Протоколы маршрутизации

Задача маршрутизации выполняется на основе сформированных таблиц маршрутизации. Возникает вопрос: а кто их формирует? В подавляющем большинстве случаев данные таблицы формируются динамически в процессе обмена специальной служебной информацией между узлами и маршрутизаторами составной сети. Отвечают за данный обмен так называемые протоколы маршрутизации, которые так же относятся к протоколам сетевого уровня.

Таким образом, протоколы на сетевом уровне можно разделить на два класса: собственно сетевые протоколы, которые на основе таблиц маршрутизации обеспечивают продвижение пользовательских пакетов по составной сети, и протоколы маршрутизации, которые участвуют в построении указанных таблиц.

Сравнивая маршрутизаторы и мосты можно увидеть некоторое сходство, которое заключается в том, что и те и другие устройства строят таблицы и используют их для продвижения пакетов, однако есть два принципиальных отличия:

1) Мосты и коммутаторы оперируют только с mac-адресами (локальными адресами), в то время как маршрутизаторы оперируют с сетевыми адресами

2) в подавляющем большинстве случаев маршрутизаторы строят свои таблицы путем активного обмена друг с другом специальной служебной информацией, а мосты и коммутаторы путем пассивного наблюдения за трафиком.

В описанном выше подходе маршрутизации указывалось, что источник пакета определяет его передачу только на один шаг, далее выбор маршрута при передаче пакета так же на один шаг определяется следующим узлом. Такой подход реализован в большинстве существующих ныне практических приложений. Однако возможна и обратная ситуация, когда начальный узел в заголовке сетевого пакета указывает всю последовательность маршрутизаторов до конечного узла, в этом случае маршрутизаторы просто отрабатывают указанный маршрут и сами не принимают никаких решений. Такой подход называется многошаговый.

Примеры протоколом маршрутизации: RIP, OSPF, NLSP. Протоколы маршрутизации следует отличать от собственно сетевых протоколов, таких как IP/IPX, и те и другие выполняют функции сетевого уровня, но первые собирают и передают по сети чисто служебную информацию, вторые предназначены для продвижения пользовательских данных.

Протоколы маршрутизации используют собственно сетевые для продвижения служебной информации.

Алгоритмы простой маршрутизации:

1. Случайная

2. Лавинная

3. По предыдущему опыту

Адаптивные алгоритмы – более распространенные, делятся на ряд классов, автоматически строят таблицы маршрутизации без участия человека.

Функции маршрутизаторов

Обычно в литературе отмечают что маршрутизатор – это устройство, которое работает на 3-ем уровне иерархии (сетевой уровень), данное утверждение несколько некорректно, так как маршрутизатор реализует работу по протоколам 3-х уровней: физический, уровень канала передачи данных и сетевой.

Основная функция маршрутизатора – чтение заголовков пакетов сетевых протоколов принимаемых и буферизированных по любому из портов и принятие решения о дальнейшем маршруте следования по его сетевому адресу, оценка корректности, ведение очередей, проверка корректности, определение локального адреса, порта следующего маршрутизатора или конечного узла получателя. Обычно все функции маршрутизаторов разбивают на 3 группы по иерархическому признаку:

1) функции уровня интерфейсов,

2) функции уровня сетевого протокола,

3) уровень протоколов маршрутизации.

Создание и ведение таблиц маршрутизации				Уровень протоколов маршрутизации		Сетевой уровень
Удаление плохих пакетов*	Ведение очередей пакетов	Определение маршрута по таблице маршрутизации	Уровень сетевого протокола
Анализ и модификация сетевого заголовка**	Фильтрация пакетов на базе сетевых адресов

* не совпадает CRC или превышено время жизни пакета(TTL)

** изменение TTL или при фрагментации пакета

		Преобразование сетевого адреса получателя в MAC-адрес	(!)ARP-таблицы. Содержат записи сида: Сетевой адрес – MAC-адрес.
Отбрасывание у кадров заголовка канального уровня	Передача уровню интерфейса сетевого пакета, № выходного порта, значение MAC-адреса получателя(!)

Прием и распределение данных по портам
LLC
UTP5	TokenRing	…

Дополнительная информация о таблицах выше

1) уровень интерфейсов:

На данном уровне маршрутизатор, как и любое другое устройство, подключенное к сети должно обеспечивать физический интерфейс, со средой передачи включая согласование уровней электрических сигналов, линейное и логическое кодирование, оснащение физическим разъемом и так далее.

Таким образом, интерфейсы маршрутизатора выполняют полный набор функций физического и канального уровней по передаче и приему кадра.

2) уровень сетевого протокола:

Уровень сетевого протокола извлекает из пакета заголовок и анализирует содержимое его полей, прежде всего, проверяется его контрольная сумма, если она не совпала – пакет уничтожается, затем проверяется время жизни пакета, если время жизни превысило допустимое – пакет уничтожается, после модификации поля времени жизни, контрольная сумма рассчитывается заново.

На сетевом уровне выполняется такая функция как фильтрация трафика, фильтрация производится, как правило, по сетевым адресам. Все пакеты, которые не входят в разрешенный диапазон – отбрасываются, здесь так же следует иметь в виду, что в большинстве маршрутизаторов реализована возможность анализа пакета транспортного уровня, что необходимо для обеспечения настройки фильтров для запрета пользования определенными сетевыми службами.

В случае высокой интенсивности поступления пакетов – маршрутизатор поддерживает работу с очередями. Разные производители по-разному решают способы реализации очередей. После того как пакет готов для передачи, он передается обратно на уровень интерфейсов. Вместе с ним передается номер порта, через который он должен быть отправлен (номер порта текущего маршрутизатора) и сетевой адрес порта следующего маршрутизатора. Используя последний сетевой адрес уровень интерфейсов определяет соответствующий MAC-адрес путем анализа специальной таблицы соответствия, формирует кадр и отправляет его в сеть. Если в указанной таблице отсутствует запись соответствия, то передача сетевого пакета откладывается, идет обращение к протоколу ARP, который обеспечивает поиск данного MAC-адреса? после получения которого выполняется передача отложенного сетевого пакета.

Протокол ARP.

ARP-кэш представляет из себя, в упрощенном виде, таблицу из двух составляющих:

MAC-адрес	Сетевой адрес
00:01:AB:CD:11:22	192.168.125.15

Формат запроса ARP:

1. тип аппаратного адреса (например, Ethernet – 1)

2. тип протокола(пр: TCP)

3) тип адреса протокола (1 или 2, для ARP, 1 – ARP-запрос, 2 – ARP-ответ)

3) размер аппаратного адреса (например, для Ethernet – 6)

4) размер адреса протокола (например, IP – то в текущей версии – 4 байта)

5) адрес отправителя (локальный MAC-адрес)

6) сетевой адрес отправителя

7) адрес получателя (MAC-адрес получателя, в запросе всегда нули)

8) сетевой адрес получателя (который был передан с уровня сетевого протокола – сетевой адрес порта следующего маршрутизатора)

Код 0x0800 – код ARP протокола, при анализе такого кадра всех интересует сетевой адрес получателя, и если он совпадает, тогда производится дальнейшая работа.

Есть “беспричинный ARP” – формируется при загрузке системы либо при задании сетевого адреса, таким образом, если сетевые адреса совпали, то выдается сообщение, что такой адрес уже есть.