13. Принципы маршрутизации.
13.1. Главная задача сетевого уровня – маршрутизация.
Важнейшая задача сетевого уровня – маршрутизация, т.е. технология передачи пакета между двумя конечными узлами в составной сети.
Итак, составные сети строятся с использованием маршрутов. Каждый маршрутизатор соединяет как минимум две сети, т.е. имеет не менее двух портов. Каждый порт имеет локальный адрес своей локальной сети.
13.1.1. Таблица маршрутизации.
При выборе маршрута каждый маршрутизатор выбирает свой порт, на который ему необходимо направить пакет на основании некоторой накопленной информации – таблица маршрутизации, в которой храниться следующая информация:
- номер сети назначения
- сетевой адрес следующего маршрутизатора
- сетевой адрес своего порта
- расстояние (критерий) до сети назначения.
Если бы эта таблица содержала сведения обо всех подсетях данной составной сети, то для крупной сети она была бы большая и требовалось много времени для обработке. Поэтому таблица содержит сведения о ближайших или часто используемых подсетях.
13.1.2. Сеть с неизвестным адресом и принцип «маршрутизации по умолчанию».
Если же в пакете запрашивается сеть с неизвестным адресом то он (пакет) передается в сеть «по умолчанию». В качестве такого маршрута выбирается некоторая центральная, не тупиковая подсеть, имеющая связи с большим числом других подсетей.
Принципом «маршрутизации по умолчанию» в большей степени используют конечные компьютеры, которые также имеют таблицы маршрутизации. Для конечного компьютера они строятся «вручную» для маршрутов-автомобилей.
13.1.3. Несколько маршрутов в сети.
При наличии описания в таблице нескольких маршрутов к сети назначения маршрутизатор принимает во внимание параметр «расстояние до сети назначения (пояснить «расстояние» - любая метрика, несколько метрик).
13.2.1. Построения таблиц маршрутизации.
Задача маршрутизации решается на основе анализа таблиц маршрутизации, которые размещаются во всех маршрутизаторах (1) и в конечных узлах сети (2). В (1) таблице строится автоматически, но может корректироваться вручную. В (2) – строятся "вручную».
Для автоматического построения таблиц маршрутизации маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии составной сети по специальным служебным протоколам (протоколам маршрутизации или маршрутизирующим протоколам) RIP , OSPF , NLSP – эти протоколы, как и собственно протоколы сетевого уровня. IP или IPX также являются протоколами сетевого уровня, но передают только служебную информацию о топологии сети, а IP или IPX -передают информацию.
С помощью протоколов маршрутизации (сетевого уровня) маршрутизаторы составляют карту связей сети той или иной степени подробности.
13.2.2. Понятие одношагового и многошагового подхода.
Есть несколько стратегий построения таблиц маршрутизации:
1. Алгоритм одношаговой маршрутизации.
По этому алгоритму маршрутизатор отвечает за оптимальность выбора только одного (следующего) шага в выборе маршрута.
2. Реализует многошаговый подход, это называется маршрутизация от источника ( Source Routing )- узел источник задает весь маршрут от источника к адресу. Преимущество: нет необходимости проводить оптимизацию маршрутизации на конечных узлах, т.е. обеспечивается высокая скорость прохождения пакета, но повышается нагрузка на конечные узлы сети.
13.2.3. Одношаговые алгоритмы.
Одношаговые алгоритмы , в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации, делятся на три класса:
- Алгоритмы фиксированной (или статистической) маршрутизации.
- Алгоритмы простой маршрутизации.
- Алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации.
1. Алгоритмы фиксированной маршрутизации – все записи в таблице являются статистическими. Администратор сети вручную заполняет эти таблицы (с помощью утилит route Unix или NT ).Различают одно-маршрутные таблицы (один путь до каждого адресата) и многомаршрутные – несколько маршрутов: обычно один основной и остальные резервные. Применяется или в небольших сетях с простой топологией или в магистральных сетях т.к. наилучшее маршруты в них очевидны.
2. В алгоритмах простой маршрутизации таблица либо не строится, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Различают три типа простой маршрутизации:
2.1. Случайная маршрутизация – пакет на первое попавшееся случайное направление, кроме исходного.
2.2. Лавинная маршрутизация – пакет по всем возможным направлениям, кроме исходного.
2.3. Маршрутизация по предыдущему опыту – маршрут по таблице, но таблица строится по принципу моста из анализа атрибутных полей пакетов, появляющихся на портах маршрутизатора.
3. Алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации. Обеспечивают автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети. В таблицах маршрута есть параметр-время жизни маршрута после изменения конфигурации сети.
Требования к адаптивным алгоритмам:
- простота – уменьшения затрат сетевых ресурсов, уменьшения числа вычислений, уменьшения объема трафика
- рациональность – реализовывать если не оптимальный, то рациональный маршрут
- сходимость – приводить к однозначному результату за приемлемое время (либо найти либо отказать)
Алгоритмы адаптивной маршрутизации делятся на две группы:
3.1. Дистанционно- векторные алгоритмы ( Distance Vector Algorithms – DVA)
3.2. Алгоритмы состояния связей ( Link State Algorithms – LSA )
В дистанционно-векторных алгоритмах каждый маршрутизатор периодически и широковещательно (т.е. всем) рассылает по сети вектор расстояния ( в какой-либо метрике) от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. При получении вектора от соседа маршрутизатор наращивает расстояние до указанных в векторе сетей на расстояние до соседа, дополняет расстояниями до известных ему сетей и передает дальше. Хорошо работает лишь в небольших сетях. В больших – большое засорение и уменьшение корректности т.к. таблицы у маршрутизаторов не всегда соответствуют актуальной топологии сетей.
Распространен протокол – RIP , в двух версиях RIP IP и RIP IPX .
Алгоритмы состояния связей – позволяет построить для каждого маршрутизатора граф связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, т.е. увеличивается устойчивость к изменениям конфигурации сети. Также используются широковещательные пакеты ( HELLO ), но они коротки. По ответам строится граф. При этом вершины - маршрутизаторы или сети. Ребра двух типов: маршрутизаторы – маршрутизатор, маршрутизатор – сеть.
IP – IP – стека OSI
OSPF – (Open Shortest Path First) – стека TCP/IP
NLSP – стека Novell