Сети ЭВМ и телекоммуникации

Сети ЭВМ и телекоммуникации
Межсетевое взаимодействие
• Базовая сетевая технология – это согласованный
набор протоколов и реализующих их программноаппаратных средств, достаточных для построения
вычислительной сети.
Примеры: Ethernet, Token Ring, FDDI.
• Существуют множества:
– различные базовые сетевые технологии;
– различные поколения протоколов;
– сетевое оборудование от различных производителей.
• Задача – обеспечение межсетевого взаимодействия
Методы межсетевого взаимодействия
• Инкапсуляция
• Трансляция
• Мультиплексирования
Инкапсуляция
• Инкапсуляция – метод согласования разнородных
сетей, использующих различные технологии
транспортировки данных.
• Используется:
– промежуточные сети применяются как транзитные ;
– транзитная сеть находится между сетями с одинаковыми
базовыми технологиями.
• Метод имеет сходство с принципами инкапсуляции
пакетов при продвижении пакета по стеку
протоколов.
• Метод может быть использован для транспортных
протоколов любого уровня.
Трансляция
• Метод обеспечивает согласование двух протоколов за счет
конвертирования формата сообщения, поступающего из одной
сети, в формат другой сети.
• Задача выполняется аппаратно-программными средствами.
• Сложность выполнения трансляции оценивается различиями
между протоколами.
Например: при конвертации сообщения Ethernet в сообщение Token
Ring сложность низкая.
• Недостатки трансляции:
– Через транслятор должен проходить весь сетевой трафик (узкое
место составной сети);
– Трансляция может оказаться весьма трудоемкой задачей (существует
некоторая вычислительная сложность), что может привести к
снижению скорости передачи трафика.
Мультиплексирование
• Метод согласования межсетевого взаимодействия
при котором возможна работа сразу нескольких
протоколов.
• Возможно использование одновременно нескольких
стеков проколов.
• Мультиплексирование обеспечивается аппаратнопрограммными средствами называемыми
мультиплексорами или менеджерами протоколов.
• Метод позволяет избавиться от узкого места сети,
однако страдает простота администрирования и
контроля работоспособности сети.
Дайте определения следующим
терминам
•
•
•
•
•
•
•
Маршрутизация
Маршрут пакета
Мост
Коммутатор
Физический адрес
Сетевой адрес
Маршрутизатор
Маршрутизатор
•
Маршрутизатор – аппаратнопрограммый комплекс, способный
выполнять функции сетевого уровня
модели OSI.
• Объединение разнородный сетей с
помощью маршрутизаторов допускает
наличие петель в топологии.
• Маршрутизаторы делятся:
– Программные;
– Аппаратные.
Принцип работы:
Обычно используется адрес получателя, указанный в пакетах данных, и
определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует
передать данные;
Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута,
пакет отбрасывается.
Маршрутизация
Задачи маршрутизации:
 Определение оптимального маршрута
пересылки пакета;
 Пересылка пакета по маршруту.
Для определения оптимального маршрута
необходимо следующее:


информация о всех существующих и доступных маршрутах;
необходим алгоритм поиска оптимального маршрута на
основе информации о всех доступных маршрутах.
• Маршрутизация осуществляется на основе
маршрутных таблиц.
Требования к алгоритму маршрутизации
• Выбираемый маршрут должен быть наиболее
оптимальным;
• Реализация алгоритма должна быть простой
(небольшая вычислительная мощность);
• Алгоритм должен обладать высокой
отказоустойчивостью;
• Адаптация алгоритма к изменяющимся
условиям должна происходить в минимальные
сроки.
Классификация алгоритмов
маршрутизации
• По актуальности используемых маршрутов:
– Статические;
– Динамические.
• По принципу обмена информацией:
– Состояния канала;
– Дистанционно-векторные.
• По количеству определенных маршрутов:
– Одномаршрутные;
– Многомаршрутные.
• По используемой структуре маршрутизации:
– Одноуровневые;
– Иерархические.
• По отношению к домену:
– Внутридоменные;
– Междоменные.
Наиболее распространенные метрики
• Длина маршрута (кол-во хопов)
• Надежность – степень отказоустойчивости
(кол-во ошибок к общему числу
переданных бит)
• Пропускная способность канала
• Задержка – время продвижения пакета до
пункта назначения или время обработки на
маршрутизаторе
• Физическое расстояние между узлами
• Стоимость связи
Протоколы обмена маршрутной
информацией
• RIP
• OSPF
Протоколы обмена маршрутной
информацией
• Протокол маршрутной информации
(Routing Information Protocol) — один из самых
простых протоколов маршрутизации.
• Применяется в небольших компьютерных сетях,
позволяет маршрутизаторам динамически обновлять
маршрутную информацию (направление и дальность
в хопах), получая ее от соседних маршрутизаторов.
• Помимо версии RIP для сетей TCP/IP, существует также
версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.
• RIP —протокол дистанционно-векторной маршрутизации,
который оперирует хопами (ретрансляционными
скачками) в качестве метрики маршрутизации.
Описание протокола
• RIP —протокол дистанционно-векторной маршрутизации,
который оперирует хопами в качестве метрики маршрутизации.
• Максимальное количество хопов, разрешенное в RIP, — 15
(метрика 16 означает «бесконечно большую метрику»).
• Каждый RIP-маршрутизатор по умолчанию вещает в сеть свою
полную таблицу маршрутизации раз в 30 секунд, генерируя
довольно много трафика на низкоскоростных линиях связи.
• RIP работает на прикладном уровне стека TCP/IP,
используяUDP порт 520.
• Ограничение на 15 хопов не дает применять его в больших
сетях. Преимущество этого протокола — простота
конфигурирования.
Инкапсуляция RIP сообщения в UDP
дейтограмму
Формат RIP сообщения
•
•
•
Команда: 1- запрос, 2- ответ.
Семейство адресов : для TCP/IP -2.
Показатель – это метрика.
Формат RIP сообщения
• Домен маршрутизации - это идентификатор маршрутизирующего
демона, которому принадлежит этот пакет.
• Признак маршрута – маршрутная метка.
Алгоритм обновления RIP-таблицы
Используется алгоритм Беллмана — Форда.
• Получение RIP-сообщения
• Увеличение метрики для каждой записи сообщения на 1
• Сравнение записей RIP-сообщения и существующей RIPтаблицы:
– Если метрика в сообщении меньше метрики в RIP-таблице, то
запись обновляется (записывается новая метрика и новый
маршрутизатор);
– Если записи с доступным маршрутом нет, то запись
добавляется;
– В любом другом случае – запись из RIP-сообщения
игнорируется.
Пример RIP-системы
• Протокол производит
широковещательную
рассылку.
М1
B
A
F
E
М2
G
М4
М3
C
D
М5
• Вектор расстояний –
совокупность пар
значений:
– Идентификатор сети;
– Расстояние до сети.
Начальное состояние маршрутных таблиц
для M1 и M5
М1
B
A
F
E
М2
G
Расстояние до
сети
Следующий
маршрут
A
1
M1
B
1
M1
F
1
M1
Сеть
назначения
Расстояние до
сети
Следующий
маршрут
C
1
M5
B
1
M5
М4
М3
C
Сеть
назначения
D
М5
Полное состояние маршрутной
таблицы для M1
М1
B
A
F
E
М2
G
М4
М3
C
D
М5
Сеть
назначения
Расстояние
до сети
Следующий
маршрут
A
1
M1
B
1
M1
С
2
M2
D
2
M4
E
2
M3
F
1
M1
G
2
M3
Состояние маршрутной
таблицы M1 при обрыве связи
М1
B
A
E
М2
F
G
М4
М3
C
D
М5
Сеть
назначения
Расстояние
до сети
Следующий
маршрут
A
1
M1
B
1
M1
С
2
M2
D
2
M4
E
16
M3
F
16
M1
G
16
M3
Состояние маршрутной
таблицы M1 при обрыве связи
М1
B
A
E
М2
F
G
М4
М3
C
D
М5
Сеть
назначения
Расстояние
до сети
Следующий
маршрут
A
1
M1
B
1
M1
С
2
M2
D
2
M4
E
2
M2
F
3
M2
G
3
M2
OSPF
•
OSPF (Open Shortest Path First) — протокол динамической маршрутизации,
основанный на технологии отслеживания состояния канала и использующий
для нахождения кратчайшего пути Алгоритм Дейкстры.
•
Протокол OSPF был разработан в 1988 году. Последняя версия протокола
представлена в RFC 2328.
•
Протокол OSPF представляет собой протокол внутреннего шлюза (Interior
Gateway Protocol — IGP). Протокол OSPF распространяет информацию о
доступных маршрутах между маршрутизаторами одной автономной системы.
•
OSPF предлагает решение следующих задач:
– Увеличение скорости сходимости (в сравнении с протоколом RIP2, так как нет
необходимости выжидания многократных тайм-аутов по 30с);
– Поддержка сетевых масок переменной длины (VLSM);
– Достижимость сети (быстро обнаруживаются отказавшие маршрутизаторы);
– Оптимальное использование пропускной способности (т.к строится минимальный
остовный граф по алгоритму Дейкстры);
– Метод выбора пути.
Выделенные области маршрутизации OSPF
•
Маршрутизаторы М4 и М2 выполняют функция опорной сети
для других областей. В выделенных областях может быть любое
число маршрутизаторов. Более толстыми линиями выделены
связи с другими сетями.
Типы маршрутизаторов
• Внутренний маршрутизатор (internal router) — маршрутизатор все
интерфейсы которого принадлежат одной зоне. У таких
маршрутизаторов только одна база данных состояния каналов.
• Пограничный маршрутизатор (area border router, ABR) — соединяет
одну или больше зон с магистральной зоной и выполняет функции
шлюза для межзонального трафика. У пограничного маршрутизатора
всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной зоне. Для
каждой присоединенной зоны маршрутизатор поддерживает
отдельную базу данных состояния каналов.
• Магистральный маршрутизатор (backbone router) — маршрутизатор у
которого всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной
зоне. Определение похоже на пограничный маршрутизатор, однако
магистральный маршрутизатор не всегда является пограничным.
Внутренний маршрутизатор интерфейсы которого принадлежат
нулевой зоне, также является магистральным.
• Пограничный маршрутизатор автономной системы (AS boundary
router, ASBR) — обменивается информацией с маршрутизаторами
принадлежащими другим автономным системам. Пограничный
маршрутизатор автономной системы может находиться в любом месте
автономной системы и быть внутренним, пограничным или
магистральным маршрутизатором.
Описание работы протокола
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Маршрутизаторы обмениваются hello-пакетами через все интерфейсы, на которых активирован
OSPF.
Маршрутизаторы, разделяющие общий канал передачи данных, становятся соседями, когда они
приходят к договоренности об определённых параметрах, указанных в их hello-пакетах.
На следующем этапе работы протокола маршрутизаторы будут пытаться перейти в состояние
смежности с маршрутизаторами, находящимися с ним в пределах прямой связи (на расстоянии
одного хопа).
Переход в состояние смежности определяется типом маршрутизаторов, обменивающихся helloпакетами, и типом сети, по которой передаются hello-пакеты. OSPF определяет несколько типов
сетей и несколько типов маршрутизаторов. Пара маршрутизаторов, находящихся в состоянии
смежности, синхронизирует между собой базу данных состояния каналов.
Каждый маршрутизатор посылает объявление о состоянии канала маршрутизаторам, с которыми он
находится в состоянии смежности.
Каждый маршрутизатор, получивший объявление от смежного маршрутизатора, записывает
передаваемую в нём информацию в базу данных состояния каналов маршрутизатора и рассылает
копию объявления всем другим смежным с ним маршрутизаторам.
Рассылая объявления через зону, все маршрутизаторы строят идентичную базу данных состояния
каналов маршрутизатора.
Когда база данных построена, каждый маршрутизатор использует алгоритм «кратчайший путь
первым» для вычисления графа без петель, который будет описывать кратчайший путь к каждому
известному пункту назначения с собой в качестве корня. Этот граф — дерево кратчайших путей.
Каждый маршрутизатор строит таблицу маршрутизации из своего дерева кратчайших путей.
Формат заголовка сообщений
•
•
•
•
•
Поле версия определяет версию протокола (= 2). Поле тип идентифицирует функцию
сообщения.
Поле длина пакета определяет длину блока в октетах, включая заголовок.
Идентификатор области - 32-битный код, идентифицирующий область, которой данный
пакет принадлежит. Все OSPF-пакеты ассоциируются с той или иной областью. Большинство из
них не преодолевает более одного шага.
Поле контрольная сумма содержит контрольную сумму IP-пакета, включая поле типа
идентификации.
Поле тип идентификации может принимать значения 0 при отсутствии контроля доступа, и 1
при наличии контроля.
Коды поля тип
Тип
Значение
1
Hello (используется для проверки доступности
маршрутизатора).
2
Описание базы данных (топология).
3
Запрос состояния канала.
4
Изменение состояния канала.
5
Подтверждение получения сообщения о статусе канала.
Формат сообщения hello
Сообщение о маршрутах