Основи маршрутизації

Під терміном “маршрутизація пакетів” можна розуміти якийсь механізм, що дозволяє здійснити передачу пакета з одного вузла складеної мережі на інший.

Як вже говорилося раніше, локальна мережа може бути розділена на декілька підмереж за допомогою такого мережевого обладнання, як мости й комутатори. Однак, очевидно, що ці ж пристрої можуть використовуватися й для об’єднання двох і більше мереж у єдину складену мережу.

Мости й комутатори належать до пристроїв фізичного й канального рівня мережевої моделі OSI. З огляду на це об’єднана за їхньою допомогою мережа матиме ряд обмежень і недоліків, пов’язаних з базовими технологіями, на яких побудовані підмережі, що входять до неї.

Насамперед, топологія складеної мережі, побудованої з використанням мережевого обладнання першого й другого рівнів моделі OSI, не повинна містити петель, тобто між відправником і одержувачем завжди повинен існувати тільки один єдиний шлях або маршрут. Таке обмеження істотно знижує надійність мережі через відсутність резервних маршрутів пересилання даних.

Крім того, виникають проблеми, пов’язані із системою адресації, яка необхідна для забезпечення обміну даними між будь-якими вузлами складеної мережі. Система фізичних адрес, використовувана на нижніх рівнях мережевої моделі, у масштабах складеної мережі виявляється недостатньо гнучкою й зручною.

Виникає й ряд інших складностей, пов’язаних з різнорідністю об’єднаних мереж.

Вирішенням цих проблем стало використання маршрутизаторів – апаратних і програмних засобів, здатних виконувати функції третього мережевого рівня моделі OSI.

Мережеве обладнання перших двох і третього рівнів використовує різну інформацію в процесі переміщення від джерела до адресата, тобто виконує схожі завдання, але принципово різними способами.

Об’єднання різнорідних (гетерогенних) підмереж за допомогою маршрутизаторів (рис. 14.1) допускає наявність петель у топології мережі. Зазвичай, у складних складених мережах практично завжди існує декілька альтернативних маршрутів, якими можлива передача даних між двома вузлами (рис. 14.2). Крім того, великі складені мережі можуть містити в собі мережі різних масштабів – від локальних до територіально-розподілених глобальних мереж.

Маршрутом пересилання пакета з одного вузла складеної мережі на інший є порядок проходження цим пакетом транзитних мереж, що з’єднують мережі, у яких розташовані джерело й адресат даного пакета.

Складені мережі, у яких необхідна маршрутизація пакета на мережевому рівні, повинні бути об’єднані між собою за допомогою маршрутизаторів. Тому маршрутом пересилання пакета мережею можна назвати послідовність маршрутизаторів, через які цей пакет буде переправлений у процесі досягання свого адресата.

Рис. 14.1. Об’єднання гетерогенних мереж в складену	Рис. 14.2. Приклад RIP-системи

Маршрутизатор зазвичай передає пакет від одного каналу зв’язку до іншого. При такій передачі перед маршрутизатором стоять дві задачі: визначення шляху і комутація.

Виконуючи функцію комутації, маршрутизатор приймає пакет на одному інтерфейсі і направляє його на інший. При визначенні найкращого шляху маршрутизатор вибирає найбільш підходящий інтерфейс для відправки пакета. Вузлова частина адреси відноситься до конкретного порту на маршрутизаторі, який веде до наступного в даному напрямку маршрутизатора.

Коли додатку деякого хоста потрібно послати пакет у пункт призначення в іншій мережі, фрейм канального рівня приймається на одному з інтерфейсів маршрутизатора. На мережевому рівні досліджується заголовок фрейму для визначення мережі пункту призначення, а потім маршрутизатор звертається до таблиці маршрутизації, яка пов’язує мережі з вихідними інтерфейсами. Після читання адреси заголовок і трейлер пакета відкидаються, а сам пакет знову інкапсулюється в канальний фрейм для обраного інтерфейсу і ставиться в чергу (queue) для доставки до наступного переходу (hop).

Цей процес повторюється при кожній комутації з одного маршрутизатора на інший. На маршрутизаторі, підключеному до мережі, в якій знаходиться хост призначення, пакет інкапсулюється в канальний фрейм типу LAN-одержувача і передається на хост пункту призначення.

Для того, щоб мати можливість визначити оптимальний маршрут пересилання пакета, маршрутизатор повинен мати інформацію про всі існуючі й доступні в цей момент часу маршрути. Метод, заснований на такому представленні маршрутної інформації, називається маршрутизацією за джерелом і, зазвичай, використовується при тестуванні роботи мережі.

Однак, така інформація, особливо в складних і великих мережах, виявляється досить громіздкою й незручною для здійснення пошуку нею з метою вибору підходящого маршруту. Тому ні вузол, що відправив пакет, ні який-небудь проміжний маршрутизатор на шляху його проходження не зберігають інформацію про весь маршрут пакета повністю. Вузол-відправник, а також кожний маршрутизатор знають лише адресу маршрутизатора, на яку потрібно направити пакет, щоб він був доставлений за призначенням. Інакше кажучи, маршрутизатор знає, що певний пункт призначення може бути досягнутий за оптимальним шляхом за рахунок відправлення пакета певному маршрутизатору, який знає адресу наступного на шляху до кінцевого пункту призначення маршрутизатора.

Таким чином, процес маршрутизації полягає у визначенні наступного вузла в шляху проходження пакета й пересилання пакета цьому вузлу. Такий вузол називають хопом (від англ. hop – стрибок). Дійсно, передача пакета складеною мережею відбувається свого роду стрибками від маршрутизатора до маршрутизатора.