Маршрутизация

Маршрутизатором (router) называется устройство, связывающее вместе две сети, формируя из них интерсеть. В отличие от мостов и коммутаторов, маршрутизаторы функционируют на сетевом уровне эталонной модели OSI. Это означает, что маршрутизатор может связывать ЛВС, которые работают с разными протоколами канального уровня (например, Ethernet и Token Ring), при условии, что все они используют один и тот же протокол сетевого уровня. Самым популярным в наши дни является набор протоколов TCP/IP, на сетевом уровне которого действует протокол IP. Таким образом, большая часть информации, которую Вы будете узнавать о маршрутизаторах, будет относиться к протоколу IP.

Когда компьютеру в одной ЛВС нужно передать данные компьютеру в другой ЛВС, он посылает пакеты маршрутизатору в своей локальной сети, а маршрутизатор направляет их в целевую сеть. Если система-получатель находится в удаленной сети, маршрутизатору приходится пересылать пакеты другому маршрутизатору. В больших интерсетях, подобных Интернету, пакетам на пути к целевому компьютеру приходится проходить через множество маршрутизаторов.

Маршрутизаторы и шлюзы

Маршрутизатором называют аппаратный или программный компонент, связывающий две ЛВС на сетевом уровне. На языке TCP/IP маршрутизатор часто называют также шлюзом (gateway). Например, конфигурируя клиентскую часть протокола TCP/IP в системе Microsoft Windows, Вы задаете адрес шлюза по умолчанию. Этот шлюз фактически является маршрутизатором ЛВС, которым система пользуется для доступа к другим сетям. Но шлюзом также может называться аппаратное или программное устройство, действующее на прикладном уровне и обеспечивающее интерфейс между двумя программами. Например, шлюз электронной почты позволяет людям, использующим одну систему электронной почты, отправлять сообщения коллегам, использующим другую систему. Не путайте два этих шлюза.

Поскольку маршрутизаторы работают на сетевом уровне, они не связаны ограничениями протоколов канального уровня. Пакет, поступающий в маршрутизатор, продвигается по стеку протоколов к сетевому уровню, причем по ходу дела кадр канального уровня отсекается. Маршрутизатор определяет, куда нужно отправить пакет, и передает данные вниз по стеку другому сетевому интерфейсу, который для отправки инкапсулирует их в новый кадр. Если два протокола канального уровня поддерживают пакеты разных размеров, маршрутизатору, возможно, придется фрагментировать данные сетевого уровня и создавать из них несколько кадров.

Маршрутизация пакетов

В отношении пакетов, пересылаемых другим портам, маршрутизаторы более избирательны, чем концентраторы, мосты и коммутаторы. Работая на границах ЛВС, они не передают широковещательные сообщения за исключением некоторых специальных случаев. Маршрутизатор осуществляет передачу пакетов, руководствуясь не аппаратным адресом в заголовке канального уровня, а адресом оконечной целевой системы в заголовке протокола сетевого уровня. Информация о смежных с маршрутизатором сетях содержится в его внутренней таблице маршрутизации (routing table). По этой таблице маршрутизатор определяет, куда направить очередной пакет. Если пакет предназначен для системы в одной из сетей, к которым подключен маршрутизатор, он передает пакет непосредственно этой системе. Если пакет предназначен системе в удаленной сети, маршрутизатор через одну из смежных сетей передает пакет другому маршрутизатору.

Рассмотрим в качестве примера корпоративную интерсеть, состоящую из магистрали и нескольких сегментов, подключенных к ней с помощью маршрутизаторов (рис. 3). Компьютеры каждого сегмента используют в качестве шлюза по умолчанию маршрутизатор, связывающий этот сегмент с магистралью. Все пакеты, генерируемые в локальной сети, передаются либо одной из систем этой же сети, либо шлюзу по умолчанию. Маршрутизатор-шлюз удаляет из каждого пакета кадр канального уровня и считывает из заголовка сетевого уровня адрес оконечной целевой системы.

Рис. 3. В типичной интерсети маршрутизатор перенаправляет пакеты к очередному промежуточному узлу

По своей таблице маршрутизации шлюз определяет, через какой маршрутизатор он может получить доступ к сети, в которой находится оконечная система. Адрес этого маршрутизатора указывается в качестве целевого адреса канального уровня в новом кадре, который шлюз создает для пакета с помощью протокола канального уровня магистрали (он может отличаться от протокола, используемого в сегменте). Затем пакет достигает следующего маршрутизатора, и процесс повторяется. Когда очередной маршрутизатор находит по своей таблице, что целевая система находится в сегменте, с которым он соединен, маршрутизатор создает кадр для передачи пакета непосредственно этой системе.

Если пакету на пути к конечному пункту приходится проходить через множество сетей (рис. 4), каждый обрабатывающий его маршрутизатор называют транзитом (hop). Маршрутизаторы часто оценивают эффективность маршрута по числу транзитов от исходной до целевой системы. Одна из основных функций маршрутизатора - выбор наилучшего маршрута по данным из таблицы маршрутизации.

Рис 4. Расстояние между двумя оконечными системами интерсети часто измеряют числом транзитов (или маршрутизаторов) между ними

Помимо объединения в интерсеть нескольких ЛВС в пределах одного здания, маршрутизаторы способны также соединять удаленные сети. Организации, состоящие из нескольких филиалов, часто соединяют локальные сети в этих филиалах, устанавливая в каждой сети маршрутизатор и соединяя эти маршрутизаторы с помощью выделенных телефонных линий или других технологий ГВС, например, трансляции кадров (Frame Relay). Поскольку во всех филиалах широковещательный домен ограничен локальной сетью, по линиям ГВС передаются лишь пакеты, предназначенные для систем в других сетях. Объем трафика по каналам ГВС сведен к минимуму, а значит, минимальна и их стоимость.