Схема IP-маршрутизации
Концентратор (HUB) – центральное устройство в топологии типа "звезда", функцией которого является передача пакета, принятого от одного компьютера в сети остальным. Разъемы для подключения сетевых кабелей носят название портов.
Коммутатор (Switch) – центральное устройство в топологии типа "звезда", функцией которого является передача пакета, принятого от одного компьютера определенному другому.
Повторитель (Repeater) – устройство, усиливающее и ретранслирующее сигнал в линии связи.
Шлюз (Gateway) – устройство (компьютер), имеющее два сетевых адаптера, и служащее для передачи данных между двумя несовместимыми сетями.
Шлюз – устройство, обеспечивающее соединение двух сетей (обычно с различными протоколами передачи информации либо разной средой передачи). В IP-сетях роль шлюза выполняет маршрутизатор, коммутирующий канал сети, к которому подключен ваш ПК с каналом интернета.
Маршрутизация – передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети.
Маршрут – последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до получателя (пункта назначения).
Маршрутизатор (Router) – устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основе пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения (в терминологии Internet маршрутизатор часто называют шлюзом (Gateway)).
Интернет – это комбинация сетей, соединяемых с помощью маршрутизаторов. Когда пакет (дейтаграмма) идет от источника к пункту назначения, он (она), вероятнее всего, проходит много маршрутизаторов, пока достигает маршрутизатора, закрепленного за сетью пункта назначения. Маршрутизатор получает пакет от одной сети и передает его другой сети. Маршрутизатор обычно закрепляется за несколькими сетями. Когда маршрутизатор получает пакет, он должен решить две задачи:
какой сети он должен его передать;
по какому пути.
Последнее решение основано на выборе оптимального пути. Какой доступный путь является оптимальным путем, обычно определяется метрикой. Метрика – это условная стоимость передачи по сети. Полное измерение конкретного маршрута равно сумме метрик сетей, которые включают в себя маршрут. Маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшей метрикой. Метрика назначается для каждой сети в зависимости от типа протокола.
Рассмотрим механизм IP-маршрутизации на примере составной сети, представленной на рисунке. В этой сети 7 маршрутизаторов объединяют 5 сетей в общую сеть. На каждом маршрутизаторе и конечных узлах установлены протоколы IP.
Маршрутизаторы имеют по несколько интерфейсов (портов), к которым присоединяются сети. Каждый интерфейс (порт) маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он имеет сетевой адрес и локальный адрес в той подсети, которая к нему подключена. Например, маршрутизатор R1 имеет два интерфейса, к которым подключены сети 198.21.17.0 и 213.34.12.0. Порт 198.21.17.5 является узлом сети 198.21.17.0, а порт 213.34.12.3 является узлом сети 213.34.12.0. Т.о. маршрутизатор можно рассматривать как совокупность нескольких узлов, каждый из которых входит в свою сеть. Как единое устройство маршрутизатор не имеет ни отдельного сетевого, ни локального адреса.
В сложных составных сетях почти всегда существуют несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Так пакет, отправленный из узла A (сеть 198.21.17.0) в узел B (сеть 213.34.12.0) может пройти через маршрутизатор R1 или через маршрутизаторы R3, R4, R7.
Задачу выбора маршрута из нескольких возможных вариантов решают маршрутизаторы и конечные узлы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети, а также на основании критерия выбора маршрута. В качестве критерия часто выступает задержка прохождения маршрута отдельным пакетом, средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов или наиболее простые критерий, учитывающий только количество пройденных в маршруте промежуточных маршрутизаторов (ретрансляционных участков или хопов). Полученная в результате анализа информация о маршрутах дальнейшего следования пакетов помещается в таблицу маршрутизации.
В простейшем случае таблица маршрутизации содержит:
адрес сети назначения (адреса назначения пакетов);
сетевой адрес следующего маршрутизатора (точнее сетевой адрес интерфейса следующего маршрутизатора), на который надо направить пакет, чтобы тот передвигался по направлению к заданному адресу по рациональному маршруту;
адрес порта (сетевой адрес выходного интерфейса), на который нужно направить пакет.
Упрощенная таблица маршрутизации маршрутизатора R1 выглядит следующим образом.
Адрес сети назначения |
Адрес следующего маршрутизатора |
Адрес выходного интерфейса |
Расстояние до сети назначения |
56.0.0.0 |
213.34.12.4 |
213.34.12.3 |
3 |
116.0.0.0 |
213.34.12.4 |
213.34.12.3 |
3 |
129.13.0.0 |
198.21.17.6 |
198.21.17.5 |
1 |
198.21.17.0 |
198.21.17.5 |
198.21.17.5 |
0 |
213.34.12.0 |
213.34.12.3 |
213.34.12.3 |
0 |
Маршрут по умолчанию |
198.21.17.7 |
198.21.17.5 |
– |
Структура реальных таблиц маршрутизаторов стека TCP/IP в целом соответствует структуре упрощенной таблицы, однако в общем случае зависит от конкретного сетевого оборудования.
Источники записей в таблице маршрутизации
Практически для всех маршрутизаторов существует три основных источника появления записи в таблице.
Первым источником записей в таблицу маршрутизации является программное обеспечение стека TCP/IP, которое при инициализации маршрутизатора автоматически заносит в таблицу несколько записей, в результате чего создается так называемая минимальная таблица маршрутизации. Программное обеспечение формирует записи о непосредственно подключенных сетях и маршрутах по умолчанию, информация о которых появляется в стеке при ручном конфигурировании интерфейсов компьютера или маршрутизатора. Программное обеспечение также автоматически заносит в таблицу маршрутизации записи об адресах особого назначения.
Вторым источником записей в таблице является администратор, непосредственно формирующий записи вручную с помощью некоторых системных утилит (в программных маршрутизаторах). В аппаратных маршрутизаторах также всегда имеется команда для ручного задания записей таблицы маршрутизации. Заданные вручную записи всегда являются статическими, т.е. они не имеют срока жизни. Эти записи могут быть как постоянными, т.е. сохраняющимися при перезагрузке маршрутизатора, так и временными, хранящимися в таблице только до выключения устройства. Часто администратор вручную заносит запись о маршруте по умолчанию. Таким же образом в таблицу маршрутизации может быть внесена запись о специфическом для узла маршруте.
Третьим источником записей могут быть протоколы маршрутизации, такие как RIP или OSPF. Такие записи всегда являются динамическими, т.е. имеют ограниченный срок жизни.
Протоколы маршрутизации Внутренняя и внешняя маршрутизация
Сегодня Интернет — громадная сеть, так что один протокол маршрутизации не может обрабатывать задачу обновления таблиц всех маршрутизаторов. По этой причине Интернет разделяется на автономные системы. Автономная система (Autonomous System – AS) — группа сетей и маршрутизаторов под управлением одного администратора. Маршрутизация внутри автономной системы отнесена к внутренней маршрутизации. Маршрутизация между автономными системами отнесена к внешней маршрутизации.
При автоматическом построении таблиц маршрутизации все маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии сети в соответствии со специальными служебными протоколами. Соответственно протоколы маршрутизации делятся на внешние (Exterior Gateway Protocol, EGP – внешний шлюзовый протокол) и внутренние (Interior Gateway Protocol, IGP – внутренний шлюзовый протокол). Внешние протоколы переносят маршрутную информацию между автономными системами, а внутренние применяются только в пределах определенной автономной системы.
//В данном разделе термины "шлюз" и "маршрутизатор" используются как синонимы.//
Каждая автономная система может выбрать протокол внутренней маршрутизации для того, чтобы обрабатывать маршрутизацию внутри автономной системы. Однако для обработки маршрутизации между автономными системами выбирается только один протокол маршрутизации.
Разработано несколько внутренних и внешних протоколов. Наиболее популярных из них: внутренние шлюзовые протоколы (IGP) — RIP и OSPF, внешний шлюзовый протокол (EGP) — BGP.
RIP и OSPF используются для обновления таблиц маршрутизации внутри автономной системы. Протокол BGP применяется в обновлении таблиц маршрутизации для маршрутизаторов, которые объединяют вместе автономные системы.