2.5.2 Маршрутизація пряма й непряма. Правила маршрутизації

Раніше зазначалося, що однією з основних функцій IP-протоколу є адресація. IP-протокол використовує адреси, розміщені в IP-заголовку, для передачі IP-датаграм їх одержувачам. Вибір шляху передачі даних називається маршрутизацією.

Центральною частиною протоколу IP є його таблиця маршрутів. Протокол використовує цю таблицю при прийнятті всіх рішень про маршрутизацію IP-пакетів. Зміст таблиці маршрутів визначається адміністратором мережі. Помилки при встановленні маршрутів можуть заблокувати передачу даних.

Щоб зрозуміти техніку міжмережної взаємодії, потрібно зрозуміти те, як використовується таблиця маршрутів.

Пряма маршрутизація

Розглянемо невелику IP-мережу (рис. 8), що складається з 3 машин: A, B і C. Кожна машина має такий самий стек протоколів TCP/IP, як показано на рисунку 4. Кожен мережний адаптер цих машин має свою Ethernet-адресу. Менеджер мережі повинен привласнити машинам унікальні IP-адреси.

Рисунок 8 – Проста IP-мережа

Коли A посилає IP-пакет B, то заголовок IP-пакета містить у полі відправника IP-адресу вузла A, а заголовок Ethernet-кадру містить у полі відправника Ethernet-адресу A. Крім цього, IP-заголовок містить у полі одержувача IP-адресу вузла B, а Ethernet-заголовок містить у полі одержувача Ethernet-адресу B. Наприклад, адреси в Ethernet-кадрі, що передає IP-пакет від A до B, мають такий вигляд:

Адреса	Відправник	Одержувач
IP-заголовок Ethernet-заголовок	A A	B B

У цьому простому прикладі протокол IP є надмірністю, що мало чого додає до послуг, які надаються мережею Ethernet. Однак протокол IP вимагає додаткових витрат на створення, передачу й обробку IP-заголовка. Коли в машині B модуль IP одержує IP-пакет від машини A, він порівнює IP-адресу місця призначення зі своєю і, якщо адреси збігаються, передає датаграму протоколу верхнього рівня. У цьому випадку при взаємодії A з B використовується пряма маршрутизація.

Непряма маршрутизація

На рисунку 9 представлена більш реалістична картина мережі Інтернет. У цьому випадку мережа Інтернет складається із трьох мереж Ethernet, на базі яких працюють три IP-мережі, об'єднані шлюзом D. Кожна IP-мережа включає чотири машини; кожна машина має свої власні IP- і Ethernet-адреси.

Рисунок 9 – Мережа Інтернет, що складається із трьох IP-мереж

За винятком D, всі машини мають стек протоколів, аналогічний показаному на рисунку 4. Шлюз D з'єднує всі три мережі, отже, має три IP-адреси та три Ethernet-адреси. Машина D має стек протоколів TCP/IP, що містить три модулі ARP і три драйвери Ethernet. Звернемо увагу на те, що машина D має тільки один модуль IP.

Менеджер мережі надає кожній мережі Ethernet унікальний номер, названий IP-номером мережі. На рисунку 9 IP-номери не зазначені, замість них використовуються імена мереж (IP-мережа #1, IP-мережа #2, IP-мережа #3).

Коли машина A посилає IP-пакет машині B, то процес передачі відбувається в межах однієї мережі. При всіх взаємодіях між машинами, підключеними до однієї IP-мережі, використовується пряма маршрутизація, що обговорювалася в попередньому прикладі.

Коли машина D взаємодіє з машиною A, то це пряма взаємодія. Коли машина D взаємодіє з машиною E, то це також пряма взаємодія. Коли машина D взаємодіє з машиною H – знову пряма взаємодія. Це здійснюється саме так, оскільки кожна пара цих машин належить одній IP-мережі.

Однак коли машина A взаємодіє з машинами, які об’єднані іншою IP-мережею, то взаємодія вже не буде прямою. Машина A повинна використати шлюз D для ретрансляції IP-пакетів в іншу IP-мережу. Така взаємодія називається непрямою.

Маршрутизація IP-пакетів виконується модулями IP та є прозорою для модулів TCP, UDP і прикладних процесів.

Якщо машина A посилає машині E IP-пакет, то IP-адреса й Ethernet-адреса відправника відповідають адресам A. IP-адреса місця призначення є адресою E, але оскільки модуль IP машини A посилає IP-пакет через D, Ethernet-адреса місця призначення є адресою D:

Адреса	Відправник	Одержувач
IP-заголовок Ethernet-заголовок	A A	E D

Модуль IP у машині D одержує IP-пакет і перевіряє IP-адресу місця призначення. Визначивши, що це не його IP-адреса, шлюз D посилає цей IP-пакет прямо до E, тобто Ethernet-кадр після шлюзу D буде мати такий вигляд:

Адреса	Відправник	Одержувач
IP-заголовок Ethernet-заголовок	A A	E Е

Отже, при прямій маршрутизації IP- і Ethernet-адреси відправника відповідають адресам того вузла, що послав IP-пакет, а IP- і Ethernet-адреси місця призначення відповідають адресам одержувача. При непрямій маршрутизації IP- і Ethernet-адреси не утворять таких пар.

У даному прикладі мережа Інтернет є дуже простою. Реальні мережі можуть бути набагато складнішими, тому що можуть містити кілька шлюзів і кілька типів фізичних середовищ передачі. У наведеному прикладі кілька мереж Ethernet поєднуються шлюзом для того, щоб локалізувати широкомовний трафік у кожній мережі.

Правила маршрутизації

1. Для IP-пакетів, які надійшли від модулів верхнього рівня для відправлення, модуль IP повинен визначити спосіб доставки – прямий або непрямий – і вибрати мережний інтерфейс. Цей вибір робиться на підставі результатів пошуку в таблиці маршрутів.

2. Для прийнятих IP-пакетів, що надходять від мережних драйверів, модуль IP повинен вирішити, чи потрібно ретранслювати IP-пакет по іншій мережі або передати його модулям верхнього рівня. Якщо модуль IP вирішить, що IP-пакет необхідно ретранслювати, то подальша робота з ним здійснюється так само, як з IP-пакетами, що відправляються (див. пункт 1).

3. Вхідний IP-пакет ніколи не ретранслюється через той самий мережний інтерфейс, яким він був прийнятий.

4. Рішення про маршрутизацію приймається до того, як IP-пакет передається мережному драйверу, і до того, як відбувається звертання до ARP-таблиці.