Основная работа по составлению таблиц маршрутизации выполняется автоматически с помощью протоколов маршрутизации, которые обмениваются пакетами с информацией о топологии составной сети. Предусматривается также и ручная корректировка таблиц. При обмене маршрутной информацией пакеты протокола маршрутизации помещаются в поле данных пакетов сетевого уровня, или даже транспортного, поэтому формально их следовало бы относить к более высокому уровню, чем сетевой.

Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц маршрутизации, выбора наилучшего маршрута и другими особенностями.

Эти протоколы делятся на следующие группы:

1. С одношаговыми алгоритмами маршрутизации. В них маршрутизация выполняется по распределенной схеме. Каждый маршрутизатор выбирает один шаг маршрута, а конечный маршрут складывается в результате работы всех маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

2. С маршрутизацией от источника (Sonra Routing). Это многошаговый подход. Узел-источник задает в отправляемом пакете полный маршрут, через все промежуточные узлы. При таком подходе не нужны таблицы маршрутизации для промежуточных узлов, их работа ускоряется, но возрастает нагрузка на конечные узлы. Этот способ трудно применять в больших сетях.

Одношаговые алгоритмы в зависимости от способа формирования таблиц делятся на три класса:

1. Алгоритмы фиксированной (статической) маршрутизации.

2. Алгоритмы простой маршрутизации.

3. Алгоритмы адаптивной (или динамической) маршрутизации.

В алгоритмах фиксированной маршрутизации все записи – статические и делаются вручную администратором сети. Алгоритм подходит для небольших сетей с простой топологией, а также для магистралей крупных сетей, которые имеют простую структуру.

В алгоритмах простой маршрутизации таблица маршрутизации либо не используется совсем, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Выделяют три типа простой маршрутизации:

1. Случайная маршрутизация , когда прибывший пакет посылается в первом попавшемся случайном направлении, кроме исходного направления (аналогично обработке кадров с неизвестным адресом);

2. Лавинная маршрутизация, когда пакет широковещательно посылается по всем возможным направлениям, кроме исходного направления (аналогично обработке мостами кадров с неизвестным адресом);

3. Маршрутизация по предыдущему опыту, когда выбор маршрута осуществляется по таблице, но таблица строится по принципу моста, путем анализа адресных полей пакетов, появляющихся на входных портах.

Все описанные алгоритмы не подходят для больших сетей.

Самыми распространенными являются алгоритмы адаптивной (или динамической ) маршрутизации . Эти алгоритмы обеспечивают автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети. В таблицах маршрутизации при использовании таких алгоритмов обычно определяется время жизни маршрута.

Адаптивные алгоритмы обычно носят распределенный характер, хотя в последнее время наметилась тенденция использовать так называемые серверы маршрутов. Сервер маршрутов собирает информацию, а затем раздает ее по запросам маршрутизаторам, которые освобождаются в этом случае от функции создания таблиц маршрутизации, либо создают только части этих таблиц. Появились специальные протоколы взаимодействия маршрутизаторов с серверами маршрутов, например, NHRP (Next Hop Resolution Protocol).

Адаптивные протоколы в свою очередь делятся на:

1. Дистанционно-векторные алгоритмы (Distance Vector Algorithms – DVA)

2. Алгоритмы состояния связей (Link State Algorithms – LSA)

В дистанционно-векторных алгоритмах каждый маршрутизатор периодически (через определенные промежутки времени) широковещательно рассылает по сети вектор (экземпляр своей таблицы), компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов, которые необходимо пройти (хопов). Возможна и другая метрика – учет не только числа промежуточных маршрутизаторов, но и времени прохождения пакетов по сети между соседними маршрутизаторами. При получении вектора от соседа маршрутизатор прибавляет к расстояниям до указанных в векторе сетей расстояние от него самого до данного соседа. Если в его таблице еще нет маршрутов до указанных в векторе сетей, маршрутизатор добавляет новые записи в свою таблицу. Если маршруты до каких – то сетей уже есть в таблице данного маршрутизатора, он сравнивает показатели метрики старого и нового маршрута, и либо заменяет старую запись на новую (показатель нового маршрута лучше), либо игнорирует новый маршрут и оставляет старую запись. После этого маршрутизатор формирует новый вектор, в котором указывает информацию об известных ему сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из объявлений других маршрутизаторов, и рассылает новый вектор по сети. В конце концов, каждый маршрутизатор получает информацию обо всех входящих в интерсеть сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.

Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения топологии сети не всегда корректно обрабатываются этим алгоритмом, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии сети, аналогично мостам.

Наиболее распространенный протокол описанного типа – RIP, существующий в версиях для протоколов IP и IPX.

Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного топологического графа сети. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети. Распространяемая по сети информация состоит из описания связей между вершинами графа – маршрутизатор-маршрутизатор или маршрутизатор - сеть.

Все маршруты работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации сети. «Широковещательная» рассылка (то есть передача пакетов всем непосредственным соседям маршрутизатора) используется здесь только в начальной фазе обмена информацией и при изменениях состояния связей, что в надежных сетях происходит довольно редко.

Чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами HELLO со своими ближайшими соседями. Этот служебный трафик также засоряет сеть, но не в такой степени, как, например, пакеты протокола RIP, так как пакеты HELLO имеют намного меньший объем.

Протоколы, использующие алгоритм состояния сетей – это OSPF (Open Shortest Path First) стека TCP/IP, IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) стека OSI, и недавно реализованный протокол NLSP стека Novell.

Протоколы маршрутизации предназначены для сбора данных о топологиях межсетевых соединений. Главная задача маршрутизации, или, по-другому, подбора наиболее оптимального маршрута, обычно решается с помощью анализа особых таблиц, которые размещены во всех конечных сетевых узлах и маршрутизаторах.

Для того чтобы автоматически построить требуемые таблицы, маршрутизаторы меняются друг с другом определенной информацией с помощью специально предназначенных служебных протоколов, они и имеют название «протоколы маршрутизации». К ним относятся протоколы NLSP, RIP, OSPF, которые нужно отличать от сетевых, например, таких, как IP.

С помощью соответствующих протоколов маршрутизаторы постепенно составляют карту сетевых связей. Уже на основании этих данных для каждого из номеров сети принимается решение, какому конкретно маршрутизатору необходимо передавать пакеты, которые направляются в эту сеть, чтобы маршрут в итоге оказался наиболее рациональным. Результаты принятых решений записываются в таблицу маршрутизации. Когда конфигурации сети изменяются, некоторые записи автоматически становятся недействительными. Тогда пакеты, которые отправлены по ложным маршрутам, могут потеряться или зациклиться. От того, как быстро протоколы машрутизации приводят содержимое таблицы к реальному положению в сети, напрямую зависит качество работы таковой.

Протоколы маршрутизации имеют несколько классификаций. Они могут быть как одношаговыми, так и многошаговыми, статическими, динамическими, классовыми, бесклассовыми. Кроме того, такие протоколы могут быть внешними и внутренними. В одношаговых при выборе наиболее рационального маршрута изначально определяется только ближний маршрутизатор, а не вся их последовательность. Статические маршруты заносятся вручную. Обычно их используют в небольших сетях, которые отличаются простой и понятной структурой. Плюсом, естественно, является легкость настройки, отсутствие каких-либо потерь трафика на передачу информации о маршрутизации и низкие требования к ресурсам. Но если происходят изменения в конфигурации сети, приходится менять таблицу маршрутизации на всех хостах вручную. Однако большую популярность имеют протоколы динамической маршрутизации.

Протокол BGP - один из основных протоколов маршрутизации в Интернете. Он предназначен для обмена данными о маршрутах между большими автономными системами, поэтому, кроме стандартной информации, переносит данные о маршрутах именно на Протокол BGP выбирает наилучший маршрут исходя из правил, которые приняты в сети, и не использует в своей работе технические метрики. Также использует суммирование маршрутов для того, чтобы уменьшить таблицы маршрутизации. На данный момент действует четвертая версия протокола.

OSPF также является достаточно популярным динамическим протоколом. Он основан на технологии, которая отслеживает состояние канала и использует для своей работы К его преимуществам относится высокая скорость сходимости, наиболее рациональное использование пропускной способности и поддержка переменной длинны.

RIP-протокол - один из самых старых, который, однако, достаточно широко распространен и по сей день. Он используется в маленьких сетях с простой структурой. Протокол прост в эксплуатации и установке. В основе его работы лежат алгоритмы вектора расстояний. При использовании RIP все записи в таблицах маршрутизации содержат либо адрес сети, либо хоста получателя.

Протоколы маршрутизации достаточно разнообразны, их насчитывается большое количество, и каждый имеет как свои достоинства, так и негативные стороны.

Протоколы маршрутизации - раздел Компьютеры, Типы компьютерных сетей Задача Маршрутизации Решается На Основе Таблицы Маршрутизации...

Задача маршрутизации решается на основе таблицы маршрутизации, размещаемой на всех маршрутизаторах и всех конечных узлах сети. Основная работа по созданию этих таблиц выполняется автоматически. Для этого способа построения таблиц маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии составной сети в соответствии со специальным служебным протоколом (протоклы маршрутизации или маршрутизирующие протоколы). Пример – RIP (Routing Information Protocol , протокол информации о доступных маршрутах, работающих в соответствии с алгоритмом дистанционно-векторного типа) и OSPF (Open Shortest Path First, приоритет выбора кротчайшего пути).

Указанные протоколы маршрутизации следует отличать от собственно протокола сетевого уровня модели OSI для стека TCP/IP – IP. Протокол IP, выполняя функции сетевого уровня модели OSI, принимает участие в доставке пакетов адресату через разнородную составную сеть. Если протоколы маршрутизации RIP и OSPF собирают и передают по сети сугубо служебную информацию, то IP передает пользовательские данные, как протоколы канального уровня. Протоколы маршрутизации используют сетевой уровень протокола IP как транспортное средство.

Использование транспортных таблиц является тем общим, что есть у маршрутизаторов, что есть у мостов и коммутаторов, однако природа у них различна. Вместо MAC-адресов в таблицах маршрутизации указываются номера (адреса) сетей для TCP/IP это IP-адреса сетей, которые соединяются в составную сеть. Отличием для этих таблиц является их создание. Мост строит свою таблицу, пассивно наблюдая за проходящими через него информационными кадрами, которые посылают конечные узлы сети друг другу (такой же способ построения и у коммутаторов). В отличии от них, маршрутизаторы по своей инициативе обмениваются специальными служебными пакетами, сообщая соседям об известным им сетях в интерсети, маршрутизаторах.

С помощью протоколов маршрутизации маршрутизаторы составляют карту связей сетей. На основании этих кадров для каждого узла сети принимается решение о том, какому следующему маршрутизатору необходимо передать пакет, направляемый в эту сеть, чтобы маршрут оказался рациональным. Результаты этих решений заносят в таблицу маршрутизации. При изменении конфигурации составной сети некоторые записи в таблице становятся не действительными, в это случае пакеты могут зацикливаться и теряться. На сколько быстро протокол маршрутизации приводит в соответствие содержимое таблицы реальному состоянию составной сети зависит ее качество работы.

Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов. Особенность рассмотренных выше примеров заключалась в том, что каждый маршрутизатор является ответственным за выбор только одного шага маршрута, а окончательный маршрут складывается из работ всех маршрутизаторов через которые проходит данный пакет. Такой алгоритм маршрутизации называют одношаговым. В случае многошагового подхода маршрутизация осуществляется от источника (source routing ). При использовании такого подхода узел-источник задает в отправляемом в составную сеть пакете полный маршрут следования через все промежуточные маршрутизаторы. В этом случае нет необходимости строить и анализировать таблицы маршрутизации, что ускоряет прохождение пакета по составной сети, разгружает маршрутизаторы, но при этом большая нагрузка ложится на конечные узлы. Приведенная схема многошагового подхода в составных сетях применяется гораздо реже, чем одношаговая маршрутизация. Все одношаговые алгоритмы маршрутизации делятся на 3 класса:

1. алгоритмы фиксированной (статической) маршрутизации;

2. алгоритмы простой маршрутизации;

3. алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации.

В алгоритмах фиксированной маршрутизации все записи в таблице маршрутизации являются статическими. Администратор сети сам решает на какие маршрутизаторы требуется передавать пакеты с теми или иными адресами пунктов назначения и при этом вручную с помощью утилиты route (для UNIX-подобных сетевых ОС и Windows) заносит соответствующие записи в таблицу маршрутизации. Таблица как правило создается в процессе загрузки и остается без изменений до ее ручной корректировки (причинами такой корректировки могут быть, например, отказ одного маршрутизатора сети или когда его функции необходимо возложить на другой маршрутизатор). Различают одномаршрутные (для любого адреса сети назначения задается всегда один путь) и многомаршрутные таблицы (может быть определено несколько путей для каждого адресата). Для крайнего случая должно быть задано правило для выбора одного из указанных маршрутов. Чаще всего – один путь основной, остальные – резервные. Рассматриваемый алгоритм маршрутизации приемлем в небольших сетях с простой топологией (в силу большого количества рутинных операций для сетевого администратора). В алгоритмах простой маршрутизации таблица маршрутизации либо совсем не используется либо строится без участия протоколов маршрутизации. Выделяют 3 типа простой маршрутизации:

1. Случайная маршрутизация (прибывший пакет посылается в первом попавшим в случайном направлении кроме исходного);

2. Лавинная маршрутизация (пакеты широковещательно посылаются по всем возможным направлениям кроме исходного (здесь просматривается аналогия с мостами и коммутаторами кадров в режиме самообучения мостов и коммутаторов при отсутствии в таблице MAC-адреса узла назначения));

3. Маршрутизация по предыдущему опыту (выбор маршрута осуществляется по таблице, но при этом таблица строится по принципу моста или коммутатора путем анализа адресных полей пакетов, появляющихся на входных портах);

На сегодняшний день самыми распространенными являются алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации. Эти алгоритмы обеспечивают автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации составных сетей. Протоколы, которые построены на основе адаптивных алгоритмов позволяют всем маршрутизаторам собирать всю информацию о топологии связи в составной сети. Оперативно отрабатывать все изменения конфигурации этих связей. В таблицах маршрутизации при адаптивной маршрутизации указывается информация об интервале времени, в течении которого данный маршрут будет действительным, это время называют временем жизни маршрута (TTL , Time To Live). Все адаптивные протоколы маршрутизации должны отвечать следующим требованиям:

1. Должны обеспечивать рациональность маршрута продвижения пакета (здесь речь не идет об оптимальности маршрута)

2. Адаптивные алгоритмы не должны требовать слишком большого объема вычислений и порождать интенсивный служебный траффик.

3. Адаптивные алгоритмы должны обладать свойством сходимости

4. Всегда приводить к однозначному результату за приемлемое время

Все адаптивные протоколы построенные на адаптивных алгоритмах обмена маршрутной информацией делятся на 2 группы: дистанционно-векторные алгоритмы (Distance Vector Algorithms, DVA) и алгоритмы состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

В алгоритмах DVA каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по составной сети вектор, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Здесь под расстоянием понимается число хопов. При этом возможна и другая метрика: учитывается, на ряду с числом хопов, время, за которое пакет проходит между сетями. При получении векторов от соседа маршрутизатор наращивает расстояние до указанных в векторе сетей на расстояние до данного соседа. Получив вектор от соседнего маршрутизатора каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (т.е. подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, и далее рассылает значение вектора по составной сети. В конце концов каждый маршрутизатор узнает информацию обо всех имеющихся в составной сети сетях и о расстояниях через соседние маршрутизаторы. Алгоритмы DVA хорошо работают только в небольших составных сетях. Работа маршрутизатора в соответствии с DVA напоминает работу моста, поскольку точной топологической картины всей составной сети такой маршрутизатор не имеет. Наиболее распространенным протоколом из TCP/IP работа которого основана на DVA является протокол RIP, который работает совместно с протоколом IP, используя его как транспорт.

Алгоритм состояния связей (LSA) обеспечивает каждый маршрутизатор информацией, которая является достаточной для построения точного графа связей составной сети. При этом все маршрутизаторы работают на принципе одинаковых графов. Это делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменению конфигурации. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети. Распространяемая по сети (составной сети) информация состоит из описания связей типов: маршрутизатор-маршрутизатор, маршрутизатор-сеть. Чтобы понять в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами («HELLO») со своими ближайшими соседями. Несомненно, что эти пакеты являясь служебным траффиком, засоряют составную сеть, но не в такой степени как RIP-пакеты, поскольку пакеты «HELLO» имеют куда меньший объем. Примером протокола маршрутизации из TCP/IP, работа которого основана на использовании алгоритма состояния связей (LSA) является протокол OSPF

Типы компьютерных сетей
Сеть – соединение между двумя или более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы. Здесь под ресурсами понимаются хранящиеся в компьютере файлы или подключенные к нему устройст

Стандартизация в компьютерных сетях
Суть сети заключается в соединении различного оборудования. В этой ситуации вопросы совместимости этого оборудования являются наиболее важными. В перечень этих вопросов входит: согл

Сетевые топологии
Под физической топологией вычислительной сети понимается конфигурация соединительных устройств в сети и подключенных узлов. Компьютеры (иногда и другое оборудование вроде концентрат

Сетевые протоколы физического и канального уровней OSI
Мир сетей обязан своим успехом развитию стандартов, а в частности тех стандартов, разработанных международным институтом по электричеству и технологии IEEE (Institute of Electrical

Стандарт IEEE 802.3 и строение сетей Ethernet
Стандарт IEEE 802.3 реализован в таком числе вариантов, что для их различия была введена система обозначений – название спецификаций стандарта состоит из 3 частей: 1. Число

Стандарт 10BASE5
………………………………. Узел сети (рабочая станция/сервер) подключается к толстому коаксиалу RJ-11/RJ-8 при помощи приемо-передатчика – трансивера. Трансивер устанавливается непосре

Стандарт 10Base2
Указанный стандарт использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89мм и внешним диаметром 5мм (0,5дюйма – «тонкий» Ethernet).

Стандарт 10BaseT
Сети 10BaseT используют в качестве среды передачи две не экранированные витые пары. Unshielded Twisted Pair, UTP, много парный витой кабель на основе витой пары медный, в отличие от

Физический уровень технологии Token Ring
Стандарт Token Ring фирмы IBM предусматривает построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU (Multistation Access Unit), т.е. устройствами многостанционного доступа. В общ

Физический уровень технологии Fast Ethernet.
Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Подуровни MAC и LLC модели OSI остались без изменений. Физический уровень технологии Fast Ethernet использует 4

Построение сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей
В качестве устройства DTE (Data Terminal Equipment) может выступать любой источник кадров данных для сети: сетевая карта узла сети (устройства DTE), порт моста, пор

Технология 100VG-AnyLan
Кадры данных передаются одновременно по кабелям UTP Cat3, причем, в каждой паре 25 Мбит/с (в сумме 4х25 = 100 Мбит/с). В отличии от Fast Ethernet, в данных сетях нет коллизий

Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet
Основная идея стандарта стоит в максимальном сохранении идеи классической технологии Ethernet при достижении скорости передачи 1 000 Мбит/с, поэтому в данной технологии сохранены вс

Особенности метода доступа FDDI
Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину. Если

Отказоустойчивость технологии FDDI.
Для реализации отказоустойчивости создаются 2 оптоволоконных кольца: первичное и вторичное. Если узел сети одновременно подключен к двум кольцам, то это называется двойным п

Принципы маршрутизации
Как отмечалось выше, основной задачей сетевого уровня является маршрутизация – передача пакетов информации между двумя конечными узлами составной сети. Рассмотрим принципы маршрутиз

Уровень интерфейсов
На нижнем уровне маршрутизатор, подключенный к узлам составной сети обеспечивает физический интерфейс со средой передачи. Согласование уровней электрических сигналов, оснащение определенным типом р

Уровень сетевого протокола
Сетевой протокол извлекает из пакета содержимое его заголовка (заголовок сетевого уровня) и анализирует содержимое его полей. Проверяется его контрольная сумма и если пакет пришел поврежденным, то

III. Уровень межсетевого взаимодействия
… С помощью спец пакетов протокол SCNP сообщает о невозможности доставки пакета, о превышении TTL или продолжительности сборки из пакетов. протокол SCNP использует IP в качестве транспорта

II. Основной (транспортный) уровень
На сетевом уровне не устанавливаются логические соединения и, следовательно, нет никакой гарантии, что все пакеты будут доставлены в место назначения. Задачу обеспечения надежной информационной свя

I. Прикладной уровень
Объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре «клиент-сервер», базирующиеся на прот

IV Уровень сетевых интерфейсов
Идеологическим отличием архитектуры TCP/IP от многоуровневой организации других стеков является интерпретация функций самого нижнего уровня – уровня сетевых интерфейсов. Сеть TCP/IP должна иметь ср

Механизм гнезд и мультиплексирование соединений
Для установления соединения между двумя процессами на различных компьютерах сети требуется знать не только IP-адрес сетевого интерфейса компьютера, но и номер TCP-порта (сокет приложения, например,

Типы адресов стека TCP/IP
В стеке TCP/IP используют 3 типа адресов: · Локальные (аппаратные, физические), IP-адреса и символьные доменные имена В контексте TCP/IP под локальным понимается такой тип адреса,

Маршрутизация IP-пакетов без использования масок.
Будем считать, что все узлы (хосты) составной сети имеют IP-адреса, основанные на классах и при этом маски не используются. Модуль (протокол) FTP упаковывает свое сообщение

Адресация с использованием масок
Часто сисадмины испытывают неудобство по причине недостатка выделенных им адресов сетей для того, чтобы структурировать сеть предприятия надлежащим образом, например, разместить все

Структуризация подсети с использованием масок одинаковой длины.
Пусть для IP-сети класса «B» 129.44.0.0 сисадмин выбрал маску 255.255.192.0 . После представления IP-адреса сети в двоичном виде и наложении на адрес сети, число двоичных разрядов, интерпретируемых

Маски переменной длины
Процедура поиска маршрута при использовании масок переменной длины аналогично процедуре при использовании масок одинаковой длины. Особенности масок переменной длины определяются при наличи

Суть технологии CIDR
Каждому поставщику интернета должен назначаться непрерывный пул (диапазон) в пространстве IP-адресов. При таком подходе адреса сетей для каждого поставщика услуг имеют общую старшую

Для целей маршрутизации качество канала связи определяется числом, называемым метрикой стоимости. Путем сложения метрик отдельных отрезков пути вычисляется общая стоимость маршрута. В простейших системах каждому каналу назначается стои­ мость 1, и в результате метрикой маршрута становится число переходов. Но любой из перечисленных выше критериев может являться метрикой стоимости.

Эксперты в области сетей долго и упорно трудились над тем, чтобы определение такого понятия, как метрика стоимости, было максимально гибким, а некоторые со­ временные протоколы даже позволяют использовать разные метрики для разных видов сетевого трафика. Тем не менее в 99% случаев на все это можно не обращать внимания. Для большинства систем вполне подойдут стандартные метрики.

Бывают ситуации, когда кратчайший физический маршрут к адресату не должен быть выбран по умолчанию из административных соображений. В таких случаях можно ис­ кусственно завысить метрики критических каналов. Всю остальную работу предоставьте демонам.

Внутренние и внешние протоколы

Автономная система - это группа сетей, находящихся под административным или политическим контролем одного юридического лица. Такое определение довольно рас­ плывчато. Реальные автономные системы могут представлять собой как глобальные корпоративные сети, так и сети университетов или даже отдельных факультетов. Все зависит от того, как осуществляется маршрутизация. Сейчас наблюдается тенденция к укрупнению автономных систем. Это упрощает администрирование и повышает эф­ фективность маршрутизации.

Маршрутизация внутри автономной системы отличается от маршрутизации между такими системами. Протоколы второго типа (внешние, или протоколы внешних шлю­ зов) должны управлять множеством маршрутов к различным сетям и учитывать тот факт, что соседние маршрутизаторы находятся под контролем других людей. Внешние прото­ колы не раскрывают топологию автономной системы, поэтому в определенном смысле их можно рассматривать как второй уровень маршрутизации, на котором соединяются группы сетей, а не отдельные компьютеры или кабели.

На практике небольшим и среднего размера организациям редко требуется внешний протокол, если только они не подключены к нескольким провайдерам одновременно. При наличии нескольких провайдеров традиционное разделение на локальный домен и домен Интернета нарушается, поскольку маршрутизаторам приходится определять, какой маршрут в Интернете лучше всего подходит для конкретного адреса. (Это не означает, что каждый маршрутизатор должен знать всю необходимую информацию. Большинство узлов может направлять свои пакеты внутреннему шлюзу, хранящему необходимые сведения.)

Поскольку внешние протоколы не сильно отличаются от своих внутренних аналогов, в этой главе мы сосредоточим внимание на внутренних протоколах и демонах, которые их поддерживают. Если ваш сайт поддерживает внешний протокол, обратитесь к литера­ турным источниками, ссылки на которые приведены в конце главы.

15.3. Основные протоколы маршрутизации

В этом разделе мы познакомимся с основными внутренними протоколами маршру­ тизации, узнаем их преимущества и недостатки.

Протоколы RIP и RIPng

RIP (Routing Information Protocol - протокол маршрутной информации) - это старый протокол компании Xerox, адаптированный для IP-сетей. Его IP-версия была описана примерно в 1988 году в документе RFC1058. Существует три версии этого про­ токола: RIPv1, RIPv2 и RIPng только для протокола IPv6 (ng (next generation) означает

“следующее поколение”).

Все версии этого протокола представляют собой простые Дистанционно-векторные протоколы, метрикой стоимости в которых является количество переходов. Поскольку протокол RIP разрабатывался в те времена, когда отдельные компьютеры были доро­ гими, а сети маленькими, в версии RIPv1 предполагается, что все узлы, находящиеся на расстоянии пятнадцати и более переходов, недоступны. В более поздних версиях это ограничение не было снято, чтобы стимулировать администраторов сложных сетей пе­ реходить на более сложные протоколы маршрутизации.

Информация о бесклассовой адресации, известной под именем CIDR, приведена в разделе 14.4.

Протокол RIPv2 - это улучшенная версия протокола RIP, в которой вместе с адресом следующего перехода передается сетевая маска. Это упрощает управление сетями, где есть подсети и применяется протокол CIDR, по сравнению с протоколом RIPv1. В нем была также предпринята невнятная попытка усилить безопасность протокола RIP.

Протокол RIPv2 можно выполнять в режиме совместимости. Это позволяет сохра­ нить большинство его новых функциональных возможностей, не отказываясь от по­ лучателей, использующих простой протокол RIP. Во многих аспектах протокол RIPv2 идентичен исходному протоколу и отдавать предпочтение следует именно ему.

Детали протокола IPv6 приведены в разделе 14.2.

Протокол RIPng представляет собой переформулирование протокола RIP в терминах протокола IPv6. Он может использоваться только в рамках протокола IPv6, в то время как протокол RIPv2 - только в рамках протокола IPv4. Если вы хотите использовать как протокол IPv4, так и протокол IPv6 вместе с протоколом RIP, то RIP и RIPng необходи­ мо выполнять как отдельные протоколы.

Несмотря на то что протокол RIP известен своим расточительным использованием широковещательного режима, он весьма эффективен при частых изменениях сети, а также в тех случаях, когда топология удаленных сетей неизвестна. Однако после сбоя канала он может замедлить стабилизацию системы.

Сначала исследователи были уверены, что появление более сложных протоколов маршрутизации, таких как OSPF, сделает протокол RIP устаревшим. Тем не менее про­ токол RIP продолжает использоваться, потому что он простой, легкий в реализации и не требует сложного конфигурирования. Таким образом, слухи о смерти протокола RIP оказались слишком преувеличенными.

Протокол RIP широко используется на платформах, не использующих операцион­ ную систему UNIX. Многие устройства, включая сетевые принтеры и сетевые управляе­ мые SNMP-компоненты, способны принимать RIP-сообщения, узнавая о возможных сетевых шлюзах. Кроме того, почти во всех версиях систем UNIX и Linux в той или иной форме существует клиент протокола RIP. Таким образом, протокол RIP считается “наименьшим общим знаменателем” протоколов маршрутизации. Как правило, он при­ меняется для маршрутизации в пределах локальной сети, тогда как глобальную маршру­ тизацию осуществляют более мощные протоколы.

Некоторые сайты запускают пассивных демонов протокола RIP (обычно демон routed илиripd из пакета Quagga), которые ожидают сообщений об изменениях в сети, не осу­ ществляют широковещательную рассылку собственной информации. Реальные вы­ числения маршрутов выполняются с помощью более производительных протоколов, таких как OSPF (см. следующий раздел). Протокол RIP используется только как меха­ низм распространения.

Протокол OSPF

OSPF (Shortest Path First Open - открытый протокол первоочередного обнаруже­ ния кратчайших маршрутов) является самым популярным топологическим протоко­ лом. Термин “первоочередное обнаружение кратчайших маршрутов” (shortest path first) означает специальный математический алгоритм, по которому вычисляются маршруты; термин “открытый” (open) - синоним слова “непатентованный”. Основная версия про­ токола OSPF (версия 2) определена в документе RFC2328, а расширенная версия прото­ кола OSPF, поддерживающая протокол IPv6 (версия 3), - в документе RFC5340. Первая версия протокола OSPF устарела и сейчас не используется.

OSPF - протокол промышленного уровня, который эффективно функционирует в крупных сетях со сложной топологией. По сравнению с протоколом RIP, он имеет ряд преимуществ, включая возможность управления несколькими маршрутами, ведущими к одному адресату, и возможность разделения сети на сегменты (“области”), которые бу­ дут делиться друг с другом только высокоуровневыми данными маршрутизации. Сам про­ токол очень сложный, поэтому имеет смысл использовать его только в крупных систе­ мах, где важна эффективность маршрутизации. Для эффективного использования про­ токола OSPF необходимо, чтобы ваша схема адресации имела иерархический характер.

В спецификации протокола OSPF не навязывается конкретная метрика стоимости. По умолчанию в реализации этого протокола компанией Cisco в качестве метрики ис­ пользуется пропускная способность сети.

Протокол EIGRP

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol - протокол маршрутизации вну­ тренних шлюзов) - это патентованный протокол маршрутизации, используемый толь­ ко маршрутизаторами компании Cisco. Протокол IGRP был разработан для устранения некоторых недостатков протокола RIP еще в те времена, когда не было такого надеж­ ного стандарта, как протокол OSPF. Протокол IGRP был отклонен в пользу протоко­ ла EIGRP, который допускает произвольные сетевые маски CIDR. Протоколы IGRP и EIGPR конфигурируются одинаково, несмотря на различия в их организации.

Протокол EIGRP поддерживает протокол IPv6, но в нем, как и во всех других про­ токолах маршрутизации, адресные пространства IPv6 и IPv4 конфигурируются отдельно и существуют как параллельные домены маршрутизации.

Протокол EIGRP является дистанционно-векторным, но он спроектирован так, что­ бы избежать проблем зацикливания и медленной стабилизации, свойственных другим протоколам данного класса. В этом смысле протокол EIGRP считается образцом. Для большинства применений протоколы EIGRP и OSPF обеспечивают равные функцио­ нальные возможности.

IS-IS: протокол маршрутизации между промежуточными системами

Протокол IS-IS (Intra-domain Intermediate System to Intermediate System Routing Pro­ tocol) является ответом на протокол OSPF со стороны организации ISO. Первоначально он предназначался для маршрутизации в рамках сетевых протоколов OSI, но впослед­ ствии был расширен для поддержки IР-маршрутизации.

Оба протокола - IS-IS и OSPF - создавались в начале 90-х годов, когда протоколы организации ISO преднамеренно хранились в тайне. Благодаря усилиям со стороны ор­ ганизации IETF, протокол IS-IS получил видимость законности, но со временем стал все сильнее уступать в популярности протоколу OSPF и сегодня используется редко. В на­ стоящее время из-за множества ненужных функциональных особенностей, заложенных в него организацией ISO, лучше его избегать.

Протоколы RDP и NDP

Протокол RDP (Router Discovery Protocol - протокол обнаружения маршрутизаторов) использует ICMP-сообщения, посылаемые по групповому IР-адресу 224.0.0.1, для распро­ странения информации о других маршрутизаторах в сети. К сожалению, не все маршрути­ заторы в настоящее время рассылают такие сообщения, и не все компьютеры могут их при­ нимать. Остается надеяться, что когда-нибудь этот протокол станет более популярным.

Информация о протоколе ARP приведена в разделе 14.6.

Протокол NDP (Neighbor Discovery Protocol - протокол обнаружения соседнего узла), основанный на протоколе IPv6, объединяет функциональные возможности про­ токолов RDP и ARP (Address Resolution Protocol - протокол разрешения адреса), ис­ пользуемых для отображения адресов IPv4 в адреса аппаратных устройств в локальных сетях. Поскольку этот протокол является основным компонентом протокола IPv6, он используется там, где используется протокол IPv6, и протоколы маршрутизации в рам­ ках протокола IPv6 основаны именно на нем.

Протокол ВGР

Протокол BGP (Border Gateway Protocol - протокол пограничной маршрутизации) является протоколом внешней маршрутизации, т.е. он управляет трафиком между ав­ тономными системами, а не между отдельными сетями. Существовало несколько попу­ лярных протоколов внешней маршрутизации, но протокол BGP пережил их всех.

В настоящее время BGP является стандартным протоколом, используемым для ма­ гистральной маршрутизации в Интернете. В средине 2010 года таблица маршрутизации Интернета содержала около 320 тыс. префиксов. Совершенно очевидно, что это мас­ штаб, при котором магистральная маршрутизация существенно отличается от локальной.

15.4. Выбор стратегии маршрутизации

Существует четыре уровня сложности, характеризующих процесс управления марш­ рутизацией в сети:

отсутствие маршрутизации как таковой;

только статическая маршрутизация;

преимущественно статическая маршрутизация, но клиенты принимают RIPобновления;

динамическая маршрутизация.

Общая топология сети существенно влияет на маршрутизацию каждого конкретно­ го сегмента. В различных сетях могут требоваться совершенно разные уровни поддерж­ ки маршрутизации. При выборе стратегии следует руководствоваться перечисленными ниже эмпирическими правилами.

Автономная сеть не нуждается в маршрутизации.

Если из сети есть только один выход во внешний мир, клиенты сети (нешлюзовые узлы) должны иметь стандартный статический маршрут к этому шлюзу. Никакой другой конфигурации не требуется, кроме как на самом шлюзе.

Можно задать явный статический маршрут к шлюзу, ведущему в небольшую груп­ пу сетей, и стандартный маршрут к шлюзу, ведущему во внешний мир. Однако динамическая маршрутизация предпочтительнее, если до нужной сети можно до­ браться разными маршрутами.

Если сети пересекают государственные или административные границы, следует использовать динамическую маршрутизацию, даже если сложность сетей этого не требует.

Протокол RIP отлично работает и широко используется. Не отказывайтесь от него просто потому, что он имеет репутацию устаревшего протокола.

Проблема протокола RIP заключается в том, что его невозможно масштабировать до бесконечности. Расширение сети рано или поздно приведет к отказу от него. Из-за этого протокол RIP считается промежуточным протоколом с узкой обла­ стью применения. Эта область ограничена с одной стороны сетями, которые явля­ ются слишком простыми, чтобы применять в них какой-либо протокол маршру­ тизации, а с другой стороны - сетями, которые являются слишком сложными для протокола RIP. Если вы планируете расширять свою сеть, то было бы целесообраз­ но игнорировать протокол RIP вообще.

Даже если протокол RIP не соответствует вашей стратегии глобальной маршру­ тизации, он остается хорошим способом распределения маршрутов к концевым узлам. Однако его не следует применять без особой надобности: системы в сети, имеющей только один шлюз, никогда не требуют динамического обновления.

Протоколы EIGRP и OSPF имеют одинаковые функциональные возможности, но протокол EIGRP является собственностью компании Cisco. Компания Cisco дела­ ет прекрасные и оптимальные по соотношению “цена-качество” маршрутизаторы; тем не менее стандартизация протокола EIGRP ограничивает ваши возможности будущего расширения.

Маршрутизаторы, подключенные к магистрали Интернета, должны использовать протокол BGP. Обычно большинство маршрутизаторов имеет только один вход и, сле­ довательно, для них достаточно задать простой статический стандартный маршрут.

Для организации среднего размера с относительно стабильной локальной структу­ рой, где есть выход в другую сеть, подойдет сочетание статической и динамической маршрутизаций. Маршрутизаторы локальной сети, которые не являются шлюзами во внешние сети, могут использовать статическую маршрутизацию, направляя все неиз­ вестные пакеты стандартной машине, способной общаться с внешним миром и выпол­ нять динамическую маршрутизацию.

Все методы маршрутизации, применяемые в маршрутизаторах, можно разбить на две группы (рис.118):

1) методы статической (фиксированной) маршрутизации;

2) методы динамической (адаптивной) маршрутизации.

Статическая маршрутизация означает, что пакеты передаются по определенному пути, установленному администратором и не изменяемому в течение длительного времени.

Статическая маршрутизация применяется в небольших мало изменяющихся сетях. Ее достоинства следующие:

Низкие требования к маршрутизатору;

Повышенная безопасность сети.

Недостатки статической маршрутизации, существенно ограничивающие её применение следующие:

Высокая трудоемкость эксплуатации (сетевые администраторы должны задавать и модифицировать маршруты вручную);

Медленная адаптация к изменениям топологии сети.

Динамическая маршрутизация - распределенная маршрутизация, позволяющая автоматически изменять маршрут следования пакетов при отказах или перегрузках каналов связи.

Для автоматического построения и модификации маршрутных таблиц используются протоколы (рис.119):

Внутренней маршрутизации - IGP (Interior Gateway Protocol), например RIP, OSPF, IS-IS, ES-IS;

Внешней маршрутизации - EGP (Exterior Gateway Protocol ), например протокол BGP (Border Gateway Protocol ), используемый в сети Internet .

С использованием протоколов внутренней маршрутизации маршрутные таблицы строятся в пределах так называемой автономной системы (autonomous system), представляющей собой совокупность сетей с единым административным подчинением (рис.120).

Рис. 119

Для обмена маршрутной информацией между автономными системами чаще всего применяется протокол внешней маршрутизации EGP, разработанный для сети Internet. Этот протокол назван так потому, что внешний маршрутизатор, как правило, размещается на периферии автономной системы. Его задача заключается в сборе информации о доступности всех сетей данной автономной системы и последующей передаче этой информации внешним маршрутизаторам других автономных систем.

С учетом опыта применения протокола EGP был разработан протокол BGP, основанный на использовании надежного транспортного протокола ТСР, который по сравнению с EGP:

Рис. 120

Обеспечивает более быструю стабилизацию оптимальных маршрутов;

Меньше загружает сеть служебной информацией, в частности, за счет передачи при изменении сети информации, относящейся только к этому изменению.

Протоколы маршрутизации управляют динамическим обменом информацией о маршрутах между всеми маршрутизаторами сети, реализуются программно в маршрутизаторе, создавая таблицы маршрутизации, отображающие организацию всей сети.

Протоколы внутренней маршрутизации (рис. 121), как правило, основаны на алгоритмах обмена:

Таблицами «вектор-длина» - DVA (Distance Vector Algorithm ) - протоколы типа «distance vector»;

Информацией о состоянии каналов - LSA (Link-State Algorithm ) - протоколы типа «link state».

DVА - алгоритм обмена информацией о доступных сетях и расстояниях до них путём периодической рассылки маршрутизаторами широковещательных пакетов. К протоколам типа DVА относится один из самых первых протоколов RIP (Routing lnfоrmаtiоn Protocol), который первоначально широко применялся в сети Интернет. Эти протоколы характеризуются тем, что периодически (даже если в сети не происходит изменений) посылают широковещательные пакеты с таблицами маршрутизации, которые, проходя через маршрутизаторы, обновляют таблицы маршрутизации.

Рис. 121

В каждой строке маршрутной таблицы указываются:

Сетевой адрес некоторой сети;

Адрес маршрутизатора, через который следует передавать пакеты, направляемые в данную сеть;

Расстояние до сети.

При инициализации маршрутизатора в таблицу маршрутизации записываются:

Адреса соседних сетей;

Адреса соседних маршрутизаторов, с которыми данный маршрутизатор связан непосредственно;

Расстояние до соседних маршрутизаторов принимается равным 0 или 1 в зависимости от реализации.

Каждые 30 секунд маршрутизатор передает широковещательный пакет, содержащий пары (V , D), где V - адрес доступной сети, называемый вектором, а D - расстояние до этой сети, называемое длиной вектора.

В метрике RIP длина вектора измеряется числом транзитных маршрутизаторов (в хопах) между данным маршрутизатором и соответствующей сетью. На основании полученных таблиц "вектор-длина" маршрутизатор вносит дополнения и изменения в свою маршрутную таблицу, определяя пути минимальной длины во все доступные сети.

Поскольку каналы связи могут иметь разные пропускные способности, в некоторых реализациях RIP длина вектора умножается на весовой коэффициент, зависящий от скорости передачи данных по КС.

Основное достоинство RIP и других протоколов типа DV А - простота реализации.

Недостатки RIP:

1) медленная стабилизация оптимальных маршрутов;

Периодичностью передачи широковещательных пакетов, содержащих таблицы "вектор-длина" - пакеты передаются даже в том случае, если в сети не было никаких изменений;

Большим объёмом этих таблиц, который пропорционален числу подсетей, входящих в сеть.

Протоколы типа distance vector целесообразно применять в небольших и относительно устойчивых сетях. В больших сетях периодически посылаемые широковещательные пакеты приводят к перегрузке сети и уменьшению пропускной способности.

LSA - алгоритмы обмена информацией о состоянии каналов, называемые также алгоритмами предпочтения кратчайшего пути SPF (Shortest Path First), основаны на динамическом построении маршрутизаторами карты топологии сети за счет сбора информации обо всех объединяющих их каналах связи. Для этого маршрутизатор периодически тестирует состояние каналов с соседними маршрутизаторами, помечая каждый канал как "активный" или "неактивный". На практике для уменьшения слишком частой смены этих двух состояний применяется следующее правило: «канал считается "активным " до тех пор, пока значительный процент тестов не даст отрицательного результата, и "неактивным " - пока значительный процент тестов не даст положительного результата».

При изменении состояния своих каналов маршрутизатор немедленно распространяет соответствующую информацию по сети всем остальным маршрутизаторам, которые, получив сообщения, обновляют свои карты сети и заново вычисляют кратчайшие пути во все точки назначения.

Достоинства алгоритмов LSA:

1) гарантированная и более быстрая стабилизация оптимальных маршрутов, чем в алгоритмах DVА;

2) простота отладки и меньший объем передаваемой информации, не зависящий от общего числа подсетей в сети.

Протоколы типа LSA используются в больших или быстро растущих сетях. К ним относятся такие протоколы, как Ореn Shortest Path First (OSPF) и Intеrmеdiаtе System to Intеrmеdiаtе System (IS-IS).

Самой распространенной реализацией алгоритма LSA является протокол OSPF - открытый стандарт, разработанный для применения в маршрутизаторах сети Интернет и широко используемый в настоящее время в других сетях (NetWare, SNA, XNS, DECNet).

Обладая всеми преимуществами алгоритмов LSA, протокол OSPF обеспечивает следующие дополнительные возможности.

1. Маршрутизация пакетов в соответствии с заказанным типом обслуживания. Сетевой администратор может присваивать межсетевым каналам различные значения "стоимости", основываясь на их пропускной способности, задержках или эксплуатационных расходах. Маршрутизатор выбирает путь следования пакета в результате анализа не только адреса получателя, но и поля "тип обслуживания" в заголовке.

2. Равномерное распределение нагрузки между альтернативными путями одинаковой стоимости (в отличие от протокола RIP, вычисляющего только один путь в каждую точку назначения).

3. Маршрутизация пакетов в соответствии с классом обслуживания. Сетевой администратор может создать несколько очередей с различными приоритетами. Пакет помещается в очередь на отправку по результатам анализа типа протокола. Для пакетов, чувствительных к временным задержкам, выделяется очередь с более высоким приоритетом.

4. Аутентификация маршрутов. Отсутствие этой возможности, например в протоколе RIP, может привести к перехвату пакетов злоумышленником, который будет передавать таблицы "вектор-длина" с указанной малой длиной путей от своего ПК во все подсети.

5. Создание виртуального канала между маршрутизаторами, соединенными не напрямую, а через некоторую транзитную сеть.

В модели OSI на основе алгоритма LSA определены протоколы маршрутизации сетевого уровня:

"оконечная система - транзитная система", ES-IS (End System-to- Intеrmеdiаtе System);

"транзитная система - транзитная система", IS-IS (Intеrmеdiаtе Sуstеm-tо-Intеrmеdiаtе System).

Протоколы типа LSA, в отличие от DVА, посылают информацию о маршрутах только для отображения изменений в своих сетевых соединениях.

Другое отличие заключается в возможности выбора канала передачи из нескольких возможных с учетом одного из параметров маршрутизации, задаваемого пользователем:

Задержки или скорости передачи данных;

Пропускной способности или производительности;

Надежности.

Достоинства маршрутизаторов по сравнению с мостами:

Высокая безопасность данных;

Высокая надежность сетей за счет альтернативных путей;

Эффективное распределение нагрузки по каналам связи за счет выбора наилучших маршрутов для передачи данных;

Большая гибкость за счёт выбора маршрута в соответствии с метрикой, учитывающей его стоимость, пропускную способность каналов связи и т.д.;

Гарантированная защита от "широковещательного шторма";

Возможность объединения сетей с разной длиной пакетов.

Недостатки маршрутизаторов:

Вносят сравнительно большую задержку в передачу пакетов;

Более сложны в установке и конфигурировании, чем мосты;

При перемещении компьютера из одной подсети в другую требуется изменить его сетевой адрес;

Более дорогие, чем мосты, так как требуются более мощные процессоры, больший объем оперативной памяти, более дорогое программное обеспечение, стоимость которого зависит от числа поддерживаемых протоколов.

Х арактерные особенности мостов и маршрутизаторов представлены в табл.4.1.

Сети с протоколами, не обладающими сетевым уровнем и, соответственно, не имеющие сетевого адреса, не могут использовать маршрутизаторы и объединяются с помощью мостов или коммутаторов. Однако существуют маршрутизаторы, которые одновременно могут выполнять функции моста и называются мостами/маршрутизаторами (bridge/router или иногда brouter).

4.2.4 Коммутаторы

Коммутатор по функциональным возможностям занимает промежуточное положение между мостом и маршрутизатором и при объединении сегментов локальных сетей работает на 2-м канальном уровне, то есть коммутирует данные на основе анализа МАС-адресов.

Производительность коммутаторов значительно выше, чем мостов, и достигает нескольких миллионов кадров в секунду.

Каноническая структура коммутатора представлена на рис.122, где КМ - коммутационная матрица; ПП - процессоры портов с буферной памятью для хранения кадров.

В отличие от моста в коммутаторе каждый порт имеет свой процессор, в то время как все порты моста управляются одним процессором. В коммутаторе устанавливается один путь для всех кадров одного и того же сообщения, имеющих один адрес назначения и образующих так называемую «пачку», в то время как в маршрутизаторе для каждого пакета определяется свой наилучший путь. Передача кадров из входных буферов разных портов в выходные буферы коммутатора может происходить параллельно и независимо друг от друга. Эти особенности коммутатора обусловливает меньшие задержки при передаче данных по сравнению с маршрутизаторами.

Коммутационная матрица передаёт кадры из входных буферов в выходные на основе таблицы коммутации. Общее управление коммутатором и коммутационной матрицей реализуется системным модулем, который кроме того поддерживает общую адресную таблицу.

Рис. 122

Коммутаторы могут реализовать один из двух способов коммутации:

С полной буферизацией кадра, когда анализ заголовка поступающего кадра начинается только после того, как кадр будет полностью принят во входной буфер;

«на лету» (on-the-fly ), когда анализ заголовка поступающего кадра начинается сразу же после того, как во входной буфер принят заголовок кадра, не ожидая завершения приёма целиком всего кадра, что позволяет ещё больше сократить задержку кадра в коммутаторе.

Коммутаторы локальных сетей могут работать в одном из двух режимов:

Полудуплексный, когда к порту коммутатора подключается сегмент сети на коаксиальном кабеле или концентратор с подключенными к нему рабочими станциями (рис.123 ,а);

Дуплексный, когда к каждому порту коммутатора подключается только одна рабочая станция (рис.123 ,б).

Подключение к портам коммутатора по одной рабочей станции (а не сегментов) называется микросегментацией.

Рис. 123

Переход на дуплексный режим требует изменения логики работы МАС-узлов и драйверов сетевых адаптеров (не фиксировать коллизии в ЛВС Ethernet , не ждать маркера в Token Ring и FDDI).

Соединения «коммутатор-коммутатор» могут поддерживать дуплексный режим.

При работе коммутатора может возникнуть ситуация, когда на один и тот же выходной порт коммутатора кадры поступают от нескольких входных портов с суммарной интенсивностью, превышающей предельное значение для данной технологии ЛВС, например для ЛВС Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с - 14880 кадров в секунду. Это приводит к перегрузкам и потерям кадров за счет переполнения выходного буфера соответствующего порта.

Для устранения подобных ситуаций необходим механизм управления потоками кадров.

Для ЛВС Ethernet и Fast Ethernet в 1997 году принят стандарт IEEE 802.3х на управление потоком в дуплексном режиме , предусматривающий две команды «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу», которые направляются соседнему узлу. Для высокоскоростных сетей (Gigabit Ethernet и др.) с целью не допустить блокировок всех коммутаторов в сети разрабатываются более тонкие механизмы, которые указывают, на какую величину нужно уменьшить поток кадров, а не приостанавливать его до нуля.

При полудуплексном режиме коммутатор воздействует на конечный узел с помощью механизмов доступа к среде, а именно:

Метод обратного давления, заключающийся в создании искусственных коллизий в сегменте с помощью jаm-последовательности;

Метод агрессивного поведения, когда порт коммутатора уменьшает межкадровый интервал или паузу после коллизии, что обеспечивает коммутатору преимущественный доступ к среде передачи.

Типовые варианты технической реализации коммутаторов представлены на рис.124.

Вариант 1. На основе коммутационной матрицы (рис.124,а).

Рис. 124

Достоинства:

Максимальная производительность;

Высокая надежность.

Недостатки:

Сложность и высокая стоимость;

Ограниченное число портов, поскольку с их увеличением существенно возрастает стоимость.

Вариант 2. На основе общей шины (рис.124,б).

Достоинства:

Простота;

Дешевизна.

Недостатки:

Низкая производительность;

Низкая надежность.

Вариант 3. На основе разделяемой многовходовой памяти (рис.124,в). Этот вариант занимает промежуточное положение между вариантами на основе коммутационной матрицы и на основе общей шины.

Коммутаторы по сравнению с мостами являются более интеллектуальными сетевыми устройствами и обладают рядом дополнительных функций.

1. Поддержка «алгоритма покрывающего дерева» («Spanning Tree»), который позволяет автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети для исключения петель и циклов в маршрутах (замкнутых маршрутов).

Алгоритм «Spanning Tree» реализуется в 3 этапа (рис.125):

Определяется автоматически (коммутатор с меньшим МАС- адресом блока управления) или назначается администратором корневой коммутатор (ККм), от которого строится дерево;

Для каждого коммутатора (Км) определяется корневой порт, через который лежит кратчайший путь к корневому коммутатору;

Для каждого сегмента () сети выбирается назначенный порт - порт, который обеспечивает кратчайшее расстояние от данного сегмента до корневого коммутатора.

2. Трансляция протоколов канального уровня.

Рис. 125

Коммутаторы транслируют протоколы по тем же алгоритмам, что и транслирующие мосты.

3. Фильтрация кадров в соответствии с заданными условиями (например, ограничивают доступ к некоторым службам сети).

4. Приоритезация трафика независимо от технологии сети, например путём: приписывания приоритета портам коммутатора или назначения приоритета кадрам.

Свойства коммутаторов, позволяющие локализовать и контролировать потоки данных, а также управлять ими с помощью пользовательских фильтров, позволяют использовать коммутаторы для построения виртуальных ЛВС (ВЛВС, VLAN - Virtual LAN).

4.2.5 Шлюзы

Шлюз программно-апп аратный комплекс, соединяющий разнородные сети или сетевые устройства и позволяющий решать проблемы, связанные с различием протоколов и систем адресации.

Шлюзы переводят различные сетевые протоколы и позволяют различным сетевым устройствам не просто соединяться, а работать как единая сеть. В качестве примеров можно назвать пакетные адаптеры (PAD), конверторы протоколов и устройства, соединяющие сети Ethernet и Х.25. В сети Internet шлюзом часто называется межсетевой маршрутизатор.

Шлюзы обеспечивают еще более интеллектуальный и более медленный сервис, чем мосты и маршрутизаторы и могут работать на высших уровнях ОSI-модели.