11.3. Маршрутизация и маршрутизаторы

Маршрутизация является одной из наиболее важных и сложных операций, выполняемых стеком протоколов TCP/IP.

Маршрутизатор (router) – это устройство, подключенное к двум или нескольким сетям и пересылающее пакеты из одной сети в другую. Маршрутизаторы функционируют на сетевом уровне и поэтому способны соединять сети, работающие с различными протоколами канального уровня и на различных сетевых средах. В небольшой интерсети задача маршрутизатора довольно проста. Если с его помощью соединены, например, две ЛВС, ему достаточно получать пакеты от одной и при необходимости переправлять их во вторую. В крупных интерсетях к одному маршрутизатору подключается множество локальных сетей, а к одной сети может подключаться несколько маршрутизаторов. Поэтому к одной и той же цели пакеты могут добираться различными путями. Если один или несколько маршрутизаторов выходят из строя, пакеты все равно должны доходить до места назначения по обходным или резервным маршрутам.

В сложных интерсетях перед маршрутизатором стоит еще одна задача – выбор наиболее эффективного пути для доставки пакета. Обычно это маршрут, позволяющий пакету достичь целевой системы с минимальным количеством транзитов, то есть встретив на своем пути наименьшее число маршрутизаторов. Маршрутизаторы обмениваются между собой информацией о сетях, к которым они подключены. В результате строится составная картина интерсети. В сложной интерсети, например, в Интернете, ни один из маршрутизаторов не обладает полной картиной всей интерсети. Для передачи пакета маршрутизаторам приходится работать совместно.

Маршрутизатор может быть реализован как в виде самостоятельного устройства, так и в виде обычного компьютера. Так как возможность маршрутизации IP-трафика имеется в современных сетевых операционных системах, то для превращения в маршрутизатор компьютера достаточно установить на нем по крайней мере два сетевых адаптера, подключить их к двум различным сетям и задать в конфигурации компьютера маршрутизацию трафика между этими сетями.

Если компьютер используется как IP-маршрутизатор, все установленные на нем сетевые адаптеры должны иметь собственные IP-адреса, соответствующие сети, к которой они подключены. Маршрутизатор, реализованный в виде отдельного устройства, в сущности также представляет собой специализированный компьютер. В его состав входят несколько встроенных сетевых адаптеров, процессор и память для хранения информации о маршрутах и буферизации пакетов.

Важнейшей составляющей любого маршрутизатора является таблица маршрутизации. Она содержит информацию, которую маршрутизатор использует для отправки пакетов по назначению. Если целевая система находится в другой сети, в таблице маршрутизации будет записан адрес маршрутизатора, которым нужно воспользоваться, чтобы добраться до нее. Поскольку пакет должен быть доставлен компьютеру другой сети, такая маршрутизация называется косвенной (indirect). По сути, таблица маршрутизации представляет собой список сетей (и, возможно, узлов) и адресов маршрутизаторов, к которым система должна обращаться для передачи данных в эти сети.

Существуют два метода обновления таблицы маршрутизации – статический и динамический. При статической маршрутизации строки таблицы создаются администратором сети вручную с помощью специальной программы. При динамической маршрутизации строки таблицы маршрутизации создаются автоматически специализированными протоколами, работающими на маршрутизаторах. С помощью этих протоколов маршрутизаторы обмениваются сообщениями с информацией о маршрутах с другими близкими маршрутизаторами, то есть каждый маршрутизатор передает соседним маршрутизаторам свою таблицу маршрутизации.

Очевидно, что статическая маршрутизация эффективно работает лишь в небольших интерсетях. Преимущество динамической маршрутизации заключается в том, что она не только избавляет администратора от трудоемкого процесса «ручного» составления таблицы маршрутизации, но и автоматически учитывает все изменения структуры сети. Например, если один из маршрутизаторов выходит из строя, то его неспособность обмениваться информацией с другими маршрутизаторами приводит через некоторое время к его удалению из таблиц маршрутизации, а пакеты направляются по обходным маршрутам. После восстановления работоспособности маршрутизатор входит в контакт с другими маршрутизаторами и добавляется в их таблицы. В интерсети, подобной Интернету, структура меняется практически непрерывно, а отслеживание всех изменений в такой огромной сети «вручную» не представляется реальным.

Более подробное изложение механизмов маршрутизации не входит в круг вопросов, рассматриваемых в настоящем учебном пособии.

Резюме

Протоколы сетевого уровня многоуровневой модели сетевого взаимодействия отвечают за передачу данных от отправителя к получателю по интерсети. Самый популярный протокол сетевого уровня – протокол IP, который выполняет упаковку пакета данных транспортного уровня в дейтаграмму, идентификацию систем в сети по их IP-адресам, определение наиболее эффективного пути к целевой системе, идентификацию протокола транспортного уровня.

Протоколы транспортного уровня многоуровневой модели сетевого взаимодействия совместно с протоколами сетевого уровня обеспечивают единый сервис, необходимый приложениям для работы с сетью. Наиболее популярны протоколы транспортного уровня TCP и UDP, обеспечивающие приложениям разный уровень сервиса при передаче данных.

Существенную часть администрирования сети составляет организация построения и присвоения IP-адресов. В стеке протоколов TCP/IP используются локальные (или аппаратные) адреса, сетевые адреса (IP-адреса), доменные имена.

Одной из наиболее важных и сложных операций, выполняемых стеком протоколов TCP/IP, является маршрутизация. Устройство, подключенное к двум или нескольким сетям и пересылающее пакеты из одной сети в другую называют маршрутизатором. Маршрутизаторы функционируют на сетевом уровне и поэтому способны соединять сети, работающие с различными протоколами канального уровня и на различных сетевых средах. В сложных интерсетях перед маршрутизатором стоит задача выбора наиболее эффективного пути для доставки пакета данных.

Важнейшей составляющей любого маршрутизатора является таблица маршрутизации. Для ее обновления применяются методы статической и динамической маршрутизации. Статическая маршрутизация эффективно работает лишь в небольших интерсетях. Преимущество динамической маршрутизации заключается в том, что она не только избавляет администратора от трудоемкого процесса «ручного» составления таблицы маршрутизации, но и автоматически учитывает все изменения структуры сети.