6. Об’єднані мережі

6.1. Загальні принципи побудови об’єднаних мереж

Об’єднана мережа передавання даних (ОМПД)) – це сукупність декількох комп’ютерних мереж передавання даних, об’єднаних маршрутизаторами. Таку мережу ще називають великою, складеною або internet-мережею. Приклад структури об’єднаної мережі наведений на рис. 6.1. Як видно з наведеної структури, до складу об’єднаної мережі входять побудовані за різними технологіями локальні та глобальні мережі, об’єднані за допомогою маршрутизаторів. Маршрутизатор – це комунікаційний пристрій, який підтримує протоколи мережевого рівня і призначений для об’єднання комп’ютерних мереж, побудованих за різними технологіями.

Мережевий рівень забезпечує вибір маршруту передавання даних між кінцевими вузлами різних КМ. Маршрут – це послідовність портів маршрутизаторів, які повинен пройти пакет від джерела до адресата. Сам маршрутизатор адреси не має, а кожний порт маршрутизатора має числову адресу і локальну адресу тієї мережі, до складу якої він входить. Тип і формат числових адрес залежить від стеку комунікаційних протоколів, який використовується в об’єднаній мережі. Здебільшого числові адреси складаються з номера мережі, в якій знаходиться адресат, та номера кінцевого вузла в цій мережі.

Пакетом називається потік даних з вищих рівнів, упакований мережним рівнем у певний формат і доповнений службовою інформацією. Службова інформація містить, як правило, номер пакету, час його життя та числові адреси джерела і одержувача пакету, на основі яких вибирається маршрут просування пакету між маршрутизаторами.

Маршрут пакету вибирається кінцевими вузлами і маршрутизаторами на основі аналізу таблиць маршрутизації (ТМ), які можуть будуватися адміністратором вручну, або автоматично протоколами маршрутизації. Протоколи маршрутизації генерують і передають по мережі службові кадри, призначенні для збору інформації про структуру мережі і побудови на її основі таблиць маршрутизації. Мережеві протоколи на основі аналізу ТМ вибирають маршрут і забезпечують передачу пакетів даних між кінцевими вузлами. Протоколи маршрутизації і мережеві протоколи реалізуються відповідними програмними модулями, які містяться як на кінцевих (комп’ютерах), так і на проміжних (маршрутизаторах) вузлах мережі.

Як видно із приведеної схеми, від джерела повідомлення абонента РС1 до адресата РС2 може просуватися різними маршрутами (наприклад, М1, М2 і М7, або М3, М9 і М7 і т.п.). Мало того, різні пакети одного і того ж повідомлення можуть проходити до адресата за різними маршрутами. Вибір маршрутизаторами оптимального маршруту проходження пакету до адресата залежить від багатьох факторів, в тому числі і від завантаженості каналів зв’язку. Деякі з них будуть розглянуті нижче.

6.2. Функції маршрутизаторів

Маршрутизатор (router), який зв’язує окремі різнорідні мережі передавання даних в одну об’єднану мережу виконує декілька важливих функцій. Основною функцією маршрутизотора є побудова ТМ та вибір на основі її аналізу оптимального маршруту просування пакету в мережі. В таблицях маршрутизації можуть вказуватися як основні, так і резервні шляхи доступу до кінцевого вузла та їх характеристики. Крім функції вибору оптимального маршруту маршрутизатори виконують цілий ряд інших, найбільш важливими з яких є функції буферизації, фільтрації, інкапсуляції та фрагментизації пакетів і підтримка мережевих інтерфейсів. При цьому важливою характеристикою маршрутизатора є швидкість виконання цих функцій.

Сучасний маршрутизатор є, по суті, потужним спеціалізованим комп’ютером з декількома високошвидкісними процесорами, які працюють під керівництвом операційної системи реального часу. Функції маршрутизатора може також виконувати виділений комп’ютер, який має декілька мережевих адаптерів для під’єднання до локальних мереж, або портів з апаратурою передавання даних для під’єднання до глобальних мереж передавання даних.

До важливих характеристик маршрутизатора відносяться:

а) число мережевих протоколів і протоколів маршрутизації, які він підтримує;

б) число інтерфейсів локальних і глобальних мереж, які він обслуговує;

в) загальна продуктивність маршрутизотора, яка становить від декількох десятків тисяч до декількох мільонів пакетів в секунду.

Функції маршрутизатора у відповідності з моделлю взаємодії відкритих систем OSІ виконуються трьома рівнями: мережевим, канальним та фізичним.

Функціональну модель маршрутизатора розглянемо на прикладі схеми, наведеної на рис.6.2.

Рівень мережевих інтерфейсів приведеної схеми забезпечує фізичний інтерфейс з середовищем передачі однієї глобальної (Frame relay ) і двох локальних (Ethernet i Fast Ethrnet) мереж. Фізичний та канальний рівні, які визначають мережеві інтерфейси маршрутизатора, забезпечують його зв’язок з фізичним середовищем мережі, прийом електричних сигналів з лінії зв’язку, виконують логічне та лінійне кодування сигналів, формування кадру та перевірку його контрольної суми. Після опрацювання кадру відповідними протоколами нижніх рівнів та відкидання службової інформації цих рівнів коректний кадр передається мережевому рівню.

Протоколи мережевого рівня в свою чергу аналізують службову інформацію, яка міститься в кадрі, виконують фільтрацію згідно з заданими адміністратором мережі критеріями. При високій інтенсивності поступлення пакетів вони ставляться в чергу для подальшого їх опрацювання.

Мережевий протокол на основі аналізу адреси отримувача пакету та ТМ маршрутизатора визначає номер вихідного порта, в який необхідно направити пакет. Протокол дозволу адрес перетворює мережеву адресу наступного маршрутизатора у локальну адресу тієї технології, мережі якої належить вихідний порт маршрутизатора. Сформований пакет із номером вихідного порта та локальною адресою вхідного порта наступного маршрутизатора передається на нижні рівні маршрутизатора, де він інкапсулюється в кадр відповідного формату і передається у фізичне середовище наступної мережі.

Протоколи маршрутизації мережевого рівня маршрутизатора відповідають за збирання інформації про структуру об’єднаної мережі та побудову таблиць маршрутизації. Маршрутизатори з двома портами маршрутних таблиць, як правило, не будують. В таких маршрутизаторах пакет, який поступає на один з портів передається на інший порт. Маршрутизатори, які володіють трьома і більше портами, використовують здебільшого протоколи адаптивної однокровної маршрутизації.