Алгоритмы маршрутизации в

,J
Z|OZ
хсЕоsвsоdJэlI
KDltho
rинэIldgо uINdоФ
drси,твlд
ехиняс.(Irrsа (чнэrrэrс) rиПвхифиtгвт;1
вхиrвшdофни и в>IиJеиIэJеиI rенtsвrхиdц
ихsоrозVош чlrифоdц
вхиrеиrdофни и €хи.rеиlаwш
rвнtrеrхиdш - 00r0I0
ияsоrо:Vоrr эинэшнеdпец
хвшеIсис хIчннаIfаtsаdшсвd а ииПаýиrztdшdвш lчr,лrиdоrrrу
lчниrrrиПаиts вrдrtudлоdш швьо9вд
<<rэrиэdэsин.( дrчннэаrсdвYrtсо-t цихсYоавсоdrэц>
rинеsоsudgо оJонqIruноисээфоdш оJэшсIqа
эинэIГхэdьd аончriэrваоввd9о эонrэхVоlg эоннэg.rсdвYdсоr эончrrвdэYэql
ииПYdgYаФ иохэииээоd их^Yн и rинYgоЕYdsIо о8JэdаJэинииi
..,TTfl
Lr
Общие сведения о дисциплине
Название дисциплины – Алгоритмы маршрутизации в распределенных системах
Факультет, на котором преподается данная дисциплина - математический
Направление подготовки – Прикладная математика и информатика
Квалификация (степень) выпускника - Магистр
Цикл дисциплин – Общенаучный
Часть цикла – Вариативная
Курс - 2
Семестр - 3
Всего зачетных единиц – 3
Всего часов – 108
Аудиторные занятия 34 часа (лекции 17 часов, практические занятия 17 часов)
Самостоятельная работа — 74 часа
Объем часов в активной и интерактивной формах – 2
Экзамен – нет
Зачет – 3 семестр
Составитель рабочей программы – доцент каф.ИМО, к.ф.-м.н. К.А.Кулаков
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Алгоритмы маршрутизации в распределенных системах»
является получение общих представлений о существующих алгоритмах и протоколах
маршрутизации в распределенных сетевых системах. Дисциплина сочетает теоретическую
и практическую части принципа работы маршрутизатора в распределенных системах.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина входит в вариативную часть общенаучного цикла дисциплин. Для
изучения дисциплины требуются предварительные знания по курсам «Операционные
системы», «Алгоритмы и структуры данных» и «Компьютерные сети». Знания и умения,
приобретенные студентами в результате изучения дисциплины, будут использоваться при
выполнении курсовых и дипломных работ, связанных с созданием распределенных
систем, разработкой и взаимодействием сервисов в сети Интернет.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.
ОК-2 - иметь представление о современном состоянии и проблемах прикладной
математики и информатики, истории и методологии их развития;
ОК-3 - способность использовать углубленные теоретические и практические знания
в области прикладной математики и информатики;
ПК-1 - уметь проводить научные исследования и получать новые научные и
прикладные результаты;
ПК-3 - способность углубленного анализа проблем, постановки и обоснования задач
научной и проектно-технологической деятельности;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•
Знать: Существующие алгоритмы и протоколы взаимодействия распределенных
систем; общие сведения о настройке протоколов маршрутизации в распределенных
системах; структура пакетов данных протоколов маршрутизации.
•
Уметь: Анализировать структуру распределенной системы; строить маршрут
передачи пакета данных на основе параметров протокола маршрутизации в
распределенной системы; анализировать некорректное поведение протокола
маршрутизации.
•
Владеть: Основными инструментами и методами работы с маршрутизаторами в
распределенных системах.
4. Структура и содержание дисциплины.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы 108 часов
(34 аудиторных и 74 самостоятельная работа, объем часов в активной и интерактивной
формах – 2).
№
Раздел
п
/
п
Дисциплины
С
е
м
ес
тр
Н
е
д
е
л
я
с
е
м
е
с
т
р
а
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов
и трудоемкость (в
часах)
Лекц
ия
1
2
3
4
Введение. История развития
маршрутизации. Стандарты.
Стек протоколов. Основные
понятия и определения.
Общая
схема
маршрутизации.
Классификация
методов
маршрутизации.
Построение
вычислительной
сети
исходя из потребностей
предприятия.
Протокол IP. IPv4 и IPv6.
Структура пакета. Формы
маршрутизации.
Таблица
маршрутизации. Недостатки
маршрутизации средствами
протокола IP.
Маршрутизация IP сети.
Протокол RIP. История и
классификация протокола.
Недостатки протокола.
5 Таблица маршрутизации.
Алгоритм обновления
таблицы. Структура пакета.
Методы устранения
недостатков протокола.
6 Маршрутизация RIP сети.
Протоколы IGRP и EIGRP.
История и классификация
7 протоколов. Метрики
маршрута. Структуры
пакета и маршрутной
3
1
3
2
3
3
3
4
3
5
3
6
3
7
Прак
т.
1
Форма промежуточной
аттестации.
Само
ст.
4
1
2
4
Прием решений
практических задач
5
2
2
5
Прием решений
практических задач
4
2
2
Формы текущего
контроля успеваемости.
4
4
Прием решений
практических задач
записи.
Усовершенствования
алгоритма Беллмана-Форда.
Модули протокола EIGRP.
Алгоритм DUAL. Таблицы
EIGRP. Пакеты EIGRP.
8 Маршрутизация
IGRP/EIGRP
Протокол OSPF.
Классификация. Метрики
маршрута. Иерархия
9 маршрутизации.
Маршрутизаторы.
Объявление о состоянии
канала. Пакеты OSPF.
Таблицы OSPF. Таймеры.
1 Маршрутизация OSPF.
0
Протокол IS-IS.
Терминология. Иерархия
1 маршрутизации. Конечные
1 системы. Классификация
маршрутизаторов. Метрики
протокола. Типы пакетов.
1 Построение сети IS-IS.
2
1
3
1
4
1
5
1
6
Протокол BGP.
Классификация автономных
систем и маршрутизаторов.
Структура пакета. Типы
сообщений.
Построение сети BGP.
Маршрутизация BGP.
Протокол MPLS. Классы
эквивалентности
пересылки. Коммутируемые
по меткам тракты.
Маршрутизаторы.
Распределение меток. База
меток. Структура метки.
Стек меток. Протокол
распределения меток.
Построение сети MPLS.
Маршрутизация MPLS.
Туннелирование.
Особенности виртуальных
1 сетей. Технология
7 туннелирования.
Туннелирование средствами
IP. Туннелирование
3
8
3
9
3
10
3
11
3
12
3
13
3
14
3
15
3
16
3
17
2
2
Прием решений
практических задач
4
2
2
4
Прием решений
практических задач
4
2
2
4
Прием решений
практических задач
4
2
2
4
Прием решений
практических задач
4
2
2
4
4
4
Прием решений
практических задач
средствами MPLS.
Восстановление
соединений. Классификация
алгоритмов. IP-rerouting.
Global path protection. Prings. SLSP.
1 Потроение туннелей в сети
8 MPLS.
3
18
2
4
Прием решений
практических задач
Зачет
Всего: 72 часа
17
17
74
5. Образовательные технологии
Реализация компетентностного подхода предусматривает широкое использование в
учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий (разбор
конкретных ситуаций) в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и
развития профессиональных навыков обучающихся. Удельный вес занятий, проводимых в
интерактивных формах, составляет 2 часа.
В рамках
дисциплины также применяются традиционные образовательные
технологий в форме практических занятий с компьютерными автоматизированными
информационными технологиями при выполнении практических работ и проведении
контрольных мероприятий.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные
средства
для
текущего
контроля
успеваемости,
промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа студентов включает:
− выполнение практических задач;
− работа с обязательной и дополнительной литературой.
Контроль качества подготовки осуществляется путем проверки теоретических
знаний и практических навыком посредством:
1) зачета в конце семестра
2) проверки и приема текущих семестровых заданий и практических работ.
Список практических задач:
1. Маршрутизация IP сети
Для ООО "Носорог" известна следующая информация.
Центральный офис состоит из 4-х отделов (14 сотрудников в каждом отделе)
расположенных на разных этажах (1 этаж - тех.поддержка, 2 этаж - менеджеры, 3 этаж -
бухгалтерия, 4 этаж - администрация). В подвале находится серверная комната, имеющая
прямое соединение с тех.поддержкой. В отделе тех.поддержки стоят 2 маршрутизатора
для подключения к сети Интернет провайдера "Атом" (выданный IP 13.27.43.8) и
региональной сети с выходом в Интернет провайдера "Молекула" (выданный IP 10.8.3.45).
Фирма имеет 2 локальных филиала (5 человек), соединенных напрямую с отделом
менеджеров и бухгалтерией соответственно.
Фирма имеет удаленные филиалы в г.Пушкин, в г.Лермонтов и в г.Толстой
соответственно (10-15 сотрудников). Эти филиалы имеют выход в Интернет через
провайдера "Ион" (выданные IP 23.54.45.2, 23.54.70.4 и 25.64.4.3 соответственно). Каждый
удаленный филиал имеет выделенный сервер для представления информации о филиале в
сети Интернет.
Центральный офис предоставляет сотрудникам и другим лицам набор сервисов
(web, почта, ftp, учетные записи, и т.д. Не менее 10 сервисов). Каждый сервис связан с 2-3
другими сервисами и должен быть реализован на отдельном сервере.
Требуется
построить
корпоративную
сеть
с
учетом
географических
и
административных особенностей. Указать топологии филиалов, примеры таблиц
маршрутизации, построить маршрут из локального филиала в удаленный и описать
изменение маршрутной карты в случае выхода из строя одного из маршрутизаторов на
выбранном маршруте.
2. Опишите устоявшуюся маршрутную таблицу (примерно 10 записей) для одного
из маршрутизаторов сети RIP. Укажите наилучшие пути к двум маршрутизаторам из
других сегментов сети. Найдите недосягаемые части сети. Опишите на примере
возможное зацикливание в связи с введенными изменениями.
3. Постройте сеть EIGRP и определите метрики линий связи. Построить маршрут
между 2-мя точками сети с не менее 3-мя промежуточными маршрутизаторами. Оценить
метрику маршрута, общее время задержки пакета. Найти резервные маршруты с помощью
алгоритма DUAL. Значения констант C1, C2 и MTU выбрать самостоятельно.
4. Маршрутизация OSPF. На основе топологии сети, из задачи 2 определить
области и магистральную зону автономной системы. Описать области распространения
объявлений для состояний каналов при изменениях.
5. Маршрутизация BGP. На основе топологии сети, представленной в задаче 2
определить автономные системы и маршрутизаторы BGP. Для каждой автономной
системы указать ее класс. Построить маршруты между автономными системами.
Предложить вариант управления маршрутами (балансировка нагрузки).
6. Сети MPLS. На основе топологии сети из задачи 2 выбрать граничные
маршрутизаторы и выполнить распределение меток. Построить 2 маршрута между
граничными маршрутизаторами, проходящими через транзитные. Добавить виртуальный
канал, соединяющий 3 маршрутизатора.
Вопросы к зачету по курсу:
1. Маршрутизация. Основные понятия и определения.
2. Алгоритмы Беллмана-Форда и Дейкстры.
3. Протокол IP4. Маршрутная информация. Таблицы маршрутизации.
4. Протокол IP6.
5. Протокол RIP. Таблица маршрутизации. Структура пакета.
6. Протокол RIP. Таймеры. Методы улучшения работы протокола.
7. Протокол IGRP. Метрики маршрута. Структура пакета.
8. Протокол EIGRP. Модули протокола. Таблицы протокола. Структура пакета.
9. Протокол EIGRP. Алгоритм DUAL.
10. Протокол OSPF. Архитектура сети и типы маршрутизаторов.
11. Протокол OSPF. Объявление о состоянии канала.
12. Протокол IS-IS. Иерархия маршрутизации. Типы маршрутизаторов.
13. Протокол IS-IS. Метрики протокола и типы пакетов.
14. Протокол BGP. Типы АС и маршрутизаторов.
15. Протокол BGP. Формат пакета. Сообщения и уведомления.
16. Технология MPLS. Классы эквивалентности пересылки. Коммутируемые по меткам
тракты. Маршрутизатор коммутации по меткам.
17. Технология MPLS. Метки. Структура метки. Распределение меток.
18. Туннелирование.
19. Управление трафиком и оптимизация.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
а) основная литература: нет.
б) дополнительная литература:
1. А. Б. Гольдштейн, Б. С. Гольдштейн. Технология и протоколы MPLS. СПб:БХВПетербург, 2005.
2. А. Филимонов. Протоколы Интернета. СПб:БХВ-Петербург, 2003.
3. Сэм Хелеби, Денни Мак-Ферсон Принципы маршрутизации в Internet. М.:Вильямс,
2001.
4. Хант К. TCP/IP. Сетевое администрирование. СПб:Символ-плюс. 2004.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1. Ю.
А.
Семенов.
Протоколы
и
алгоритмы
маршрутизации
в
Интернет
(Сети
TCP/IP)
http://www.intuit.ru/department/network/pami/
2. М.
Мамаев.
Телекоммуникационные
технологии
http://athena.vvsu.ru/net/book/
3. В. Плешаков CISCO Internetworking Technology Overview
http://w0.sao.ru/hq/vch/RusDoc/ito/index.htm
Петрозаводский университет обеспечен необходимым комплектом лицензионного
программного обеспечения.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Для успешного освоения дисциплины требуется:
1. Аудитория для проведения лекционных занятий, имеющая необходимое
количество посадочных мест и оснащенная оборудованием для проведения презентаций.
2. Компьютерный класс для проведения лабораторных работ, имеющий необходимое
количество рабочих мест, с набором базового программного обеспечения для построения
схем
топологий
сети,
с
возможностью
многопользовательской
централизованного доступа к информационным ресурсам.
работы
и
,а,а usонэшаэ
-tфa.J
ВrЭJsШАIвф оJохсэьиIвиIэJвIд
ииссииIох дохсэъиtrоrэш-онgэъd
чlrаruЕосvаdц
,0I
фi rroxorodrr nГol71g7BHoIи (ýZ) ЕJэJчIffхЕф
оJохсэьиIuиIэJ?иI ииссиWох gохсэъиYоrэиr-онgэъd иrдrвYэсва вн
внэd9оYо виtшвd.rоdц
,Т
бN
'BEo-r 7197 ыrэйтв
''охоJоdп
ихиruшdофнц пdYэфвХ иинвYэсвs
зн
((EI) винэьэпсэ9о оJохсэьаLвпаJеи[
внэtrпКdэпь{
и
tохвшfу,у,у
внэdrолссвd BrшTpfuodlr
lЕэПоY',н,п_.ф-:r :dоtлу
'J
rиЕвхифиrвнх) вхи,tвиtdофни и вхиJвпаLвп
0
I0z (птпrлrатяr dюшвlд
tвffitглиd11 rшэrrпвfrш Ьшш эоJФ)
+TbrduTr{cql
rинеаоаеd9о оJончIIзноисоэфоdп оJэшснs нdвrgшэ оrовпгаrвпосп{9о
оrончrгвdеYэб
иrrшгиrrвкоgаdr
с
Еиsдш:rаих}с ц
ЕЕжщцххD Иэф1
цихснаUsвоJоg .Y.o{
иоdyэфвх.sвt
,9
БN IfохоJоdп 'BYo-1 EIOZ rви{
lI ro rинэьэшсО9о оJохсэЬиr,виIаJвиI и шяиrвrцdофни
tчdYэфех иинвYэсва вн внэIOкdаsJ.dэdэш и енэdrоrrtйd ,"""urrиПсиY
ешигвd.rоdtr
ruhоgеd
нохеr.(у,у,;
оии,фрх
rнэГrоY сэна rинэнэиttи и rинаншоuо!'
g
rинэнэшЕи и rинэнIrопоЕ эитпоrdyэriс rсrrэон
в
"ZlOa'dэrиц:9цЭ,иrэс эrчнdэrоrsшпrоУ .шliоdэаел .[' .ичfв9нэнв1 .6 .
I
:хинhоJси нэшвв9оY rsddrudэrиш
цонqIiэJинriопоY хосиIIс
:
rИПuХИфиrвшх) вхиrвшdофни и вхиJвиtэIвш rвнyеrгхиdIl
((хеиIэJсис кsннэшоЕаdпсеd s ииПвсийdшdвш
ооrоtо (дин)
""r.r!;T;;j"#
rчrrurиdо:rrу> fшrллвd:оdIl оrdъо9вd
Yo.1
иlчн9эьА
у 1971
glg7
fr
et,
ffиIиIYdJоdII цшhоgYd g IrинtrнпиItи и
вин[нrопоY