложно переключиться на нее в случае аварии на основном канале. Впрочем, данный метод зарекомендовал себя в небольших локальных сетях и на магистральных линиях.

Еще одна маленькая особенность фиксированной маршрутизации: в случае, когда нужно доставлять все или большинство пакетов на один узел, используется понятие «шлюз по умолчанию». Адрес сети и маска в этом случае будут иметь вид 0.0.0.0. Когда совпадение адреса назначения с адресом сети не происходит, данные уходят на дефолтовый шлюз.

«Адаптивная» -  применяется в больших сетях с разными каналами и избыточными линиями. Смысл адаптации в том, чтобы быстро поменять маршрут в случае выхода из строя отдельной линии, либо добавления нового шлюза. В данный момент используется два вида протокола маршрутизации: RIP и OSPF.

3.1 Принцип работы глобальных сетей.

Существуют так называемые «операторы связи», которые содержат собственные каналы и арендуют провайдерам доступ к ним. Собственность каждого оператора, включая все локальные сети провайдеров, подключенные к нему, принято называть «автономной системой».

Автономная система – это ряд связанных между собой машин с единой внутренней политикой маршрутизации (IGP – Internal Gateway Protocol). Сами автономные системы посредством мощных каналов соединяются между собой, образуя единую сеть Internet. Но невозможно передать данные каждому маршрутизатору обо всех остальных роутерах. Поэтому принято выделять так называемые «пограничные шлюзы» автономной системы. Все шлюзы соединяются по единой магистрали и обмениваются данными посредством внешних протоколов маршрутизации (EGP – External Gateway Protocol).