1. Маршрутизатор є одним з основних компонентів розподілених мереж передачі даних. По суті створення...
2. АЛГОРИТМИ МАРШРУТИЗАЦІЇ
3. Визначення найкоротшого шляху
4. ПРИКЛАД ТАБЛИЦІ МАРШРУТИЗАЦІЇ
5. Справедлива ЧЕРГУ?
6. ВИДИ маршрутизатор
7. ЧИМ ВІДРІЗНЯЮТЬСЯ маршрутизатор ВІД МОСТІВ?
8. Маршрутизатор ПРОТИ комутатор
9. ВИСНОВОК

Маршрутизатор є одним з основних компонентів розподілених мереж передачі даних. По суті створення розподілених мереж було б неможливим без маршрутизаторів. Маршрутизатором? АЛГОРИТМИ МАРШРУТИЗАЦІЇ Визначення найкоротшого шляху ПРИКЛАД ТАБЛИЦІ МАРШРУТИЗАЦІЇ Справедлива ЧЕРГУ? ВИДИ маршрутизатор ЧИМ ВІДРІЗНЯЮТЬСЯ маршрутизатор ВІД МОСТІВ? Маршрутизатор ПРОТИ комутатор ВИСНОВОК

Незважаючи на те що місце маршрутизаторів все частіше займають комутатори, створення великих розподілених мереж без них як і раніше неможливо. Саме маршрутизатори використовуються в корпоративних мережах для організації зв'язку між локальними мережами і віддаленими офісами. Крім того, вони є невід'ємним компонентом мереж операторів Internet, т. Е. Найбільш Мережі.

Маршрутизатором?

Згідно з визначенням найбільшого виробника маршрутизаторів компанії Cisco - "це пристрій третього рівня, що використовує одну і більше метрик для визначення оптимального шляху передачі мережевого трафіку на основі інформації мережевого рівня". По суті маршрутизатор являє собою комп'ютер з необхідним програмним забезпеченням і пристроями введення / виводу. У найпростішому випадку маршрутизатор має два мережевих інтерфейсу. Так, наприклад, для організації зв'язку філії з головним офісом часто досить маршрутизатора з одним інтерфейсом Ethernet і одним інтерфейсом глобальної мережі. В цьому випадку всі пакети, адреса одержувача яких не належить до даної локальної мережі, пересилається з порту Ethernet на порт глобальної мережі.

Маршрутизатор виконує три основні функції; точніше, це одна функція - функція маршрутизації, т. е. доставки даних адресату, але її можна розбити на три складові. По-перше, збір інформації про інших маршрутизаторах і хостах в мережі. Для цього маршрутизатор з метою визначення маршруту використовує той чи інший протокол маршрутизації. По-друге, маршрутизатор зберігає отриману інформацію про маршрути в таблицях маршрутизації. По-третє, маршрутизатор вибирає найкращий маршрут для кожного конкретного пакета, при цьому він передає пакет з вхідного інтерфейсу на відповідний вихідний інтерфейс. Дані функції він виконує за допомогою протоколів маршрутизації, в основі яких лежать алгоритми маршрутизації. Цим, однак, функції маршрутизаторів не вичерпуються, але про них трохи пізніше.

АЛГОРИТМИ МАРШРУТИЗАЦІЇ

Алгоритм маршрутизації - це частина програмного забезпечення маршрутизатора, що відповідає за вибір вихідний лінії, на яку надійшов пакет повинен бути переданий. Алгоритми маршрутизації можна розділити на дві великі групи: неадаптівние (статичні) і адаптивні (динамічні). У разі статичних алгоритмів вибір маршрутів здійснюється заздалегідь і прописується вручну в таблицю маршрутизації, де зберігається інформація про те, на який інтерфейс відправити пакет з відповідною адресною інформацією. У разі динамічних алгоритмів таблиця маршрутизації змінюється автоматично при зміні топології мережі або трафіку в ній.

Динамічні алгоритми відрізняються за способом отримання інформації (наприклад, від сусідніх маршрутизаторів, від усіх маршрутизаторів в мережі і т. Д.), Моменту зміни маршрутів (через регулярні інтервали, при зміні топології і т. Д.) І використовуваної метриці (відстань, число транзитних вузлів і т. д.). Двома найбільш популярними алгоритмами маршрутизації є алгоритм вектора відстані і алгоритм стану каналу.

При алгоритмі вектора відстані кожен маршрутизатор веде таблицю, т. Е. Вектор, із зазначенням найкоротшої відстані і вихідний лінії для кожного адресата. Як метрики може використовуватися також число транзитних вузлів, час затримки, сукупна довжина черг та інше. Таблиця містить інформацію про всі маршрутизаторах в мережі. Періодично кожен маршрутизатор розсилає сусідам свою таблицю. Одним з основних недоліків цього алгоритму є повільне поширення інформації про недоступність тієї чи іншої лінії або виході того чи іншого маршрутизатора з ладу. Даний алгоритм використовується в таких протоколах, як RIP, IGRP і ін.

У разі алгоритму стану каналу маршрутизатор збирає інформацію про своїх безпосередніх сусідів, вимірюючи затримку (пропускну здатність). Замість таблиць маршрутизації він здійснює трансляцію розсилку інформації тільки про свої безпосередні сусідів, причому розсилка ініціюється тільки при зміні інформації. При отриманні змін маршрутизатор визначає заново найкоротший шлях до всіх адресатів за допомогою алгоритму Е. Дейкстри. Алгоритм стану каналу лежить в основі таких протоколів маршрутизації, як OSPF і IS-IS.

Крок за кроком. У початковий момент відстань до відправника і то, через який вузол лежить маршрут, невідомо, тому в дужках вказано нескінченне відстань і стоїть прочерк для попереднього вузла. Вузли, від яких найкоротша відстань до відправника стає відомо, отримують постійну мітку (чорний кружечок). Поточний вузол на кожному етапі відзначений стрілкою. Всього показано шість перших кроків алгоритму.

Визначення найкоротшого шляху

Для визначення найкоротшого шляху від одного вузла до іншого Дейкстра запропонував наступний алгоритм. Топологія мережі представляється у вигляді неорієнтованого графа з зазначеними для кожного ребра значеннями метрики (наприклад, відстані між двома сусідніми вузлами). Спочатку шлях невідомий, тому всі вершини графа отримують мітки з нескінченним значенням відстані до відправника. Мітки можуть бути тимчасовими або постійними.

Нехай потрібно знайти найкоротший шлях від А до Z. Спочатку вузол А отримує постійну мітку і робиться поточним вузлом. Потім ми переглядаємо всі сусідні вузли (з якими вершина А з'єднана ребром) і відзначаємо відстань до А. Після того як всі сусідні вузли перебрані, вузол з найменшою міткою вибирається в якості поточного, при цьому він отримує постійну мітку. Нехай це буде вузол B. Тепер ми переглядаємо всі сусідні вузли, і якщо сума відстаней від B до А і від даного вузла до B менше значення мітки цього вузла, то він отримує нову мітку, причому ми вказуємо, що шлях в А лежить через B , щоб після завершення процедури можна було відновити маршрут. Після перебору всіх сусідніх вузлів ми знову шукаємо по всьому графу вершину з найменшою тимчасової міткою і вибираємо цей вузол в якості поточного, при цьому він отримує постійну мітку і т. Д.

ПРИКЛАД ТАБЛИЦІ МАРШРУТИЗАЦІЇ

В якості прикладу ми розглянемо визначення таблиці на маршрутизаторі компанії Morning Star з трьома інтерфейсами: одним інтерфейсом Ethernet, послідовним портом, підключеним до зовнішнього модему, і інтерфейсом глобальної мережі frame relay (див. Таблицю 1). Модем використовується для організації зв'язку з сервером в головному офісі по PPP, IP-адреса якого - 137.175.2.7. Адреса інтерфейсу глобальної мережі - 131.187.2.2, а адреса маршрутизатора оператора Internet 131.187.2.3. Для локальної мережі оператор виділив блок адрес класу С у діапазоні від 199.18.210.1 до 199.18.210.254. Інтерфейси маршрутизатора ми називаємо такий спосіб: ed0 - інтерфейс Ethernet, du0 - послідовний інтерфейс, а tt0 - інтерфейс глобальної мережі. Всі пакети, що посилаються в локальну мережу головного офісу, направляються маршрутизатором на послідовний порт. Всі пакети, призначені для нашої локальної мережі, направляються на інтерфейс Ethernet з адресою 199.18.210.1. Адреса 127.0.0.1 є так званим петльовим адресою, і він використовується маршрутизатором для звернення до самого себе. Всі інші пакети направляються на інтерфейс глобальної мережі. Прапор U (Up) означає, що з'єднання активно, а прапор G (Gateway) означає, що шлюз (так спочатку називалися маршрутизатори) дійсно є шлюзом в іншу мережу, в той час як прапор H (Host) означає, що маршрутизатор підключений до кінцевого адресату.

ТАБЛИЦЯ 1 - ПРИКЛАД простої таблиці маршрутизації

default 137.187.2.3 UG tt0 127.0.0.1 127.0.0.1 UH lo0 199.18.210.0 199.18.210.1 UG ed0 137.175.2.7 199.18.210.1 UH du0 137.187.2.3 131.187.2.2 UH tt0 137.175.2 137.175.2.7 UG du0

Справедлива ЧЕРГУ?

У разі, якщо маршрутизатор отримує пакети швидше, ніж може відправити їх через даний інтерфейс (наприклад, коли вхідний інтерфейс швидше вихідного або коли пакети з різних вхідних інтерфейсів направляються на один і той же вихідний інтерфейс), він поміщає їх в чергу (буфер).

Найпростіший спосіб організації черги - пакети поміщаються в чергу і відправляються в порядку їх надходження - у багатьох ситуаціях неефективний. Наприклад, при перевантаженні лінії маршрутизатор надсилає повідомлення хостам-відправникам про неможливість обслуговування. При цьому один з них знижує, як і було потрібно, темп передачі, в той час як інші продовжують посилати пакети з колишньою швидкістю; в результаті даний хост страждає від своєї законослухняності.

Вирішення цієї проблеми пропонує алгоритм "чесної черги" і його модифікація - алгоритм "чесної виваженої черзі" (Weighted Fair Queue). Суть даного алгоритму полягає в тому, що маршрутизатори мають кілька черг для кожної вихідної лінії, по одній для кожного відправника. Коли лінія звільняється, маршрутизатор бере пакет з наступною по колу черзі. Модифікований же алгоритм дозволяє давати пріоритет тим чи іншим черг.

ВИДИ маршрутизатор

У попередньому розділі під словом "маршрутизатор" мався на увазі перш за все IP-маршрутизатор, т. Е. Що він призначений тільки для просування IP-пакетів. Однак маршрутизатори можуть працювати і з пакетами інших протоколів мережевого рівня, наприклад з IPX. Таким чином, крім IP-маршрутизаторів є ще IPX-маршрутизатори та ін.

Багато протокольних маршрутизатори концептуально нагадують мости з тією суттєвою різницею, що вони працюють на мережному рівні. Як і будь-який маршрутизатор, вони беруть пакет з однієї лінії і передають його на іншу, але при цьому лінії належать до різних мереж і використовують різні протоколи (наприклад, IP і IPX).

Крім того, мережеві пристрої типу моста / маршрутизатора (brouter або bridge / router) працюють в нормальному режимі як багато протокольних маршрутизатори, а при отриманні пакету з невідомим мережевим протоколом обробляють його як міст. Інші пристрої з подібним назвою "маршрутизирующий міст" (routing bridge) належать до пристроїв другого рівня і згадуються тут лише через причастя routing. Вони працюють як мости, але при цьому підтримують деякі функції третього рівня для оптимізації передачі даних.

Маршрутизатор з інтеграцією послуг гарантують пріоритетного трафіку, зокрема трафіку реального часу, своєчасну доставку. Вони підтримують протокол RSVP для резервування таких ресурсів, як пропускна здатність і буфери в черзі.

Комутатори третього рівня по суті також є маршрутизаторами, причому пакетні комутатори (Packet-by-Packet Switch) - насправді звичайні, тільки швидкі маршрутизатори. (Детальніше про маршрутизаторах і маршрутизації третього рівня дивись в цьому номері в статтях Ніка Ліппіса "Як купити комутатор третього рівня" і Аніти карвах "IP-комутація потрапляє в точку".)

ЧИМ ВІДРІЗНЯЮТЬСЯ маршрутизатор ВІД МОСТІВ?

Маршрутизатор часто плутають з мостами. А "Вебстерский словник комп'ютерних термінів" взагалі пише, що маршрутизатор - це інша назва моста. Такий стан справ пояснюється тим, що багато пристроїв поєднують в собі функції і мостів, і маршрутизаторів.

"Чистий" міст аналізує заголовки кадру канального рівня і не переглядає (а тим більше не модифікує) пакети мережевого рівня всередині пакетів. Міст не знає і не повинен знати, які пакети - IP, IPX або CLNP - містить в поле корисного навантаження кадр, який передається з локальної мережі 802.х в 802.y.

Маршрутизатор, навпаки, знає дуже добре, з якими пакетами він працює - з IP, IPX, CLNP або з усіма ними відразу (в разі багато протокольних маршрутизаторів). Він аналізує заголовки цих пакетів і приймає рішення відповідно до міститься там адресною інформацією. З іншого боку, коли "чистий" маршрутизатор передає пакет на канальний рівень, він не знає і не повинен знати про те, в який кадр даний пакет буде поміщений - Ethernet, Token Ring або будь-якої іншої.

Плутанина відбувається з двох причин. По-перше, по частині функціональності мости і маршрутизатори дуже нагадують один одного. Вони приймають протокольні блоки даних (Protocol Data Unit, PDU), аналізують певні поля заголовка і приймають рішення про те, куди далі передати пакет відповідно до міститься в заголовку інформацією і внутрішніми таблицями. По-друге, назви комерційним продуктам даються найчастіше досить умовні, а, крім того, багато хто з них поєднують в собі функції і тих і інших пристроїв.

Маршрутизатор ПРОТИ комутатор

В останні кілька років сама необхідність в маршрутизаторах початку піддаватися сумніву, головним чином у зв'язку з появою і поширенням комутаторів (по суті багатопортових мостів). У чому ж причини того, що користувачі почали встановлювати в своїх мережах комутатори там, де вони раніше використовували маршрутизатори? Ось деякі з них: маршрутизатори в розрахунку на порт коштують набагато дорожче комутаторів; як правило, в порівнянні з комутаторами вони мають набагато меншу сукупну пропускну здатність (пакетів в секунду), функції комутації другого рівня набагато простіше реалізувати апаратним чином, ніж програмним, і т. д.

Однак основним недоліком маршрутизаторів в порівнянні з комутаторами є те, що останні вимагають набагато менших зусиль з адміністрування. Мережевим адміністраторам доводиться ставити ціле безліч конфігураційних параметрів для кожного маршрутизатора в мережі, таких як адреси і маски підмережі, статичні маршрути і т. Д. Ще гірше те, що параметри кожного маршрутизатора повинні бути узгоджені з параметрами інших маршрутизаторів в мережі.

З іншого боку, маршрутизатори виконують багато функцій, з якими комутатори впоратися, як правило, не в змозі, так як вони функціонують на іншому рівні. Наприклад, маршрутизатори дозволяють вирішити таку типову проблему при зв'язку мереж за допомогою мостів, як шторми широкомовних пакетів. Крім того, маршрутизатори використовуються найчастіше в якості брандмауерів (захисних екранів) між корпоративною мережею та Internet. При цьому вони діють як фільтри пакетів, переглядаючи адресну інформацію заголовка пакету і зіставляючи її зі списком управління доступом. Далі, маршрутизатори можуть застосовуватися для фільтрації трафіку по каналах глобальної мережі, передаючи через неї тільки обраний трафік, що, зокрема, дозволяє знизити плату за використання цих каналів. Багато в чому завдяки перерахованих функцій маршрутизаторів, а не мостам, було свого часу віддано перевагу. Необдумане ж використання комутаторів (без маршрутизації) може відродити до життя старі проблеми.

Проте комутатори все частіше оснащуються функціями маршрутизаторів, так що, як вважає Девід Пасмор, президент компанії Decisys, "маршрутизатори зникнуть, але маршрутизація залишиться".

ВИСНОВОК

На жаль, в одній невеликій статті важко не те що детально розглянути, а просто перерахувати всі аспекти таких складних пристроїв, як маршрутизатори. Наприклад, ми тільки назвали, та й то не всі, алгоритми і протоколи маршрутизації. Більш детальну інформацію про них зацікавлений читач може знайти в статтях М. Кульгин "На перехрестях мереж" в грудневому номері нашого журналу за минулий рік, а крім того, в статтях згаданого автора в цьому і наступних номерах. За допомогою таких протоколів, як RTP і RSVP, маршрутизатори IP здатні підтримувати і мультимедійний трафік, про це читайте в цьому номері в статті Вільяма Сталлінгс "RTP і RSVP: доставка в строк". Загальна ж більш докладна інформація про маршрутизаторах дана в березневому номері в статті Фреда Бейкера "Як працюють маршрутизатори?"

C Дмитром Ганьжой можна зв'язатися за адресою: [email protected] .