9.7. Маршрутизация

Разделение на сети (подсети) служит основой для маршрутизации пакетов, передаваемых по сети. Термин Routing - маршрутизация - означает передачу дейтаграммы от одного узла к другому. При посылке IP-дейтаграммы узел сравнивает (логическая операция "исключающее ИЛИ") IP-адрес назначения со своим IP-адресом и накладывает (логическое "И") на результат маску подсети. Ненулевое значение результата этой операции является указанием на необходимость передачи пакета из подсети во внешнюю сеть.

Direct Routing - прямая маршрутизация - осуществляется между узлами одной (под)сети. В этом случае источник знает конкретный физический (MAC) адрес получателя и инкапсулирует IP-дейтаграмму в кадр сети, содержащий этот адрес и непосредственно передающийся по сети получателю. Список соответствия IP- и MAC-адресов узлов обычно формируется хостом динамически с помощью протокола ARP (Address Resolution Protocol). Для получения MAC-адреса интересующего узла (в пределах подсети) хост посылает кадр с широковещательным MAC-адресом, в который вкладывает запрос, содержащий IP-адрес интересующего узла. На этот запрос отзовется узел с IP-адресом, совпадающим с соответствующим полем запроса. В кадре ответа будет присутствовать его MAC-адрес, который и будет занесен в ARP-таблицу. ARP-запрос формируется узлом в том случае, когда ему нужно передать пакет по адресу, отсутствующему в его локальной таблице. Если ответ на ARP-запрос не будет получен, то пакет, который должен был быть передан, аннулируется. Возможно и статическое формирование таблиц, которое необходимо для тех технологий, в которых нет широковещательной адресации (например, соединение через PPP).

Indirect routing - непрямая маршрутизация - передача дейтаграмм между узлами различных (под)сетей. Обнаружив расхождение немаскированной (сетевой) части IP-адресов, источник посылает кадр с IP-дейтаграммой по физическому адресу маршрутизатора (его адрес узнается вышеописанным способом). Маршрутизатор анализирует IP-адрес назначения полученной дейтаграммы и в зависимости от адресов прямо подключенных к нему (под)сетей посылает дейтаграмму либо прямо по физическому адресу узла назначения, либо к следующему маршрутизатору.

Маршрутизатор (router) представляет собой устройство, имеющее один или несколько интерфейсов (портов) для подключения локальных сетей или удаленных соединений. Каждому физическому интерфейсу ставится в соответствие одна или несколько IP-(под)сетей, узлы которых имеют с ним непосредственную связь (на 1-2-м уровне модели OSI). Маршрутизатор обеспечивает межсетевую передачу пакетов между узлами (хостами и другими маршрутизаторами) доступных ему подсетей. Передачи могут быть как между разными интерфейсами, так и между подсетями, расположенными на одном и том же интерфейсе (без маршрутизатора их узлы друг друга "не видят", хотя и "слышат"). Возможны маршрутизаторы даже с одним физическим интерфейсом, их иногда называют "однорукими маршрутизаторами".

В терминологии TCP/IP маршрутизатор относится к шлюзам (gateway), и в каждом проходящем пакете он должен декрементировать поле TTL (по приходе пакета, а затем каждую секунду пребывания пакета в маршрутизаторе).

Маршрутизатор для своей работы должен иметь таблицу маршрутизации, в которой содержится информация об IP-адресах и масках (под)сетей, подключенных к каждому его порту, а также список соседних маршрутизаторов. Список непосредственно доступных маршрутизаторов должен быть и в каждом узле. Заполнение этих таблиц может осуществляться как динамически (например, с помощью протокола RIP или OSPF), так и статически (вручную). Статическое заполнение таблиц - довольно хлопотное занятие, но зато оно позволяет избежать "взломов" сети с помощью подстановки нелегальных маршрутизаторов.

На маршрутизаторы возлагается и задача фильтрации - пропускания пакетов, удовлетворяющих только определенным критериям, или/и наоборот, непропускания определенных пакетов. Фильтрация может осуществляться по различным признакам, относящимся к протоколам разных уровней. Естественно, что сложные схемы фильтрации требуют определенных ресурсов маршрутизатора (память под таблицы, процессорное время на обработку пакетов).

IP-маршрутизаторы характеризуются производительностью (число пакетов в секунду), задержкой (временем обработки пакета), способом обмена маршрутной информацией (RIP, OSPF), возможностями фильтрации, поддержкой группового вещания (IGMP), типом и количеством интерфейсов.

Маршрутизатор может быть отдельным устройством, возможна также реализация его функций и сетевой операционной системой конечных узлов (серверов). Возложение функций маршрутизатора, особенно фильтрации, на сервер значительно нагружает его. Кроме того, в этом случае появляются ограничения, не свойственные IP-протоколу. Например, сервер NetWare 3.x-4.x (и не только этих ОС) не позволяет на одной интерфейсной карте сконфигурировать более одной IP-подсети.