Маршрутизаторы и мосты-маршрутизаторы

Одним из основных механизмов межсетевого взаимодействия являются маршрутшапюры. Маршрути­заторы — это устройства, соединяющие две или более сетей. Они представляют собой комбинацию программного и аппаратного обеспечения. Аппаратным обеспечением может быть сетевой сервер, от­дельный компьютер или специальное устройство. Аппаратура содержит физические интерфейсы с раз­личными сетями интерсети. Такими интерфейсами могут быть Token Ring, Ethernet, Tl, Frame Relay, Asynchronous Transfer Mode (ATM) и ряд других технологий. Основными программными компонентами маршрутизатора являются операционная система и протокол маршрутизации. Еще одним компонентом может быть управляющее ПО.

Для соединения с двумя или более логически раздельными сетями маршрутизаторы используют логичес­кую и физическую адресации. Они осуществляют соединение, организуя крупные сети в логические сетевые сегменты, которые иногда называют подсетями (subnet). Каждой из этих подсетей присваивается логичес­кий адрес. Подсети могут обращаться друг к Другу и при необходимости обмениваться данными. Данные группируются в пакеты — блоки данных. В каждый пакет, кроме физического адреса, включается логичес­кий адрес сети. На рис. 10.7 показана сеть, соединенная с помощью маршрутизаторов.

Сеть, соединенная с помощью маршрутиза-торов

Адрес сети позволяет маршрутизаторам более точно и эффективно вычислять оптимальный маршрут к рабочей станции или компьютеру. Маршрутизатор выполняет функции, весьма напоминающие функ­ции моста, однако маршрутизаторы поддерживают раздельное функционирование сетей. Поскольку ма­ршрутизаторы должны анализировать и адрес устройства, и адрес сети, обработка пакетов маршрутизатором обычно выполняется медленнее, чем мостом. Между тем эти устройства более "ин­теллектуальны", чем мосты, они используют алгоритмы определения наилучшего маршрута для передачи пакета по сети. Рассылая пакеты только согласно сетевым адресам, маршрутизаторы могут предотвра­тить "шторм" широковещательных пакетов.

Даже если маршрутизатор не связан с сетью непосредственно, он будет знать наилучший способ доставки пакета для нее. Маршрутизаторы ведут список сетевых адресов в таблицах маршрутизации. Эти таблицы содержат все адреса сети и возможные маршруты. Кроме того, для хранения информации о возможных маршрутах таблицы маршрутизации (route tables) хранят оценки "стоимости" передачи сообщения по данному маршруту. "Стоимость" конкретного маршрута определяется несколькими пара­метрами: оценкой времени, оценкой расстояния или монетарной оценкой (если одна линия дороже другой).

В оценке стоимости маршрута используются следующие термины:

• Счетчик сетевых сегментов (hop count) описывает число маршрутизаторов, которые минует сооб­щение на пути к адресату.

• Счетмк времени (lick count) описывает время, требуемое сообщению для достижения адресата. Время измеряется в тактах —1/18 секунды.

• Относительная стоимость — число, присваиваемое на основе фактической монетарной (денеж­ной) стоимости (если сетевая линия оплачивается) или некоторого релевантного критерия, тре­буемого для использования данной линии, например, пропускной способности сильно загруженных каналов,

Администратор сети может заранее программировать некоторые маршрутизаторы, зада­вая информацию о маршрутах. К сожалению, запрограммированные маршрутизаторы нельзя настроить в соответствии с изменившимися в сети условиями, и они создают задержки при появлении проблем в сети. В большинстве случаев имеет смысл использовать маршрутизаторы, идентифицирующие возможные маршруты в интерсети и сохраняющие ату информацию в таблицах маршрутизации (большинство маршрутизаторов работают именно таким образом).

Выяснением маршрута (route discovery) называется процесс поиска возможных маршрутов и постро­ения таблиц маршрутизации, в которых эта информация сохраняется. Поскольку условия в сети со временем меняются, маршрутизаторам нужно регулярно (обычно один раз в минуту) выявлять маршру­ты, что гарантирует точность таблиц маршрутизации. В выявлении маршрута применяются два метода -метод вектора расстояния и метод выявления маршрутов по состоянию каналов.

Маршрутизация по вектору расстояния

При маршрутизации по вектору расстояния или дистанционммекторной маршрутизации (distance-vector routing) каждый маршрутизатор сообщает о своем присутствии другим маршрутизаторам в сети. Пери­одически (например, каждые 60 секунд) каждый маршрутизатор выполняет широковещательную рассыл­ку информации своей таблицы маршрутизации. Получив ее, другие маршрутизаторы могут обновить свои таблицы.

Очевидно, что такая периодическая рассылка информации при маршрутизации по вектору расстоя­ния значительно увеличивает трафик в сети. В локальной сети этот трафик не составляет проблемы -здесь доступна широкая полоса пропускания, а число маршрутизаторов невелико. Между тем в глобаль­ной сети он существенно влияет на производительность. В крупной объединенной сети маршрутизация по вектору расстояния может стать весьма неэффективной. Поскольку изменения в маршруте должны распространяться с помощью широковещательной рассылки от маршрутизатора к маршрутизатору, и при этом передаются полные таблицы маршрутизации, все маршрутизаторы могут узнать об изменениях спустя значительное время (до нескольких минут).

Маршрутизация по состоянию каналов

Так как маршрутизация по вектору расстояния генерирует достаточно интенсивный трафик, приво­дящий к проблемам в интерсетях с большим числом маршрутизаторов, в качестве улучшенного метода была разработана маршрутизация по состоянию каналов. Маршрутизаторы с выявлением маршрутов по состоянию каналов выполняют широковещательную рассылку таблиц маршрутизации только при запуске и через определенные интервалы времени — намного реже, чем выполняется широковещательная рас­сылка при методе маршрутизации по вектору расстояния.

Протокол выбора кратчайшего маршрута (OSPF, open shortest path firet) представляет собой алгоритм маршрутизации по состоянию каналов, поддерживаемый TCP/IP. Он осуществляет поиск маршрута по числу сетевых сегментов, трафику и другим факторам.

Основная разница между методами маршрутизация по состоянию каналов и маршрутизации по век­тору расстояния состоит в том, что после начального обмена таблицами маршрутизации маршрутизатор с выявлением маршрутов по состоянию каналов обычно выполняет широковещательную рассылку из­менений только тогда, когда обнаруживает модификацию таблицы маршрутизации. При широковеща­тельной рассылке он распространяет только информацию об изменениях — полная таблица маршрутизации не передастся.

Другие маршрутизаторы, получающие широковещательные сообщения об изменениях в состоянии сетевых каналов, используют эти сведения для обновления собственных таблиц маршрутов. Благодаря тому, что передаются лишь изменения, такая рассылка требует меньше времени.

После создания маршрутизатором таблицы маршрутов он может использовать содержащуюся в ней информацию о стоимости для вычисления наилучшего пути в объединенной сети. Протокол маршру­тизации способен выбирать оптимальный маршрут на основе минимального числа проходимых сетевых сегментов, тактов времени или относительных затрат. Выбор оптимального маршрута бывает динами­ческим или статическим. Динамчмескмй выбор маршрута позволяет маршрутизаторам постоянно настраиваться в соответствии с изменяющимися условиями в сети. При статическом выборе маршрута пакеты всегда передаются по заранее определенному пути.

При динамическом выборе маршрута используется информация стоимости, постоянно генерируемая алгоритмами маршрутизации и включаемая в таблицы для выбора оптимального маршрута каждого па­кета. При изменении условий в сети маршрутизатор может выбирать различные маршруты, чтобы свести к минимуму возможные потери. Он способен даже устанавливать новые маршруты оперативно, "на лету" — прямо в процессе передачи пакетов. Если при передаче происходит изменение, в результате которого один маршрут становится менее привлекательным, чем другой, маршрутизатор передает осталь­ные пакеты по другому маршруту (или маршрутам) — не тому, который он выбрал в начале передачи.

Каждый маршрутизатор по пути медомния пакета сам выбирает следующий сетевой сегмент. При поиске маршрута с минимальным числом сегментов он использует специ­альный протокол информации маршрутизации (RIP, routing Information protocol).

При статическом выборе маршрута путь передачи данных не определяется оперативно, а назначается заранее. Администратор сети или компьютер (выполняющий роль начального маршрутизатора или уп­равляющего устройства) выбирает маршрут передачи данных из заранее заданной таблицы. Затем все пакеты направляются по этому маршруту, а промежуточным маршрутизаторам не разрешается прини­мать решения о выборе пути их передачи. Статический выбор маршрута, как правило, менее эффекти­вен, чем динамический, поскольку не позволяет адаптироваться к изменяющимся условиям в сети.

Многие маршрутизаторы правильнее называть мостами-маршрутизаторами (brouter). Мост-маршрути­затор — это маршрутизатор, способный выполнять функции моста. Сначала он пытается доставить пакет с помощью информации сетевого протокола. Если мост-маршрутизатор не поддерживает прото­кола, используемого пакетом, или не может доставить пакет, руководствуясь информацией протокола, то он действует как мост и передает пакет по физическому адресу. Истинные маршрутизаторы отбра­сывают пакет, не имеющий корректного логического адреса. Мост-маршрутизатор может оказаться более приемлемым вариантом, чем применение в сети и моста, и маршрутизатора. Кроме того, он упрощает управление сетью. При выборе маршрутизаторов следует иметь в виду:

• Некоторые маршрутизаторы, особенно старые, не всегда соответствуют стандартам. Это может привести к проблемам при применении в сети маршрутизаторов разных производителей.

• Маршрутизатор должен поддерживать скорость ваших сетевых соединений.

• Маршрутизаторы несколько снижают скорость коммуникаций в сети, поэтому применять их сле­дует только при необходимости.

Маршрутизируемыми являются следующие протоколы:

• DECnet

• DDP (AppleTalk)

• TPC/IP

• NWLink IPX

• OSI

• XNS

К немаршрутизируемым относятся протоколы:

• LAT (корпорации Digital Equipment)

• NetBEUI

“Шторм” широковещательных пакетов

"Шторм" широковещательных пакетов происходит, если многоадресные сообщения насыщают сеть до такой степени, что достигается предел ее пропускной способности. Это может произойти, например, из-за неправильно функционирующей платы сетевого интерфейса. Лавина широковещательных пакетов способна сделать сеть неработоспособной. Повторители лишь рассылают такие пакеты по всей сети.

В случае "шторма" широковещательных пакетов или в других аналогичных ситуациях мосты обычно создают определенные проблемы. Широковещательные рассылки в интерсети, соединенной с помощью мостов, распространяются по всем сегментам, делая эту сеть подверженной "шторму". Кроме того, ошиб­ки адресации в протоколах не ограничиваются тем сегментом, где они возникают, а влияют на работу всей сети (так же, как лавина пакетов).

Поскольку маршрутизируемыс объединенные сети функционируют на основе адресов протоколов, логическом группировании рабочих станций и сетевых ресурсов, они обеспечивают большую защиту, чем сети, связанные с помощью мостов. Маршрутизаторы способны выполнять роль "брандмауэров", снимающих отрицательные последствия "шторма" широковещательных пакетов или проблемы при адресации протокола одним локализованным сегментом. В результате маршрутизируемые интерсети, как правило, более стабильны, чем сети, соединенные мостами.

Между тем широковещательная рассылка определенных пакетов по всей интерсети является полез­ным и важным средством, особенно когда дело касается таких ориентированных на многоадресную передачу протоколов, как служба имен NetBIOS. Многие маршрутизаторы поддерживают "рассылку во все сети". При этом применяется алгоритм, обеспечивающий эффективную широковещательную рассыл­ку без зацикливания пакетов. Это предотвращает "шторм" широковещательных пакетов и повышает про­изводительность сети, вместе с тем позволяя применять протоколы, использующие многоадресное распространение сообщений.

Если вы работаете с немаршругозируемым протоколом, например NetBEUI, то можно попытаться ограничить "штормы" широковещательных пакетов, перейдя на маршрутизи-руемый протокол (такой, как TCP/IP). Это дает возможность с помощью маршрутизации разделить сеть на сегменты.

Между тем мосты также предлагают способ защиты от "шторма" широковещательных пакетов. Не­которые типы мостов позволяют задать конкретный адрес Ethernet (адрес хост-системы) и максималь­ное число широковещательных пакетов в секунду, которые он может передавать. Когда данный порог превышается, считается, что происходит "шторм" широковещательных пакетов. Если спустя 30 секунд уровень рассылки широковещательных пакетов не снизился вдвое, мост полагает, что "шторм" продол­жается. Кроме установки предельного значения для адреса Ethernet, можно задать максимальное число широковещательных пакетов или пакетов, проходящих через конкретный интерфейс моста.

Реальные проблемы:

Вы являетесь администратором сети Ethernet на 100 пользователей, которая страдает от частых штормов широковещательных пакетов. Эта сеть имеет мост, позволяющий ограничить число широковещательных рассылок по адресам Ethernet. Вашему начальнику нравится идея применения данного средства борьбы с лавиной пакетов (позволяющего обойтись без покупки маршрутизатора). Он хочет знать, нет ли здесь каких-либо проблем.

• Какие проблемы могут породить односекундные "штормы' широковещательных пакетов, преодолевающих мост?

• От каких типов ошибок (отличных от 'шторма" широковещательных пакетов) защищает мост^*.

Ваш начальник считает, что мост недостаточно защищает сеть, и хочет установить маршрутизатор. В сети применяется NetBIOS и необходимо осуществить широковещательную рассылку информации.

• Что вы скажете своему начальнику, прежде чем он закажет маршрутизатор?

• Какие протоколы смогут работать в сети, а какие нет?

• Какие средства защиты от "шторма" широковещательных пакетов, не реализуемых мостом, предлагает маршрутизатор?

Шлюзы