СТРУКТУРИЗАЦИЯ МОСТОВ И МАРШРУТИЗАТОРОВ ПРИНЦИПЫ МАРШРУТИЗАЦИИ Выполнил: преподаватель ТОГБОУ СПО «Приборостроительный колледж», г. Тамбов Шаршова О.П. В данной теме рассматриваются устройства логической структуризации сетей, работающие на канальном уровне стека протоколов, а именно мосты и коммутаторы. Структуризация сети возможна также на основе маршрутизаторов, которые для выполнения этой задачи привлекают протоколы сетевого уровня. Каждый способ структуризации с помощью канального протокола и с помощью сетевого протокола - имеет свои преимущества и недостатки. В современных сетях часто используют комбинированный способ логической структуризации - небольшие сегменты объединяются устройствами канального уровня в более крупные подсети, которые, в свою очередь, соединяются маршрутизаторами. Сеть можно разделить на логические сегменты с помощью устройств двух типов - мостов (bridge) и/или коммутаторов (switch, switching hub). Мост и коммутатор - это функциональные близнецы. Оба эти устройства продвигают кадры на основании одних и тех же алгоритмов. Мосты и коммутаторы используют два типа алгоритмов: алгоритм прозрачного моста (transparent bridge),описанного в стандарте IEEE 802. ID, либо алгоритм моста с маршрутизацией от источника (source routing bridge) компании IBM для сетей Token Ring. Эти стандарты были разработаны задолго до появления первого коммутатора, поэтому в них используется термин «мост». Коммутаторы, которые продвигают кадры протокола Token Ring, работают по алгоритму Source Routing, характерному для мостов IBM. Основное отличие коммутатора от моста заключается в том, что мост обрабатывает кадры последовательно, а коммутатор параллельно. Это обстоятельство связано с тем, что мосты появились в те времена, когда сеть делили на небольшое количество сегментов, а межсегментный трафик был небольшим. Сеть чаще всего делили на два сегмента, поэтому и термин был выбран соответствующий - мост. А ЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОЗРАЧНОГО МОСТА Прозрачные мосты незаметны для сетевых адаптеров конечных узлов, т.к. они самостоятельно строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно решить, нужно передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет. Сетевые адаптеры при использовании прозрачных мостов работают точно так же, как и в случае их отсутствия, т.е. не предпринимают никаких дополнительных действий, чтобы кадр прошел через мост . Алгоритм прозрачного моста не зависит от технологии локальной сети, в которой устанавливается мост, поэтому прозрачные мосты Ethernet работают точно так же, как прозрачные мосты FDDI. Прозрачный мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на порты моста. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети. МОСТЫ С МАРШРУТИЗАЦИЕЙ ОТ ИСТОЧНИКА Мосты с маршрутизацией от источника применяются для соединения колец Token Ring и FDDI, хотя для этих же целей могут использоваться и прозрачные мосты. Маршрутизация от источника (Source Routing, SR) основана на том, что станция-отправитель помещает в посылаемый в другое кольцо кадр всю адресную информацию о промежуточных мостах и кольцах, которые должен пройти кадр перед тем, как попасть в кольцо, к которому подключена станция-получатель. Хотя в название этого способа входит термин «маршру тизация», настоящей маршру тизации в строгом понимании этого термина здесь нет, т.к. мосты и станции попрежнему используют для передачи кадров данных только информацию МАС - уровня, а заголовки сетевого уровня для мостов данного типа по-прежнему остаются неразличимой частью поля данных кадра . Таблица 1 . Преимущества и недостатки мостов с маршру тизацией от источника Преимущества Недостатки Более рациональные Более дорогие сетевые адаптеры, маршруты принимающие участие в маршрутизации Проще и дешевле - не нужно Сеть непрозрачна – кольца имеют строить таблицы фильтрации номера Более высокая скорость – не Увеличивается трафик за нужно просматривать таблицы широковещательных каналов. фильтрации счет ПРИНЦИПЫ МАРШРУ ТИЗАЦИИ. Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация – организация доставки пакетов по назначению. Рассмотрим принципы маршрутизации на примере составной сети, изображенной на рис.1. Маршрутизаторы имеют по несколько портов (не менее двух), к которым присоединяются сети. Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он имеет собственный сетевой адрес и собственный локальный адрес в той подсети, которая к нему подключена. Например, маршру тизатор номер 1 имеет три порта: S1 , S2, S3 – сети, подключенные к портам; М1(1), М1(2), М1(3) – сетевые адреса этих портов; Порт М1(1) имеет локальный адрес в сети S1; Порт М1(2) имеет локальный адрес в сети S2; Порт М1(3) имеет локальный адрес в сети S3; S1 , S2, … S5 – номера сетей, соединенных маршру тизаторами. Рис. 1. Принцип маршрутизация в составной сети Маршрутизатор можно рассматривать как совокупность нескольких узлов, каждый из которых входит в свою сеть. Как единое устройство маршрутизатор не имеет отдельного сетевого или локального адреса. Маршрут – это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет. В сложных сетях обычно существует несколько альтернативных маршрутов. Каждый маршрутизатор выбирает маршрут дальнейшего следования пакета. Для этого он использует таблицу маршрутизации и указанный критерий выбора маршрута. ПРОТОКОЛЫ МАРШРУ ТИЗАЦИИ. Цель маршрутизации – доставка пакетов по назначению с максимизацией эффективности. Маршрут выбирается на основании имеющейся у маршрутизаторов информации о конфигурации (топологии) сети, длин очередей в узлах коммутации, интенсивности входных потоков и других факторов, а также на основании заданного критерия выбора маршрута. А лгоритмы маршрутизации включают процедуры: измерение и оценивание параметров сети; принятие решения о рассылке служебной информации; построение таблиц маршрутизации; реализация принятых маршрутных решений. Таблицы маршрутизации создаются в основном автоматически, но могут корректироваться и дополняться вручную. Для автоматического построения таблиц маршрутизаторы обмениваются информацией о связях в сети. При этом используются специальные служебные протоколы, называемые протоколами маршрутизации. Протоколы маршрутизации помещают свои служебные пакеты в поле данных пакетов сетевого или транспортного уровня, то есть используют соответствующие протоколы для транспортировки своих сообщений. Формально эти протоколы можно отнести к более высокому уровню, чем сетевой . Объединение подсетей для создания более сложной (неоднородной) сети можно осуществлять и средствами канального уровня. Для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако применение средств канального уровня для создания сложных сетей имеет существенные ограничения и недостатки. В табл. 2 проводится сравнение маршрутизаторов и коммутаторов (мостов) с точки зрения их применения для объединения подсетей. Коммутаторы Маршрутизаторы Локальные таблицы Таблицы маршрутизации с соответствия IP – адресов МАС – номерами сетей. адресам (физическим). Построение таблиц путем Обмен служебными пакетами с пассивного просмотра данными о сетях и маршрутизаторах. проходящих кадров. Учитывается только топология Учет не только топологии, но и сети. пропускной способности и состояния маршрутизаторов. Простое определение нужного Реализация сложных алгоритмов порта по таблице (скорость). маршрутизации. Подвержены Нет широковещательного широковещательному шторму, шторма, быстрее адаптируются к проблема с управлением изменению конфигурации сети, трафиком. допускают наличие замкнутых контуров в сети. Таблица 2. Сравнение маршрутизаторов и коммутаторов (мостов). Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц маршрутизации, способами выбора наилучшего маршрута и др. Одношаговые алгоритмы маршру тизации Каждый маршру тизатор определяет только один шаг маршру та – только следующий (ближайший) маршру тизатор. Окончательный маршрут складывается в результате работы всех маршру тизаторов, через которые проходит данный пакет. Одношаговые алгоритмы, в зависимости от способа формирования таблиц маршру тизации делятся на три класса: алгоритмы фиксированной (статической) маршру тизации; алгоритмы простой маршрутизации; алгоритмы адаптивной (динамической) маршру тизации . Алгоритмы фиксированной маршрутизации: все записи в таблице маршрутизации являются статическими; таблица обычно создается при загрузке и используется без изменений, пока ее не отредактируют вручную (если, например, отказал какой-нибудь маршрутизатор); виды таблиц одномаршрутные таблицы, в которых для каждого адресата задан один путь; многомаршрутные таблицы, определяющие альтернативные пути для каждого адресата. Должно быть задано правило выбора одного из маршрутов; приемлем в небольших сетях с простой топологией или для работы на магистралях крупных сетей (с простой структурой). В алгоритмах с простой маршрутизацией таблица маршрутизации либо вовсе не используется, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Выделяют три типа простой маршрутизации: случайная маршрутизация, когда прибывший пакет посылается в случайном направлении, кроме исходного; лавинная маршрутизация, когда пакет широковещательно посылается по всем возможным направлениям, кроме исходного; маршрутизация по предыдущему мосту, когда маршрут выбирается по таблице, но таблица строится, как у моста, путем анализа адресных полей, поступающих пакетов. Алгоритмы адаптивной (динамической) являются самыми распространенными и обладают следующими свойствами: автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети; обычно задается интервал времени, в течение которого данный маршрут будет оставаться действительным. Это время называется временем жизни маршрута; сбор топологической информации распределен между всеми маршрутизаторами, хотя наметилась тенденция использования сервера маршрутов – протокол NHRP. обеспечение достаточно рационального маршрута; простые алгоритмы без использования большого объема сетевых ресурсов; обладание свойством сходимости – получение однозначного результата за приемлемое время. Два типа алгоритмов адаптивной маршрутизации: дистанционно – векторные алгоритмы; алгоритмы состояния связей. В алгоритмах дистанционно – векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Каждый маршрутизатор наращивает расстояния до указанных в векторе сетей на расстояние до данного соседа. В полученный вектор маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце концов, узнает обо всех имеющихся сетях и о расстояниях до них через соседние маршрутизаторы . Недостатки дистанционно – векторных алгоритмов: хорошо работают только в небольших сетях, в больших сетях генерируют интенсивный широковещательный трафик; изменения конфигурации могут отрабатываться не всегда корректно, так как маршрутизаторы не владеют точной топологией, а располагают только обобщенной информацией – вектором дистанций. Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно – векторном алгоритме, является RIP (Routing Internet Protocol). Алгоритмы состояния связей обеспечивают маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети . Все маршрутизаторы работают с одинаковыми графами. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети, Имеется широковещательный трафик, но только при изменении состояния связей и пакетами меньшего объема, чем для алгоритма RIP. В надежных сетях связи изменяются не часто. Одним из протоколов, основанным на алгоритме состояния связей является протокол OSPF (OpenShortest Path First) стека TCP/IP. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !!!