Протоколы маршрутизации

Под протоколом понимается основанный на стандартах набор правил и соглаше­ний, определяющий, каким образом компьютеры осуществляют связь друг с другом в сетевой среде. Понятие "протокола" также используется в качестве общего названия среды, в которой осуществляют связь различные приложения, узлы и системы. Когда компьютеры осуществляют связь друг с другом, они обмениваются сообщениями, со­держащими данные. Для того, чтобы получать и обрабатывать эти сообщения, компь­ютеры должны иметь общее понимание того, как создаются эти сообщения и как их следует интерпретировать. В качестве примеров сообщений можно назвать сообщения об установке соединений с удаленными системами, о получении и отправке электрон­ной почты, а также передачу файлов и данных.

Протокол описывает следующие аспекты взаимодействия систем:

• Формат, в котором должны быть записаны сообщения

• Способ обмена сообщениями в контексте конкретного вида работы, такого, например, как отправка сообщений по сети.

Часто путают понятия "маршрутизируемого протокола" и "протокола маршрути­зации", поскольку они похожи друг на друга. Ниже приводится пояснение этих тер­минов.

■ Маршрутизируемый протокол (Routed protocol) — любой сетевой протокол, ко­торый содержит в своем адресе сетевого уровня достаточное количество ин­формации, чтобы переслать пакет от одного узла к другому на основе приня­той схемы адресации. Маршрутизируемые протоколы определяют форматы полей в пакете. Пакеты, как правило, передаются от одной конечной системы к другой. Для пересылки пакетов маршрутизируемый протокол использует таблицы маршрутизации. Примеры маршрутизируемых протоколов приведе­ны на рис. 20.8 и включают в себя следующие протоколы:

• Internet Protocol (IP);

• Internetwork Packet Exchange (IPX);

• AppleTalk;

• Digital DECnet.

■ Протокол маршрутизации (Routing protocol). Поддерживает работу маршрути­зируемого протокола, предоставляя механизмы совместного использования информации о маршрутах. Сообщения протоколов маршрутизации передают­ся между маршрутизаторами. Протоколы маршрутизации позволяют маршру­тизаторам осуществлять связь друг с другом для обновления и поддержки таб­лиц маршрутизации. Примерами протоколов маршрутизации, используемых в стеке протоколов TCP/IP являются:

• Routing Information Protocol (RIP);

• Interior Gateway Routing Protocol (IGRP);

• Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP);

• Open Shortest Path First (OSPF).

Для того, чтобы протокол был маршрутизируемым, он должен позволять сетевому администратору назначать сетевой адрес и адрес узла каждому конкретному устройст­ву. Некоторые протоколы, такие, например, как протокол IPX, требуют назначения администратором только сетевого адреса, поскольку в качестве физического адреса уз­ла они используют МАС-адрес (Media Access Control). Другие протоколы, такие, на­пример, как протокол IP, требуют задания полного адреса и маски сети.

Для осуществления в маршрутизации сети требуются как IP-адрес, так и маска се­ти. Маска сети используется для разделения части адреса, относящейся к сети и части узла в 32-битовом IP-адресе.

Протокол IPX для создания полного адреса используют МАС-адрес, объединенный с назначенным администратором адресом сета, и не используют маски сети. У IP-адреса адрес сети получается путем наложения маски.

Маска сети используется для того, чтобы с группу последовательных IP-адресов можно было рассматривать и обрабатывать как одно целое. Если бы такая группи­ровка отсутствовала, то при осуществлении маршрутизации адрес каждого узла пришлось бы обрабатывать индивидуально, что было бы невозможно при миллио­нах узлов, подключенных в настоящее время к сети Internet. Все 254 IP-адреса в диа­пазоне от 192.168.10.1 до 192.168.10.254 могут быть представлены как один сетевой адрес 192.168.10.0. Соответственно данные могут посылаться любому из этих узлов путем задания всего одного сетевого адреса, а в таблицах маршрутизации в этом слу­чае требуется лишь одна запись 192.168.10.0 вместо всех 254 индивидуальных запи­сей для каждого узла в соответствии с правилами консорциума программного обес­печения Internet (Internet Software Consortium) (www. isc. org). Этот процесс груп­пировки адресов необходим для осуществлении маршрутизации.

Маршрутизация является функцией 3-го уровня эталонной модели OSI. Она функционирует как иерархическая организационная схема, позволяющая группиро­вать индивидуальные адреса и обращаться с ними как с единым целым до тех пор, пока не потребуется индивидуальный адрес для окончательной доставки данных. Маршрутизация представляет собой процесс нахождения наиболее эффективного маршрута от одного устройства до другого, как показано на рис. 20.9. Главным уст­ройством, обеспечивающим этот процесс, является маршрутизатор.

Маршрутизатор выполняет две основные функции, описанные ниже.

• Поддержка таблиц маршрутизации и надежное уведомление других маршру­тизаторов об изменениях в сетевой топологии. Эта функция выполняется с использованием протоколов маршрутизации, которые передают информацию об изменениях в сети другим маршрутизаторам.

• При поступлении пакетов на интерфейс маршрутизатор должен использовать таблицу маршрутизации для определения места, в которое следует переслать пакет. Он пересылает их на соответствующие интерфейсы, преобразует во фреймы данного интерфейса, а затем реально пересылает фрейм.

Маршрутизатор является устройством сетевого уровня, которое использует одну или несколько метрик маршрутизации для определения оптимального маршрута, по которому будут пересылаться данные. Метрика маршрутизации представляет собой значение, характеризующее желательность конкретного маршрута, как показано на рис. 20.10, для вычисления метрики протоколы маршрутизации используют различ­ные комбинации критериев.

Для определения наилучшего маршрута в объединенной сети используются в раз­личных комбинациях такие параметры, как количество переходов, задержка, надеж­ность, нагрузка в сети и стоимость каналов. Маршрутизаторы соединяют между собой сетевые сегменты или целые сети. Передача фреймов данных осуществляется на осно­ве информации 3-го уровня. Маршрутизаторы принимают логические решения отно­сительно наилучшего маршрута передачи данных по объединенной сети, а затем пере­сылают пакеты на соответствующий выходной порт для инкапсуляции и последующей передачи. Процессы инкапсуляции и обратный процесс, который можно назвать де- капсуляцией, происходят при каждом прохождении пакета через маршрутизатор, как показано на рис. 20.11. Передача данных от одного устройства к другому включает в себя инкапсуляцию и декапсуляцию. Под инкапсуляцией понимается разбиение по­тока данных на сегменты, добавление соответствующих заголовков и трейлеров и по­следующую передачу данных.

Декапсуляция представляет собой противоположный процесс: удаление заголов­ков и трейлеров с последующим объединением данных в один поток. Маршрутиза­торы получают фреймы от LAN-устройств (например, от рабочих станций) и, на ос­нове информации 3-го уровня, пересылают их по сети.

В настоящем разделе основное внимание уделяется наиболее часто используемо­му маршрутизируемому протоколу — протоколу IP. Хотя обсуждение в основном касается протокола IP, следует знать о том, что существуют и другие маршрутизи­руемые протоколы (например, IPX/SPX и AppleTalk).

Такие протоколы, как IP, IPX/SPX и AppleTalk обеспечивают поддержку 3-го уров­ня и, следовательно, являются маршрутизируемыми протоколами. Однако некоторые протоколы не поддерживают 3-й уровень и классифицируются как немаршрутизируе- мые протоколы. Наиболее известным из таких немаршрутизируемых протоколов явля­ется протокол NetBEUI. NetBEUI представляет собой простой, быстрый и эффектив­ный протокол, применение которого, однако, ограничено одним сегментом сети.