Амато В. - Основы организации сетей Cisco. Том 2 (2002)(ru)

коммутации.

Выполняя функцию коммутации маршрутизатор принимает пакет на одном интерфейсе и направляет его на другой. При определении наилучшего пути маршрутизатор выбирает наибо- лее подходящий интерфейс для отправки пакета. Узловая часть адреса относится к конкретному порту на маршрутизаторе, который ведет к следующему в данном направлении маршрутизато- ру.

Когда приложению некоторого хоста требуется послать пакет в пункт назначения в другой сети, фрейм канального уровня принимается на одном из интерфейсов маршрутизатора. На се- тевом уровне исследуется заголовок фрейма для определения сети пункта назначения, а затем маршрутизатор обращается к таблице маршрутизации, которая связывает сети с выходными ин- терфейсами. После чтения адреса заголовок и трейлер пакета отбрасываются, а сам пакет снова инкапсулируется в канальный фрейм для выбранного интерфейса и ставится в очередь (queue) для доставки к следующему переходу (hop).

Этот процесс повторяется при каждой коммутации с одного маршрутизатора на другой. На маршрутизаторе подсоединенном к сети, в которой находится хост назначения, пакет инкапсу- лируется в канальный фрейм типа LAN-получателя и передается на хост пункта назначения.

Сравнение динамической и статической маршрутизации

Статическая маршрутизация (static routing) выполняется вручную. Ее осуществляет сетевой администратор, внося изменения в конфигурацию маршрутизатора. Администратор должен из- менять эту информацию о маршрутах каждый раз, когда изменяется сетевая топология. Стати- ческая маршрутизация уменьшает количество передаваемой служебной информации, поскольку в этом случае не посылается информация об изменениях в маршрутном расписании (в случае использования протокола RIP это требуется делать каждые 30 секунд).

Динамическая маршрутизация (dynamic routing) выполняется по-другому. После того, как се- тевой администратор введет конфигурационные команды для начала динамической маршрути- зации, маршрутная обстановка изменяется автоматически при каждом получении из сети ин- формации об изменениях в ее топологии. При этом обмен информацией между маршрутизато- рами об изменениях в топологии сети является частью процессов изменения сети.

Статическая маршрутизация имеет несколько преимуществ. Она позволяет сетевому админи- стратору указать, какая служебная информация будет передаваться по сети. По соображениям безопасности администратор может спрятать некоторые части сети. Динамическая маршрутиза- ция имеет тенденцию к полной открытости всей информации о сети.

Кроме того, в случаях, когда к сети ведет только один путь, статический маршрут может ока- заться вполне достаточным. Такой тип сети называется тупиковой сетью (stub network). Задание статической маршрутизации в тупиковой сети позволяет исключить пересылку служебной ин- формации, которая производится при динамической маршрутизации.

двух своих основных функций.

•Поддержка таблицы маршрутизации.

• Своевременное распределение информации о состоянии (топологии) сети меж ду другими пользователями в форме сообщений об изменении маршрутизации.

В процессе обмена информацией о топологии сети динамическая маршрутизация опирается на протокол маршрутизации, который, представляет собой набор правил, используемых мар- шрутизатором при обмене информацией с соседними маршрутизаторами. Например, протокол маршрутизации описывает:

•как рассылаются сообщения об изменениях в сети;

•какая информация о топологии сети содержится в этих изменениях;

•как часто рассылается информация о состоянии сети;

•как определить месторасположение получателей сообщений об изменениях в сети. Внешние протоколы маршрутизации используются для обмена информацией между авто-

номными системами. Внутренние протоколы маршрутизации используются внутри отдельных автономных систем.

IP-протоколы маршрутизации

На сетевом уровне (3-й уровень) эталонной модели OSI маршрутизатор может использовать

протоколы маршрутизации для выполнения маршрутизации с использованием специального маршрутизирующего протокола. В качестве примеров IP-протоколов маршрутизации можно привести:

•RIP — дистанционно-векторный протокол маршрутизации;

•IGRP — дистанционно-векторный протокол маршрутизации, разработанный корпорацией Cisco;

•OSPF — протокол маршрутизации состояния канала;

•EIGRP — сбалансированный гибридный протокол маршрутизации.

Типы протоколов маршрутизации

Большинство протоколов маршрутизации могут быть отнесены к одному из двух основных типов: дистанционно-векторные или протоколы канала связи. Дистанционно-векторный про-

токол маршрутизации (distance-vector routing protocol) определяет направление (вектор) и

расстояние для всех связей в сети. Второй подход, связанный с использованием протокола маршрутизации канала связи (link-state routing protocol), также называемого открытым про-

токолом поиска первого кратчайшего пути (the shortest path first, SPF), каждый раз воссозда- ет точную топологию всей сети (или, по крайней мере, того сегмента, в котором расположен маршрутизатор). Третий тип протокола — сбалансированный гибридный (balanced-hybrid protocol), соединяет в себе различные аспекты протокола состояния связи и дистанционно- векторного.

Конвергенция

При динамической маршрутизации выбор протокола, используемого при определении наи- лучшего пути для потока данных от конкретного источника к конкретному получателю, имеет принципиальное значение. Каждое изменение топологии сети, связанное с ее ростом, изменени- ем конфигурации или сбоем, должно быть отражено в соответствующих таблицах маршрутиза- ции.

В каждый момент времени имеющаяся в таблицах маршрутизации информация должна точ- но и последовательно отражать новую топологию сети. Такое точное и последовательное соот-

ветствие называется конвергенцией (convergence).

В случае, когда все маршрутизаторы сети работают с одной и той же информацией о тополо- гии сети, говорят, что сети конвергированы. Быстрая конвергенция является весьма желатель- ной, потому что она уменьшает период времени, за который информация о состоянии сети мог- ла бы устареть и стать причиной неправильных или неэффективных решений.

Дистанционно-векторная маршрутизация

Дистанционно-векторные протоколы периодически рассылают копии таблицы маршрутиза- ции от одного маршрутизатора к другому. Каждый маршрутизатор получает таблицу маршрути- зации от своего непосредственного соседа (рис. 1.17). Например, маршрутизатор В получает информацию от маршрутизатора А. Маршрутизатор В добавляет дистанционно-векторный но- мер (например, число переходов), увеличивает дистанционный вектор и передает таблицу мар- шрутизации другому своему соседу, маршрутизатору С Такой же пошаговый процесс происхо- дит во всех направлениях между маршрутизаторами-соседями.

Рис 1 17 Регулярный обмен информацией между маршрутизаторами ото-

бражает изменения в то пологий сети

В результате этого процесса протокол накапливает данные о расстояниях в сети что позволя- ет ему поддерживать базу данных описывающих текущую топологию сети Однако дистанцион- но-векторные протоколы не позволяют маршрутизатору знать точную топологию сети.

Маршрутизация состояния канала связи

Вторым основным типом протоколов, используемых для маршрутизации, является протокол состояния канала связи. Протоколы состояния канала связи поддерживают комплексную базу данных, в которой содержится информация о топологии сети. В то время как дистанционно-

векторный протокол не содержит конкретной информации об удаленных сетях и об удаленных маршрутизаторах, протокол состояния канала связи поддерживает полную информационную картину топологии сети, включая информацию об удаленных маршрутизаторах и их взаимосвя- зях.

Маршрутизация состояния канала связи использует объявления состояния канала связи (link-state advertisement, LSA), топологические базы данных, SPF-протокол, результирующее SPF-дерево, а также таблицу маршрутизации портов для каждой сети. На основе концепции со- стояния канала связи разработчиками была создана OSPF-маршрутизация.

Сравнение дистанционно-векторной маршрутизации и маршрутизации состояния канала связи

Дистанционно-векторную маршрутизацию и маршрутизацию состояния канала связи можно

зации состояния канала связи внесение изменений вызывается изменениями в топологии. Относительно небольшие LSA, передаваемые всем остальным мар шрутизаторам, обычно приводят к уменьшению времени конвергенции.

Конфигурирование IP-маршрутизации

Выбор IP в качестве протокола маршрутизации включает в себя установку глобальных пара- метров. Эти глобальные параметры включают в себя протокол маршрутизации, например, RIP или IGRP и назначение сетевых IP-номеров без указания значений для подсетей.

Конфигурирование IP-адресов

Для установки логического сетевого адреса интерфейса используется команда ip address. Для указания формата масок сети текущего сеанса используется команда term ip netmask-format. Формат маски можно задать в виде количества битов, занимаемого префиксом подсети, в виде точечной десятичной форме записи, либо в виде шестнадцатеричного числа.

Конфигурирование динамической маршрутизации

Динамической называется такой тип маршрутизации, при котором маршрутизаторы перио- дически посылают друг другу сообщения об изменениях в маршрутизации. При каждом полу- чении такого сообщения, содержащего новую информацию, маршрутизатор заново вычисляет наилучший путь и рассылает эту новую информацию остальным маршрутизаторам. Используя команды маршрутизации маршрутизаторы могут приспособиться к меняющимся условиям в се- ти.

С перечисленных ниже команд маршрутизатора начинается процесс настройки системы маршрутизации.

Приведенная ниже команда network необходима потому, что она позволяет определить какие интерфейсы будут принимать участие в отправке и получении изменений в маршрутизации.

Протокол RIP

Основными характеристиками протокола RIP являются следующие.

∙RIP является протоколом дистанционно-векторной маршрутизации.

∙В качестве величины для выбора пути используется количество переходов.

∙Максимально допустимое количество переходов равно 15.

∙По умолчанию изменения передаются в широковещательном режиме каждые 30 секунд.

Для выбора RIP в качестве протокола маршрутизации используется команда router пр. Ко- манда network назначает маршрутизатору МАС-адрес, к которому этот маршрутизатор непо- средственно подсоединен. Процесс маршрутизации связывает интерфейс с соответствующим адресом и начинает обработку пакетов указанных сетях (рис. 1.18).

∙router rip — выбирает RIP в качестве протокола маршрутизации.

∙network 1.0.0.0 — задает непосредственно подсоединенную сеть.

∙network 2.0.0.0 — задает непосредственно подсоединенную сеть.

После выполнения этих команд интерфейсы, подсоединенные к сетям 1.0.0.0 и 2.0.0.0 будут получать и принимать сообщения об изменениях протокола RIP.

Транспортный уровень

При посылке сегментов данных транспортный уровень может обеспечить их целостность.

Одним из методов добиться этого является контроль потока (flow control). Контроль потока позволяет избежать ситуации, когда хост на одной из сторон соединения переполняет буферы хоста на другой стороне.

Такое переполнение вызывает серьезные проблемы, поскольку оно может привести к потере данных.

Услуги транспортного уровня также позволяют пользователям запросить надежную транс- портировку данных между хостом и пунктом назначения. Для обеспечения надежной транспор- тировки используется ориентированная на соединение связь между системами, которые обме-

ниваются информацией. Применение надежной транспортировки позволяет следующее.

∙Выполнить сегментацию приложений верхнего уровня.

∙Установить соединение.

∙Передать данные.

∙Обеспечить надежность транспортировки путем применения окон.

∙Использовать механизмы подтверждения.

Сегментирование приложений верхнего уровня

Одной из причин разделения на уровни сетевой модели является возникающая при этом воз- можность совместно использовать одно и то же транспортное соединение, что выражается в пе- ресылке одного сегмента вслед за другим. Это означает, что различные приложения могут по- сылать сегменты данных по принципу: "первым пришел — первым обслужили" (first come, firstserved). Такие сегменты могут посылаться как в один пункт назначения, так и в несколько.

Установка соединения

Для установки соединения одно устройство делает заказ, который должен быть принят дру- гими. Модули программного обеспечения в двух операционных системах обмениваются ин- формацией между собой, посылая сообщения по сети с целью проверки разрешения передачи и готовности обеих сторон.

После того, как синхронизация будет полностью выполнена, устанавливается соединение и начинается передача данных. В процессе передачи оба устройства продолжают обмен информа- цией, используя программное обеспечение протокола с целью проверки правильности получе- ния данных.

На рис. 1.19 описано типичное соединение между передающим и принимающим устройст- вом. При первой встрече с человеком мы обычно приветствуем его, пожимая руку. Факт руко- пожатия понимается обеими сторонами как признак дружеского расположения. Примерно так же происходит при установке соединения двух систем. Первое рукопожатие или приветствие требует синхронизации. Второе и третье рукопожатия подтверждают запрос первоначальной синхронизации, а также синхронизируют параметры соединения в противоположном направле- нии. Последним аспектом рукопожатия является подтверждение, используемое для того, чтобы сообщить пункту назначения о том, что обе стороны согласны в том, что связь установлена. По- сле установления связи начинается процесс передачи.

Передача данных

В процессе передачи данных перегрузка может возникнуть по двум различным при-/ чинам. Первая причина: высокоскоростной компьютер может генерировать большее количество дан- ных, чем способна передавать сеть. Вторая причина: если несколько компьютеров одновремен- но начинают передавать данные в один и тот же пункт назначения. При этом в пункте назначе- ния возникает переполнение, хотя ни один из передающих источников в отдельности вызвать такую перегрузку не в состоянии.

Когда дейтаграммы поступают на обработку на хост или шлюз, они временно хранятся в па- мяти. Если поток данных продолжается, то память хоста или шлюза постепенно переполняется и поступающие дополнительные дейтаграммы приходится отбрасывать. В таких ситуациях, как показано на рис. 1.20, сигнал действует подобно светофору и обращается к отправителю с пред- ложением прекратить отправку данных. Когда получатель вновь сможет принимать дополни- тельные данные, он посылает транспортный сигнал готовности, который можно интерпретиро- вать как команду: "Посылайте!" После получения такого сигнала отправитель может возобно- вить передачу сегментов данных.

Повышение надежности передачи путем создания окон

В основной своей форме ориентированная на надежность передача требует, чтобы пакеты данных поставлялись принимающей стороне в том же самом порядке, в каком они были переда- ны. Сбой в работе протокола происходит в тех случаях, когда пакеты данных теряются, повреж- даются, дублируются или получаются в измененном порядке. Основным решением в таких си- туациях является организация подтверждения получения каждого сегмента.

Однако если отправителю приходится ожидать подтверждения получения предыдущего сег- мента перед отправкой следующего, то пропускная способность оказывается весьма низкой. Поскольку между отправкой сегмента и подтверждением его полу-\ чения имеется некоторый период времени, его используют для передачи новой пор-|Ции данных. Количество пакетов, которое отправитель может отправить за этот период называется окном (window).

Механизм создания окон представляет собой способ управлять количеством информации пе- редаваемой от одного хоста к другому. Некоторые протоколы измеряют эту информацию в ко- личестве пакетов; протокол TCP/IP измеряет ее в байтах.

Способы подтверждения

Надежная доставка гарантирует, что поток данных, отправленный от одного устройства к другому, проходит по каналу без дублирования или потери данных. Позитивное подтверждение с повторной передачей является одним из методов, гарантирующих надежную доставку данных. Позитивное подтверждение требует обмена информацией между источником и получателем, который заключается в подтверждении адресатом получения данных. Отправитель сохраняет копию каждого отправленного пакета и ожидает подтверждения о его получении перед тем, как отправить следующий. При отправке пакета включается таймер и если по истечении времени таймера подтверждение не поступило, то выполняется повторная передача.

На рис. 1.21 изображен отправитель, посылающий пакеты 1, 2 и 3. Адресат подтверждает по- лучение пакетов, запрашивая пакет 4. После получения подтверждения отправитель посылает пакеты 4, 5 и 6. Если пакет 5 не поступил в пункт назначения, то получатель посылает сообще- ние с запросом о повторной передаче пакета 5. Отправитель повторно посылает пакет 5 и дол-

жен ждать подтверждения его получения перед тем, как отправить пакет 7.