Принципи маршрутизації комп’ютерних мереж
Загальні принципи побудови об’єднаних мереж
Об’єднана мережа передавання даних (ОМПД)) – це сукупність декількох мереж передавання даних, об’єднаних маршрутизаторами. Таку мережу ще називають великою, складеною або internet-мережею. Передавання даних в об’єднаних мережах здійснюється на основі відповідного набору (стеку) комунікаційних протоколів.
Приклад структури об’єднаної мережі приведений на рис. 5.4.1. Як видно з наведеної структури, до складу об’єднаної мережі входять побудовані за різними технологіями локальні та глобальні мережі, об’єднані за допомогою маршрутизаторів. Маршрутизатор – це комунікаційний пристрій, який підтримує протоколи мережевого рівня стеку комунікаційних протоколів і призначений для об’єднання мереж передавання даних, побудованих за різними технологіями.
Мережевий рівень забезпечує вибір маршруту передавання даних між кінцевими вузлами різних мереж передавання даних. Маршрут – це послідовність портів маршрутизаторів, які повинен пройти пакет від джерела до адресата. Сам маршрутизатор адреси не має, а кожний порт маршрутизатора має числову адресу і локальну адресу тієї мережі, до складу якої він входить. Тип і формат числових адрес залежить від стека комунікаційних протоколів, який використовується в об’єднаній мережі. Здебільшого числові адреси складаються з номера мережі, в якій знаходиться адресат, та номера кінцевого вузла в цій мережі.
Пакетом називається порція даних із вищих рівнів, яка упакована мережним рівнем у певний формат, і доповнена службовою інформацією. Службова інформація містить, як правило, номер пакету, час його життя та числові адреси джерела і одержувача пакету, на основі яких вибирається маршрут просування пакету між маршрутизаторами.
Маршрут пакету вибирається кінцевими вузлами й маршрутизаторами на основі аналізу таблиць маршрутизації, які можуть будуватися адміністратором вручну, або автоматично протоколами маршрутизації. Протоколи маршрутизації генерують і передають по мережі службові кадри, призначенні для збору інформації про структуру мережі та будують на її основі таблиць маршрутизації. Мережеві протоколи на основі аналізу маршрутних таблиць вибирають маршрут і забезпечують передачу пакетів даних між кінцевими вузлами. Протокол маршрутизації і мережеві протоколи реалізуються відповідними програмними модулями, які містяться як на кінцевих (комп’ютерах), так і на проміжних (маршрутизаторах) вузлах мережі.
Особливості стеку комунікаційних протоколів тср/ір
На сьогоднішній день найбільш досконалим і розповсюдженим набором комунікаційних протоколів, який підтримують всі сучасні операційні системи, вважається стек ТСР/ІР. Він використовується у більшості великих мереж передавання даних, в т.ч. в мережі INTERNET, а також великому числі корпоративних мереж. До особливостей стеку ТСР/ІР відносяться:
Забезпечення роботи ОМПД, до складу якої входять як локальні так і глобальні мережі, побудовані за стандартами різних мережевих технологій.
Відсутність обмежень на максимальну довжину пакетів, що досягається шляхом їх фрагментації при передачі в мережу з меншим значенням найбільшої довжини кадрів.
Використання гнучкої адресації мереж та вузлів у цих мережах.
Багатофункціональність, широкий набір стандартних протоколів, які забезпечують збір інформації про структуру мережі та визначення оптимального маршруту передавання пакетів та їх просування до адресата.
Висока надійність роботи.
Структура стеку ТСР/ІР приведена рис. 5.4.2. Як видно з приведеної схеми, протоколи стеку ТСР/ІР розподілено за чотирма рівнями: прикладним, транспортним, мережевим та рівнем мережевих інтерфейсів.
Прикладний рівень надає користувачу протоколи віддаленого доступу і сумісного використання мережевих ресурсів. Він забезпечує функціонування різноманітних мережевих служб. На цьому рівні працюють протоколи SNMP - керування мережею, FTP і TFTP - пересилання файлів, SMTP- електронної пошти, WWW і HTTP - передачі гіпертекстової інформації, telnet - емуляції терміналу.
Транспортний (основний) рівень забезпечує зв’язок між кінцевими вузлами мережі. Містить два протоколи: ТСР і UDP. Протокол ТСР використовується при передаванні великих об’ємів інформації, а також при необхідності отримання підтвердження прийому даних. Він керує потоками даних, контролює наявність помилок і впорядковує пакети за їх номерами, якщо вони прибули в порушеній послідовності. Протокол UDP використовується при передачі невеликих об’ємів інформації дейтаграмним способом. З його допомогою передають службову інформацію, системні повідомлення, оголошення імен і т.п.
Рівень міжмережевої взаємодії (мережевий рівень) забезпечує маршрутизацію пакетів між вузлами мережі. Основним протоколом цього рівня є ІР-протокол, який використовується для встановлення маршруту, відправки і отримання пакетів. Ряд інших протоколів цього рівня дозволяють за ІР-адресами вузлів встановлювати їх локальні адреси і виконувати зворотну адресацію, посилати повідомлення про помилки, пов’язані з доставкою пакетів, збирати інформацію про мережі, маршрутизатори та зв’язки між ними, будувати і оновлювати таблиці маршрутизації.
Рівень мережевих інтерфейсів забезпечує інтеграцію МПД, побудованих за стандартами різних мережевих технологій в об’єднану мережу передачі даних. Він відповідає за передавання і отримання кадрів із неоднорідних локальних і глобальних мереж шляхом інкапсуляції ІР-пакетів рівня міжмережевої взаємодії в кадри різних технологій. Цей рівень підтримує всі базові технології LAN і WAN.
Рівні моделі стеку |
Реалізація деяких найбільш поширених протоколів на відповідних рівнях стеку |
ПРИКЛАДНИЙ РІВЕНЬ |
WWW, FTP, TFTP, Telnet, SNMP, SMTP |
ТРАНСПОРТНИЙ РІВЕНЬ |
ТСР, UPD |
МЕРЕЖЕВИЙ РІВЕНЬ |
ІР, RIP, OSPF, ARP, ICMP |
КАНАЛЬНИЙ РІВЕНЬ |
Підтримка усіх популярних стандартів канального (Ethernet, Token Ring, FDDI, SLIP, PPP та ін.) та фізичного рівнів. |
Рис 5.4.2. Структура стеку TCP/IP
Стек протоколів ТСР/ІР використовує три типи адрес - символьні доменні імена, числові ІР-адреси і локальні адреси, які ще називають апаратними адресами.
Відповідність між доменними іменами та ІР-адресами може встановлюватися як засобами локального комп’ютера, так і засобами централізованої служби DNS, яка функціонує на прикладному рівні, використовує протокол типу "клієнт-сервер" і є характерною для великих об’єднаних мереж. При цьому виділені DNS-сервери підтримують розподілену базу відображень, а DNS- клієнти звертаються до серверів із запитами щодо відображення доменного імені на ІР-адресу. Служба DNS об’єднаної мережі побудована по ієрархічному принципу. При цьому кожний сервер DNS зберігає таблиці відображення імен свого домена і посилання на DNS-сервери своїх піддоменів.
Встановлення відповідності між ІР- і локальними адресами при передаванні пакету в об’єднаній мережі здійснюється протоколом дозволу адрес ARP на основі аналізу ARP-таблиць. ARP-таблиці місять дані про відповідність ІР-адрес вузлів мережі їх локальним адресам із позначенням типу запису - динамічний чи статичний запис. Статичні записи виконуються адміністратором мережі шляхом використання утиліти arp і встановлюються на час увімкнення комп’ютера. Динамічні записи будуються ARP-протоколом мережевого рівня шляхом посилання в мережу широкомовних запитів. Динамічні записи на відміну від статичних мають обмежений термін життя (декілька хвилин).
У великих мережах для розміщення ARP-таблиць використовують виділені маршрутизатори, які називають ARP-серверами. При відсиланні ІР-пакету, вузли об’єднаної мережі, для відображення ІР-адреси в локальну адресу наступних LAN чи WAN технологій, звертаються з відповідними запитами до ARP-серверів.