8. Схема ip-маршрутизации. Упрощенная таблица маршрутизации. Маршрутизация без и с использованием масок. Алгоритмы динамической маршрутизации. Методы выбора оптимального пути.

Рассм. мех-м IР-маршр-ции на примере составной сети, представ­ленной на рис. 18.2. В этой сети 20 маршр-ов объединяют 18 сетей в общую сеть; N1, N2,..., N18 — это № сетей. На каждом маршр-ре и кон. узлах А и В установлены протоколы IР.

Маршр-ры имеют по неск. интерфейсов (портов), к которым присо­единяются сети. Каждый интерфейс маршр-ра можно рассматривать как отд. узел сети: он имеет сетевой адрес и лок.адрес в той подсети, которая к нему подключена. Напр, маршр-р под № 1 имеет 3 интерфейса, к которым подключены сети N1, N2, N3. На рисунке сетевые адреса этих портов обозначены IР₁₁, IР₁₂ и IР₁₃. Как единое устройство маршр-р не имеет ни сетевого, ни лок. адреса.

В сложных составных сетях почти всегда сущ-ют неск. альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Так, пакет, отправленный из узла А в узел В, может пройти через маршр-ры 17, 12, 5, 4 и 1 или маршр-ры 17, 13, 7, 6 и 3.

Посмотрим, как могла бы выглядеть таблица маршрутизации, например, в маршрутизаторе 4.

В каждой строке таблицы следом за адресом назначения указывается сетевой адрес интерфейса следующего маршр-ра, на который надо направить пакет, чтобы тот передвигал­ся по напр-ю к заданному адресу по рациональному маршруту.

Перед тем как передать пакет след. маршр-ру, текущий маршр-р должен определить, на какой из нескольких собственных портов (IР₄₁ или IР₄₂) он должен поместить данный пакет. Для этого служит третий столбец таб­лицы маршрутизации, содержащий сетевые адреса выходных интерфейсов.

Некот. реализации сетевых протоколов допускают наличие в табл. мар­шрутизации сразу нескольких строк, соответствующих одному и тому же адресу назначения. В этом случае при выборе маршрута принимается во внимание стол­бец «расстояние до сети назначения». При этом расстояние измеряется в любой метрике. В табл. 18.1 расстояние м/у сетями измеряется хопами.

Чаще всего в кач-ве адреса назначения в таблице указывается не весь IР-адрес, а только номер сети назначения. Т.о, для всех пакетов, направляе­мых в одну и ту же сеть, протокол IР будет предлагать 1 и тот же маршрут. Однако в некоторых случаях возникает необходимость для одного из узлов сети определить специфический маршрут, отличающийся от маршрута, заданного для всех остальных узлов сети. Для этого в таблицу маршрутизации помещают для данного узла отдельную стро­ку, содержащую его полный IР-адрес и соотв-щую маршрутную инф-ю. Такого рода запись имеется в табл. 18.1 для узла В. Маршр-р отдаст предпочтение специфическому маршруту.

Упрощенная таблица маршрутизации

Поскольку пакет может быть адресован в любую сеть составной сети, может по­казаться, что каждая таблица маршр-ции должна иметь записи обо всех се­тях, входящих в составную сеть. Но при таком подходе в случае крупной сети объем таблиц марш-ции может оказаться очень большим. Поэтому на прак­тике широко известен прием уменьшения кол-ва записей в таблице мар­шр-ции, основанный на введении маршрута по умолчанию (defaulte route). В этом приеме используются особенности топологии сети. В таб­лицах дост-но записать номера только тех сетей, которые непосредственно подсоединены к данному маршр-ру или расположены поблизости. Обо всех же остальных сетях можно сделать в таблице единств. запись, указывающую на маршр-р, через который пролега­ет путь ко всем этим сетям. Такой маршр-р называется маршр-ом по умолчанию (defaulte route). В нашем примере маршр-р 4 указывает специфические маршруты только для пакетов, следующих в сети N1-N6. Для всех остальных пакетов, адресованных в сети N7-N18, маршрутизатор предлага­ет продолжить путь через один и тот же порт IР₅₁ маршрутизатора 5.

Методы выбора оптимального пути. Маршрут выбирается на основании имеющейся информации о текущей конфигурации сети, а также на основании критерия выбора маршрута. В кач-ве критерия часто выступает задержка прохождения маршрута отдельным пакетом, средняя пропускная сп-ть мар­шрута для послед-ти пакетов или наиболее простой критерий, учиты­вающий только кол-во пройденных в маршруте промежуточных маршр-ов (хопое).

Маршрутизация с исп-ем масок

Часто выделенных номеров сетей недостаточно для того, чтобы структурировать сеть надлежащим образом. В такой ситуации возможны 2 пути. Первый из них связан с получением доп.номеров сетей. Второй способ, употребляющийся чаще, связан с исп-ем технологии масок, которая позволяет разделить 1 сеть на несколько подсетей или объединить неск.сетей в одну более крупную сеть.

Алгоритм просмотра таблиц маршр-ции, содержащих маски, имеет много общего с алгоритмом просмотра таблиц, не содержащих маски. Однако в нем имеются и существенные изменения.

1. Поиск следующего маршр-ра для вновь поступившего IР-пакета про­токол начинает с того, что извлекает из пакета адрес назначения (обозначим его IРd). Затем протокол IР приступает к процедуре просмотра таблицы мар­шрутизации, также состоящей из 2х фаз.

2. Первая фаза состоит в поиске специфического маршрута для адреса IРd .С этой целью из каждой записи таблицы, в которой маска имеет значение 255.255.255.255, извлекается адрес назначения и сравнивается с адресом из пакета IРd. Если в какой-либо строке совпадение произошло, то адрес сле­дующего маршр-ра для данного пакета берется из данной строки.

3. Вторая фаза выполняется только в том случае, если во время первой фазы не произошло совпадения адресов. Она состоит в поиске неспецифического мар­шрута, общего для группы узлов, к которой относится и пакет с адресом IРd. Для этого IР заново просматривает таблицу маршр-ции, причем с каж­дой записью производятся следующие действия:

a. маска содержащаяся в данной записи, «накладывается» на IР-адрес узла назначения IР_D, извлеченный из пакета;

b. полученное в рез-те число сравнивается со зн-ем, кот. поме­щено в поле адреса назначения той же записи таблицы маршрутизации;

c. если происходит совпадение, протокол IР соответствующим образом от­мечает эту строку;

d. если просмотрены не все строки, то IР-протокол аналогичным образом про­сматривает след.строку, если все (включая строку о маршруте по умолчанию), то просмотр записей заканчивается и происходит переход к след.шагу.

4. После просмотра всей таблицы маршр-р вып-ет 1 их 3 дей­ствий:

1) если не произошло ни 1 совпадения и маршрут по умолчанию отсут­ствует, то пакет отбрасывается;

2) если произошло 1 совпадение, то пакет отправляется по маршруту, указанному в строке с совпавшим адресом;

3) если произошло неск.совпадений, то все помеченные строки сравни­ваются и выбирается маршрут из той строки, в которой кол-во сов­павших двоичных разрядов наибольшее.

Значительная роль в будущем IР-сетей отводится технологии бесклассовой междоменной маршрутизации. которая решает 2 осн.задачи. 1-ая состоит в более эконом­ном расходование адресного пространства, 2-ая — в уменьшении числа записей в таблицах (1 запись может представлять мн-во сетей, объединенных общим префиксом).

Просмотр таблиц маршрутизации без масок

1. Пусть на один из интерфейсов маршрутизатора поступает пакет. Протокол IP извлекает из пакета IP - адрес назначения (пред положим, адрес назначения 1Рв).

2. Выполняется первая фаза просмотра таблицы — поиск конкретного маршрута к узлу. IP - адрес (целиком) последовательно строка за строкой сравнивается с содержимым поля адреса назначения таблицы маршрутизации.

3. Предположим теперь, что в таблице нет строки с адресом назначения 1Рд, а значит, совпадения не произошло. В этом случае протокол IP переходит ко второй фазе просмотра - поиску маршрута к сети назначения.

4. Наконец, предположим, что адрес назначения в пакете был таков, что совпа­дения не произошло ни в первой, ни во второй фазах просмотра. В таком случае протокол IР либо выбирает маршрут по умолчанию (и пакет направляется по адресу IР₅₁), либо, если маршрут по умолчанию отсутствует, отбрасывает па­кет. Просмотр таблицы на этом заканчивается.

Алгоритмы динамической маршрутизации

Самыми распространенными являются алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации. Эти алгоритмы обеспечивают автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети. Протоколы, построенные на основе адаптивных алгоритмов, позволяют всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети.

Адаптивные протоколы обмена маршрутной информацией в свою очередь делятся на две группы:

-дистанционно-векторные алгоритмы (Distance Vector Algorithms, DVA);

- алгоритмы состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

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. Под расстоянием обычно понимается число хопов. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце концов, каждый маршрутизатор узнает информацию обо всех имеющихся сетях и о расстоянии до них. Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком.

Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.

Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. «Широковещательная» рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети. Распространяемая по сети информация состоит из описания связей различных типов: маршрутизатор - маршрутизатор, маршрутизатор - сеть,

Чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами HELLO со своими ближайшими соседями. Этот служебный трафик также засоряет сеть, но не в такой степени как, например, RIP-пакеты, так как пакеты HELLO имеют намного меньший объем.

Протоколами, основанными на алгоритме состояния связей, являются протоколы IS-IS, OSPF, NLSP.