23. Уровень межсетевого взаимодействия стека протоколов технологии Интернет. Работа маршрутизатора. Таблицы маршрутизации.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Маршрутиза́тор (от англ. router, проф. жарг. ро́утер, ра́утер или ру́тер, ру́тэр) — специализированный сетевой компьютер, имеющий как минимум один сетевой интерфейс и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, связывающий разнородные сети различных архитектур, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.

Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI, нежели коммутатор (или сетевой мост) и концентратор (хаб), которые работают соответственно на уровне 2 и уровне 1 модели OSI.

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетных данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/расшифрование передаваемых данных и т. д.

Таблица маршрутизации

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты, административное расстояние — степень доверия к источнику маршрута и некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например:

192.168.64.0/16 [110/49] via 192.168.1.2, 00:34:34, FastEthernet0/0.1

где 192.168.64.0/16 — сеть назначения,

110/- административное расстояние

/49 — метрика маршрута,

192.168.1.2 — адрес следующего маршрутизатора, которому следует

передавать пакеты для сети 192.168.64.0/16,

00:34:34 — время, в течение которого был известен этот маршрут,

FastEthernet0/0.1 — интерфейс маршрутизатора, через который можно

достичь «соседа» 192.168.1.2.

Таблица маршрутизации — электронная таблица (файл) или база данных, которая хранится на маршрутизаторе или сетевом компьютере, которая описывает соответствие между адресами назначения и интерфейсами, через которые следует отправить пакет данных до следующего маршрутизатора. Является простейшей формой правил маршрутизации.

Таблица маршрутизации обычно содержит:

адрес сети или узла назначения, либо указание, что маршрут является маршрутом по умолчанию

маску сети назначения (для IPv4-сетей маска /32 (255.255.255.255) позволяет указать единичный узел сети)

шлюз, обозначающий адрес маршрутизатора в сети, на который необходимо отправить пакет, следующий до указанного адреса назначения

интерфейс (в зависимости от системы это может быть порядковый номер, GUID или символьное имя устройства)

метрику — числовой показатель, задающий предпочтительность маршрута. Чем меньше число, тем более предпочтителен маршрут (интуитивно представляется как расстояние).

В таблице может быть один, а в некоторых операционных системах и несколько шлюзов по умолчанию. Такой шлюз используется в сетях для которых нет более конкретных маршрутов в таблице маршрутизации.===========================================================================

Interface List

0x1 ........................... MS TCP Loopback interface

0x2 ...00 14 2a 8b a1 b5 ...... NVIDIA nForce Networking Controller

0x3 ...00 50 56 c0 00 01 ...... VMware Virtual Ethernet Adapter for VMnet1

0xd0005 ...00 53 45 00 00 00 ...... WAN (PPP/SLIP) Interface

===========================================================================

===========================================================================

Active Routes:

Network Destination Netmask Gateway Interface Metric

0.0.0.0 0.0.0.0 89.223.67.129 89.223.67.131 20

60.48.85.155 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

60.48.105.1 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

60.48.172.103 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

60.48.203.116 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

60.49.71.132 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

66.36.138.228 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

66.36.152.228 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

74.108.102.130 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

89.223.67.128 255.255.255.192 89.223.67.131 89.223.67.131 20

89.223.67.131 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 20

89.255.255.255 255.255.255.255 89.223.67.131 89.223.67.131 20

127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1

164.77.239.153 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

192.168.23.0 255.255.255.0 192.168.23.1 192.168.23.1 20

192.168.23.1 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 20

192.168.23.255 255.255.255.255 192.168.23.1 192.168.23.1 20

192.168.192.0 255.255.255.0 192.168.192.251 192.168.192.251 1

192.168.192.251 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 50

192.168.192.255 255.255.255.255 192.168.192.251 192.168.192.251 50

212.113.96.250 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

219.95.153.243 255.255.255.255 89.223.67.129 89.223.67.131 20

224.0.0.0 240.0.0.0 89.223.67.131 89.223.67.131 20

224.0.0.0 240.0.0.0 192.168.23.1 192.168.23.1 20

224.0.0.0 240.0.0.0 192.168.192.251 192.168.192.251 50

255.255.255.255 255.255.255.255 89.223.67.131 89.223.67.131 1

255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.23.1 192.168.23.1 1

255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.192.251 192.168.192.251 1

Default Gateway: 89.223.67.129

===========================================================================

Пример таблицы маршрутизации при четырёх интерфейсах (loopback, две сетевые карты, VPN-соединение)

Типы записей в таблице маршрутизации:

маршрут до сети

маршрут до компьютера

маршрут по умолчанию

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.

динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

Зачастую для построения таблиц маршрутизации используют теорию графов.

Применение

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий или широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство, так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора. Существует несколько пакетов программного обеспечения (на основе ядра Linux, на основе операционных систем BSD) с помощью которого можно превратить ПК в высокопроизводительный и многофункциональный маршрутизатор, например, Quagga, IPFW или простой в применении PF.