4.1.3. Принципы маршрутизации

Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация – передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети. Рассмотрим принципы маршрутизации на примере составной сети, представленной на рис.4.2 [1].

Рис.4.2. Пример составной сети

Здесь 20 маршрутизаторов объединяют 18 сетей S1, S2, …, S18 в общую сеть. Маршрутизатор может иметь разное число портов. Каждый его порт можно считать отдельным узлом сети, так как он имеет собственный сетевой адрес и собственный локальный адрес сети, подключенной этим портом. Например, маршрутизатор M1 подключает сети S1, S2 и S3, соответствующие порты имеют сетевые адреса M1(1), M1(2) и M1(3), а также локальные адреса (каждый в своей сети). Таким образом, маршрутизатор можно рассматривать как совокупность нескольких узлов, каждый из которых входит в свою сеть. Как единое устройство маршрутизатор не имеет ни отдельного сетевого адреса, ни какого-либо локального адреса.

В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет. Например, пакет, отправленный из узла A в узел B (рис.4.2), может иметь маршруты (М17, М12, М5, М4, М1), (М17, М13, М7, М6, М3) и другие. Задачу выбора маршрута решают маршрутизаторы и конечные узлы на основании информации о текущей конфигурации сети и критерия выбора маршрута. Обычный критерий – задержка прохождения маршрута отдельным пакетом или средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов. Самый простой критерий – число пройденных маршрутизаторов (число «хопов», от слова hop – прыжок).

Для выбора рационального маршрута каждый маршрутизатор и узел использует свою собственную таблицу маршрутизации. Ее пример для маршрутизатора M4 (рис.4.2) представлен в табл.6.

Таблица 6.

Номер сети назначения	Сетевой адрес следующего маршрутизатора	Сетевой адрес выходного порта	Расстояние до сети назначения
S1	M1(2)	M4(1)	1
S2	–	M4(1)	0 (подсоединена)
S3	M1(2)	M4(1)	1
S4	M2(1)	M4(1)	1
S5	–	M4(2)	0 (подсоединена)
S6	M2(1)	M4(1)	2
Default	M5(1)	M4(2)	–

Здесь таблица маршрутизации значительно упрощена по сравнению с реальными таблицами, не учитывает маски, состояние маршрута, время действия записей, но отражает главное. В табл.6 указаны далеко не все достижимые сети Si, иначе таблицы маршрутизации имели бы очень большое число записей и объем, что влияло бы на время их просмотра. Поэтому на практике число записей уменьшают, используя специальную запись «маршрутизатор по умолчанию» (Default). В таблице же описывают только необходимые сети: непосредственно подключенные или расположенные по близости, на тупиковых маршрутах. В нашем примере маршрутизатор по умолчанию – M5, точнее его порт M5(1). Это означает, что путь во все остальные (неописанные) сети проходит через него.

Некоторые сетевые протоколы допускают наличие нескольких записей для одной сети назначения. Тогда во внимание должен приниматься столбец «Расстояние…». Расстояние может измеряться хопами (табл.6) или другим способом и единицами, позволяющими учитывать критерий качества (время прохождения, надежность). Если маршрутизатор поддерживает несколько классов сервиса пакетов, то таблица составляется и применяется для каждого класса сервиса.

Наличие нескольких маршрутов делает возможной передачу трафика узлу параллельно по нескольким каналам связи, что повышает пропускную способность и надежность сети.

Задачу маршрутизации решают и конечные узлы. Узел-отправитель должен по номеру сети выявить необходимость передачи в другую сеть, иначе маршрутизация не требуется. Таблицы маршрутизации узлов аналогичны рассмотренной табл.6. Но они могут вообще не использоваться, если в сети имеется только один маршрутизатор или несколько (в целях экономии). Тогда узел использует только информацию Default.

Таблица маршрутизации для узла создается вручную администратором, а для маршрутизатора – автоматически [1, 5].