Routing. allmänna begrepp. Koncept för routing Grunderna i routing av IP-nätverk

Routing är proceduren för att bestämma vägen ett paket tar från ett nätverk till ett annat. Denna leveransmekanism möjliggörs av implementeringen av Internet Protocol (IP) i alla nätverksnoder. Alla meddelanden som skickas över nätverket måste delas upp i fragment när de skickas. Vart och ett av fragmenten måste förses med avsändarens och mottagarens adresser, samt numret på detta paket i den sekvens av paket som utgör hela meddelandet.

Ett sådant system tillåter varje gateway att välja en rutt baserat på aktuell information om nätverkets tillstånd, vilket ökar systemets tillförlitlighet som helhet. I detta fall kan varje paket passera från avsändaren till mottagaren längs sin egen väg. I vilken ordning mottagaren tar emot paketen spelar ingen roll. Det finns dock en speciell typ av utrustning som kallas routrar, som används i nätverk med komplexa konfigurationer för att koppla samman delar av den med olika nätverksprotokoll, samt för att mer effektivt separera trafik och använda alternativa vägar mellan nätverksnoder. Huvudsyftet med att använda routrar är att ansluta heterogena nätverk och betjäna alternativa vägar.

Routrar kommunicerar inte bara mellan olika typer av nätverk och ger tillgång till det globala nätverket, utan de kan även hantera trafik utifrån nätverkslagerprotokollet (det tredje i OSI-modellen), det vill säga på en högre nivå jämfört med switchar. Behovet av sådan hantering uppstår när nätverkstopologin blir mer komplex och antalet noder växer, om redundanta vägar uppstår i nätverket, när det är nödvändigt att lösa problemet med den mest effektiva och snabba leveransen av ett skickat paket till dess destination. I det här fallet finns det två huvudalgoritmer

Wide Area Network - verb. Ett nätverk med ett brett åtkomstområde som bestämmer den mest fördelaktiga vägen och metoden för dataleverans: RIP och OSPF. När du använder RIP-routingprotokollet är huvudkriteriet för att välja den mest effektiva vägen det minsta antalet "hopp", dvs. nätverksenheter mellan noder. Detta protokoll belastar routerns processor minimalt och förenklar konfigurationsprocessen extremt, men det hanterar inte trafiken effektivt.

När du använder OSPF väljs den bästa vägen inte bara ur synvinkeln att minimera antalet hopp, utan också med hänsyn till andra kriterier: nätverksprestanda, paketöverföringsfördröjning, etc. Stora nätverk, känsliga för trafikstockningar och baserade på komplex routingutrustning, kräver användning av OSPF-protokollet. Implementering av detta protokoll är endast möjligt på routrar med en tillräckligt kraftfull processor, eftersom dess genomförande kräver betydande bearbetningskostnader.

Routing i nätverk utförs som regel med hjälp av fem populära nätverksprotokoll - TCP/IP, Novell IPX, AppleTalk II, DECnet Phase IV och Hegox XNS.

De mest använda dataöverföringsprotokollen.

Transmission Control Protocol (TCP) är det grundläggande transportprotokollet som ger sitt namn till hela TCP/IP-protokollfamiljen.

User Datagram Protocol (UDP) är det andra transportprotokollet i TCP/IP-familjen.

Address Resolution Protocol (ARP) - protokollet används för att bestämma överensstämmelsen mellan IP-adresser och Ethernet-adresser.

Serial Line Internet Protocol (SLIP) är ett protokoll för att överföra data över telefonlinjer.

Point to Point Protocol (PPP) är ett punkt-till-punkt datautbytesprotokoll.

File Transfer Protocol (FTP) är ett filutbytesprotokoll.

TELNET är ett virtuellt terminalemuleringsprotokoll.

Remote Process Control (RPC) är ett protokoll för att styra fjärrprocesser.

Domain Name System (DNS) - domännamnssystem.

Routing Information Protocol (RIP) - routingprotokoll.

Network File System (NFS) är ett distribuerat filsystem.

Industriella protokoll och kommunikationsstandarder

Klassificering av fjärrattacker (RA) på distribuerade datorsystem (DCS).

På grund av påverkans natur: ∙ passiv; ∙ aktiv.

Med syfte att påverka

· brott mot konfidentialitet för information eller systemresurser;

· kränkning av informationens integritet;

· störning av systemets prestanda (tillgänglighet).

Enligt villkoret för början av nedslaget.

· Attack på begäran från det attackerade objektet.

· Attack när en förväntad händelse inträffar på det attackerade objektet.

· Ovillkorlig attack

Baserat på närvaron av feedback från det attackerade objektet

· med feedback;

· utan återkoppling (enkelriktad attack).

Efter placering av föremålet för attacken i förhållande till det attackerade föremålet

· intrasegmentell;

· intersegmentell.

Enligt ISO/OSI referensmodellnivå

IP-adresser för lokala nätverk

Alla adresser som används på Internet, som vi redan har sagt, måste registreras hos IANA, vilket garanterar deras unika karaktär på global nivå. Sådana adresser kallas verklig, eller offentliga IP-adresser.

För lokala nätverk som inte är anslutna till Internet krävs naturligtvis ingen registrering av IP-adresser, så i princip kan alla möjliga adresser användas här. Men för att undvika eventuella konflikter när ett sådant nätverk i efterhand ansluts till Internet rekommenderar RFC 1918 att endast använda följande intervall av s.k. privata IP-adresser(dessa adresser finns inte på Internet och det är inte möjligt att använda dem där):

□ 10.0.0.0–10.255.255.255;

□ 172.16.0.0–172.31.255.255;

□ 192.168.0.0–192.168.255.255.

Som redan nämnts, för att korrekt interagera med andra datorer och nätverk, bestämmer varje dator vilka IP-adresser som hör till sitt lokala nätverk och vilka som tillhör fjärrnätverk. Om det visar sig att IP-adressen för måldatorn tillhör det lokala nätverket skickas paketet direkt till måldatorn, men om det är adressen till ett fjärrnätverk så skickas paketet till standardadressen inkörsport.

Låt oss ta en närmare titt på denna process. Låt oss ta en dator med följande IP-protokollparametrar:

□ IP-adress – 192.168.5.200;

□ subnätmask – 255.255.255.0;

□ huvudport – 192.168.5.1.

När IP-protokollet startar på datorn, en logisk OCH-operation mellan sin egen IP-adress och subnätmask, som ett resultat av vilket alla bitar av IP-adressen som motsvarar nollbitarna i subnätmasken också blir noll:

□ IP-adress i 32-bitars format –

11000000 10101000 00000101 11001000;

□ nätmask –

11111111 11111111 11111111 00000000;

□ nätverksidentifierare –

11000000 10101000 00000101 00000000.

Denna enkla operation låter datorn avgöra egen nätverksidentifierare(i vårt exempel – 192.168.5.0).

Anta nu att datorn behöver skicka ett IP-paket till adressen 192.168.5.15. För att bestämma hur man gör detta gör datorn en logisk OCH-operation med måldatorns IP-adress och dess egen subnätmask. Det är lätt att förstå att resultatet destinationsnätverks-ID kommer att matcha identifieraren för den sändande datorns eget nätverk. På så sätt kommer vår dator att avgöra att måldatorn är på samma nätverk som den och kommer att utföra följande operationer:

□ med hjälp av ARP-protokollet kommer en fysisk MAC-adress som motsvarar IP-adressen för måldatorn att fastställas;

□ med hjälp av länk- och fysiska lagerprotokoll kommer nödvändig information att skickas till denna MAC-adress.

Låt oss nu se vad som ändras om paketet behöver skickas till 192.168.10.20. Datorn kommer att utföra en liknande procedur för att fastställa destinationsnätverkets ID. Resultatet blir adressen 192.168.10.0, som inte matchar nätverks-ID:t för den sändande datorn. Detta kommer att fastställa att måldatorn är på ett fjärrnätverk, och algoritmen för åtgärderna för den sändande datorn kommer att ändras:

□ MAC-adressen bestäms inte för destinationsdatorn utan för routern;

□ med hjälp av länk- och fysiska lagerprotokoll kommer den nödvändiga informationen att skickas till routern via denna MAC-adress.

Trots att IP-paketet i det här fallet inte levereras direkt till sin destination, anser IP-protokollet på den sändande datorn att dess uppgift är avslutad (kom ihåg att när vi skickar ett brev så slänger vi det bara i brevlådan). Det vidare ödet för IP-paketet beror på den korrekta konfigurationen av routrarna som ansluter nätverken 192.168.5.0 och 192.168.10.0.

Förresten, i det här exemplet är det lätt att visa hur viktigt det är att korrekt konfigurera subnätmasken i IP-adresseringsparametrarna. Låt oss av misstag ange en subnätmask lika med 255.255.0.0 för dator 192.168.5.200. I det här fallet, när vi försöker skicka ett paket till adressen 192.168.10.20, kommer vår dator att anse att destinationsdatorn finns i sitt eget nätverk (trots allt är nätverksidentifierarna med en sådan mask desamma!), och kommer att försök att skicka paketet på egen hand.

Som ett resultat kommer detta paket inte att nå routern och kommer inte att levereras till dess destination.

För att förstå hur routrar fungerar, låt oss först analysera rutttabell, som byggs när man laddar IP-protokollet av en vanlig dator, till exempel med operativsystemet Windows XP (Fig. 8.1).

Ris. 8.1. Rutttabell i Windows XP

Som du enkelt kan se är flera rutter med olika parametrar definierade i tabellen. Du måste läsa varje sådan post i routingtabellen enligt följande:

Att leverera ett paket till ett nätverk med en adress från fältet Nätverksadress och en mask från fältet Nätverksmask, du behöver den från gränssnittet med IP-adressen från fältet Gränssnitt skicka ett paket till IP-adressen från fältet Gateway-adress, och "kostnaden" för sådan leverans kommer att vara lika med antalet från fältet Metrik.

Observera att parametrarna Nätverksadress Och Nätverksmask tillsammans anger de intervallet för alla IP-adresser som är tillåtna på ett givet nätverk. Till exempel betyder 127.0.0.0 och 255.0.0.0, som vi sa, vilken IP-adress som helst från 127.0.0.1 till 127.255.255.254. Låt oss också komma ihåg att IP-adressen 127.0.0.1 kallas en "stubadress" - paket som skickas till denna adress måste bearbetas av datorn själv. Dessutom betyder masken 255.255.255.255 ett nätverk med en IP-adress, och kombinationen 0.0.0.0 betyder valfri ospecificerad adress eller subnätmask.

Då betyder den första raden i routingtabellen exakt vad datorn gör när den behöver skicka ett paket till en fjärrkontroll, d.v.s. okänt för den från routingtabellen, nätverket - från dess gränssnitt skickas paketet till IP-adressen för router.

Den andra raden i tabellen gör att datorn skickar till sig själv (och svarar på) alla paket som skickas till valfri IP-adress i intervallet 127.0.0.1 - 127.255.255.254.

Den tredje raden definierar hur paket ska skickas till datorer i det lokala nätverket (till adresser i intervallet 192.168.5.1 - 192.168.5.254). Här kan du tydligt se att datorn själv måste göra detta - gateway-adressen är dess egen IP-adress 192.168.5.200.

Samma sak (den femte, sjätte och sjunde raden i tabellen) måste göras i de fall då paket skickas till undernätets broadcast-adress (192.168.5.255), till multicast-adresser (224.0.0.0) eller till den lokala broadcast-adressen (255.255.255.255).

Den fjärde raden innebär att paket som skickas till IP-adressen 192.168.5.200 (var uppmärksam på masken!) måste bearbetas av datorn själv.

Routingtabellen för en dator med två nätverksadaptrar, som vi kommer att använda som en router för att ansluta två segment av ett litet nätverk (Fig. 8.2), kommer att se något mer komplicerat ut.

Ris. 8.2. Nätverksuppkoppling med hjälp av router(ar) och datorroutningstabell R 1(b)

Flera ytterligare rader har dykt upp i den här tabellen, som indikerar rutter till båda nätverken - 192.168.5.0 och 192.168.10.0. Observera att alla sådana rutter kommer att byggas automatiskt av datorn.

Att fastställa efter detta utbyte av IP-paket mellan nätverk, du måste göra följande:

□ aktivera routing på din dator R 1 – Detta kan till exempel göras genom att konfigurera tjänsten Routing och Remote Access som ingår i operativsystemet Windows Server 2003;

□ på alla datorer i nätverket N 1 parameter Huvudingång måste ställas in lika med IP-adressen för routergränssnittet som är anslutet till detta nätverk, dvs. lika med 192.168.5.1 och på datorer i nätverket N 2 – lika med 192.168.10.1.

Således är en router en mjuk- och hårdvaruenhet med flera nätverksgränssnitt som den körs på routingtjänst.

Låt oss komplicera vårt nätverk genom att lägga till en andra router och nätverk N 3 med adressen 192.168.15.0 (bild 8.3).

I ett sådant nätverk blir det mer komplicerat att sätta upp routing. Problemet är att även om routern R 1"vet" hur man skickar paket över nätverket N 1 Och N 2, väg till nätverket N 3 han har inte. I sin tur routern R 2 det finns ingen väg till nätverk N 1. Detta innebär att utbyte av IP-paket mellan nätverk N 1 Och N 3 kommer att vara omöjligt.

Att lösa det här problemet i ett så litet nätverk är ganska enkelt - du måste lägga till de nödvändiga posterna i routertabellerna R 1 Och R2. För att göra detta på routern R 1 Allt du behöver göra är att köra ett kommando som dirigerar alla paket avsedda för nätverk 192.168.15.0 till 192.168.10.254 (det vill säga till en andra router som redan kan leverera dessa paket till sin destination; P-nyckeln används här för att göra detta rutt permanent):

ROUTE -P ADD 192.168.15.0

MASK 255.255.255.0 192.168.10.254

Det är vanligt att välja antingen den första eller den sista adressen som är möjlig i ett givet IP-nätverk som IP-adress för routern.

Liknande kommando på routern R 2 ska se ut så här:

ROUTE -P ADD 192.168.5.0

MASK 255.255.255.0 192.168.10.1 Efter detta kommer interaktion i vårt nätverk att etableras.

I stora nätverk som innehåller ett stort antal undernät anslutna till varandra är det ganska tråkigt att manuellt specificera paketleveransrutter på alla routrar. Dessutom är sådana rutter statisk, Detta innebär att varje gång nätverkskonfigurationen ändras kommer det att behövas mycket arbete för att återuppbygga IP-routingsystemet.

För att undvika detta, konfigurera helt enkelt dina routrar så att de utbytte information om rutter med varandra. För detta ändamål använder lokala nätverk protokoll som t.ex RIP (Routing Information Protocol) Och OSPF (Öppna kortaste vägen först). RIP-protokollet är lättare att konfigurera än OSPF, men det använder broadcast-meddelanden för att utbyta information, vilket belastar nätverket avsevärt. Därför används RIP vanligtvis i relativt små nätverk. OSPF-protokollet fungerar mer effektivt, men är svårare att konfigurera, så dess användning rekommenderas för stora företagsnätverk.

IP-routing

IP-routing– processen att välja en väg för att överföra ett paket i ett nätverk. En väg (rutt) är en sekvens av routrar genom vilka ett paket passerar på väg till destinationsnoden. En IP-router är en speciell enhet utformad för att ansluta nätverk och bestämma vägen för paket i ett sammansatt nätverk. Routern måste ha flera IP-adresser med nätverksnummer som motsvarar numren på de nätverk som ansluts.

Routing utförs vid den sändande noden vid den tidpunkt då IP-paketet skickas, och sedan vid IP-routrar.

Principen för routing vid sändningsnoden ser ganska enkel ut. När du behöver skicka ett paket till en nod med en specifik IP-adress använder den sändande noden en subnätmask för att välja nätverksnummer från sin egen IP-adress och mottagarens IP-adress. Därefter jämförs nätverksnumren och om de stämmer överens skickas paketet direkt till mottagaren, annars - till routern vars adress anges i IP-protokollinställningarna.

Val av sökväg på routern baseras på informationen i rutttabell. En routingtabell är en speciell tabell som mappar IP-adresser för nätverk till adresserna för följande routrar till vilka paket ska skickas för att leverera dem till dessa nätverk. En obligatorisk post i routingtabellen är den så kallade standardrutt, som innehåller information om hur man dirigerar paket till nätverk vars adresser inte finns i tabellen, så det finns inget behov av att beskriva rutterna för alla nätverk i tabellen. Routningstabeller kan byggas "manuellt" av administratören eller dynamiskt, baserat på utbyte av information som utförs av routrar med hjälp av speciella protokoll.

Routing är processen att bestämma, baserat på data från routingtabellen, den optimala vägen från källnoden till destinationsnoden under förhållanden med redundanta anslutningar.

I routingprocessen finns det två semantiska delar: bestämma den ytterligare vägen för paketet och direkt vidarebefordra den längs denna väg.

Enligt dessa semantiska delar kan routingprocessen delas in i två hierarkiskt relaterade nivåer.

Routing Driftsnivåer

Routing lager. På denna nivå sker arbete med routingtabellen. Routningstabellen används för att bestämma adressen (nätverkslagret) för nästa router eller mottagaren direkt på den befintliga adressen (nätverkslagret) och mottagaren, efter att ha fastställt överföringsadressen, väljer en specifik utdataport för routern. Denna process kallas bestämma paketets rutt . Routingtabellen konfigureras av routingprotokoll. På samma nivå fastställs listan över nödvändiga tjänster som tillhandahålls.

Paketöverföringsnivå. Innan du överför ett paket är det nödvändigt att: kontrollera kontrollsumman för pakethuvudet, bestämma adressen (länklager) för paketmottagaren och skicka paketet direkt, med hänsyn till köbildning, fragmentering, filtrering etc. Dessa åtgärder utförs baserat på kommandon som kommer från routinglagret.

I detta avseende kan följande analogi dras.

Tolkning av routingprocessen Routing sker

Det finns två typer av routing: direkt och indirekt. Med direkt routing kan en avsändare på ett specifikt IP-nätverk vidarebefordra ramar direkt till vilken mottagare som helst i samma nätverk. Det kräver ingen IP-routingfunktionalitet.

Indirekt routing uppstår när avsändaren och mottagaren finns på olika IP-nätverk. Indirekt routing kräver att avsändaren skickar paket till en router för att leverera dem över ett distribuerat nätverk.

I figuren, om nod 10.2.2.1 vill skicka ett paket till en nod inom nätverk 10, till exempel 10.2.2.2, så kommer detta att vara direkt routing, och när gränser skickas till nätverk, säg 192.168.1, kommer det att vara indirekt.

Direkt routing

Vi associerar vanligtvis routrar med de enheter som faktiskt utför routing, men vilken IP-aktiverad enhet som helst kan utföra denna funktion. I figuren är nod 10 ansluten direkt till nätverk 10 och kan dirigera paket till vilken annan nod som helst på nätverk 10.

Nod 10.1.1.1 behöver vidarebefordra paketet till nod 10.2.2.2. Det första den gör är att avgöra om mottagarens IP-adress finns på samma nätverk som den. För att göra detta jämför den sitt nätverksnummer 10 med mottagarens nätverksnummer 10. Den drar slutsatsen att mottagarnoden är i samma nätverkssegment som den.

Med hjälp av APR-protokollet bestämmer den MAC-adressen för mottagarvärden och skickar paketet till denna adress.

Indirekt dirigering

Följande exempel antar att nod 10.1.1.1 har ett paket som måste skickas till nod 172.16.0.1 .

Att studera adressen visar att destinationsnoden inte finns i samma nätverk som den sändande noden. Värd 10.1.1.1 är konfigurerad så att alla paket som kräver indirekt routing vidarebefordras till dess standardgateway, router 1.

För att leverera paketet till router 1 behöver värd 10.1.1.1 MAC-adressen för router 10.3.3.3. Om MAC-adressen är okänd för nod 10.1.1.1, skickar den en ARP-begäran för att erhålla den. Paketet avsett för 172.16.0.1 skickas sedan till router 1.

Router 1 inser att den är ansluten till nätverk 172.16. och anser att värd 172.16.0.1 bör vara en del av detta nätverk. Router 1 implementerar sin egen framåtdirigeringsprocedur och skickar en ARP-begäran som letar efter en destinationsvärd.

När ett paket skickas från värd 10.1.1.1 till värd 192.168.1.1, kommer den sändande värden att jämföra sitt nätverksnummer med destinationsnätverkets nummer och fastställa att mottagaren är på ett annat nätverk. Paketet kommer att skickas till standardgatewayen, i det här fallet Router 1. Låt det inte finnas någon post i routertabellen för nätverket 192.168.1, men standardgatewayen är Router 2, då kommer den att vidarebefordra paketet till den, och det kommer att leverera paketet till mottagaren.

Om nod 10.1.1.1 försöker skicka ett paket till nod 192.164.1.1, kommer detta paket att vidarebefordras till router 1. Men eftersom det inte vet något om 192.164.1-nätverket kommer en av de viktigaste routingreglerna att uppfyllas: om paketet tas emot och routingtabellen inte innehåller information om dess destinationsnätverk, bör paketet kasseras.

Rutttabell förIPnätverk

Uppgiften att välja en slutlig rutt bland flera möjliga löses av routrar, såväl som slutnoder. Rutten väljs baserat på informationen som dessa enheter har om den aktuella nätverkskonfigurationen, såväl som de angivna ruttkriterierna.

För att kunna välja en rationell rutt för paketet att följa baserat på destinationsnätverkets adress, analyserar varje ändnod och router en speciell informationsstruktur som kallas en routingtabell.

I denna tabell i kolumnen

Destinationsnätverksadress – ange adresserna till alla nätverk som denna router kan överföra paket till

Nästa router i vägen är IP-adressen till fjärrroutern som måste skicka paketet för att leverera det till sin destination

Utdataportnummer – till vilket paketet ska skickas

Avstånd till destinationsnätverket är valfritt mått som används enligt den tjänsteklass som anges i nätverkspaketet. Detta kan vara antalet hopp (övergångar), tiden det tar för ett paket att färdas längs kommunikationslinjer, kommunikationslinjernas tillförlitlighet eller ett annat värde som återspeglar kvaliteten på en given rutt i förhållande till en specifik tjänsteklass. Om en router stöder flera klasser av pakettjänster, kompileras en rutttabell och tillämpas separat för varje typ av tjänst (ruttvalskriterier).

Routningstabellen kan innehålla flera poster för samma destinationsnätverk och en standardgatewaypost.

Routing är processen för att bestämma vägen för information i kommunikationsnätverk.

Rutter kan specificeras administrativt (statiska rutter) eller beräknas med hjälp av routingalgoritmer baserat på information om topologin och nätverkets tillstånd som erhållits med routingprotokoll (dynamiska rutter).

Statiska rutter kan vara:

Rutter som inte förändras över tiden;

Rutter som ändras enligt tidtabell.

Routing i datornätverk utförs vanligtvis av speciell mjukvara och hårdvara - routrar; i enkla konfigurationer kan även utföras av allmänna datorer konfigurerade därefter.

I ordets offentliga mening betyder routing förflyttning av information från en källa till en destination genom ett sammankopplat nätverk. I detta fall påträffas som regel åtminstone en nod på vägen av nätverk som använder en brygga, som i den populära förståelsen utför denna metod exakt samma funktioner. Huvudskillnaden mellan de två är att bryggning sker vid lager 2 i ISO-referensmodellen, medan routing sker vid lager 3. Denna skillnad förklarar varför routing och bryggning använder olika information när den flyttas från källa till destination. Resultatet är att routing och brygga utföra sina uppgifter på olika sätt; i själva verket finns det flera olika typer av routing och bryggning.

Routing komponenter

Routing involverar två huvudkomponenter: att bestämma optimala routingvägar och transportera grupper av information (vanligtvis kallade paket) över ett internetverk. I denna artikel kallas den senare av dessa två komponenter växling kan vara en mycket komplex process.

Definiera en rutt

Ruttbestämning kan baseras på olika indikatorer (värden som resulterar från algoritmiska beräkningar på en enda variabel - till exempel ruttlängd) eller kombinationer av indikatorer. Programvaruimplementationer av routingalgoritmer beräknar ruttmått för att bestämma optimala rutter till en destination.

För att underlätta ruttbestämningsprocessen initierar och underhåller routingalgoritmer routingtabeller som innehåller routinginformation. Routinginformation ändras beroende på vilken routingalgoritm som används.

Routingalgoritmer fyller routingtabeller med en viss mängd information. Destination/Next Hop-associationer talar om för routern att en viss destination kan nås optimalt genom att skicka ett paket till en viss router som representerar "nästa hopp" på väg till slutdestinationen. När den tar emot ett inkommande paket kontrollerar routern destinationsadressen och försöker koppla denna adress till nästa vidarebefordran

Rutningstabeller kan också innehålla annan information. "Indikatorer" ger information om önskvärdheten av en viss kanal eller väg. Routrar jämför mätvärden för att bestämma optimala rutter. Indikatorerna skiljer sig från varandra beroende på vilken routingalgoritm som används. Ett antal vanliga indikatorer kommer att presenteras och beskrivas senare i detta kapitel.

Routrar kommunicerar med varandra (och underhåller sina routingtabeller) genom att skicka olika meddelanden. En typ av sådant meddelande är ett "routing update"-meddelande. Routinguppdateringar inkluderar vanligtvis hela eller delar av routingtabellen. Genom att analysera routinguppdateringsinformation från alla routrar kan vilken som helst av dem skapa en detaljerad bild av nätverkstopologin. Ett annat exempel på meddelanden som utbyts mellan routrar är ett "länk-tillståndsmeddelande." Länkinformation kan också användas för att skapa en komplett bild av nätverkstopologin. När nätverkstopologin väl är förstått kan routrar bestämma optimala rutter till destinationer.

Växlande

Växlingsalgoritmer är relativt enkla och är i princip desamma för de flesta routingprotokoll. I de flesta fall kommer värden att avgöra att paketet måste skickas till en annan värd. Efter att ha mottagit routerns adress på ett visst sätt skickar källvärden ett paket adresserat specifikt till den fysiska adressen för routern (MAC-lagret), men med protokolladressen (nätverkslagret) för destinationsvärden.

Efter att ha kontrollerat paketets destinationsprotokolladress avgör routern om den vet hur paketet ska vidarebefordras till nästa router eller inte. I det andra fallet (när routern inte vet hur paketet ska vidarebefordras) ignoreras vanligtvis paketet. I det första fallet vidarebefordrar routern paketet till nästa router genom att ersätta destinationens fysiska adress med nästa routers fysiska adress och sedan vidarebefordra paketet.

Nästa hopp kan vara slutdestinationens värd eller inte. Om inte, så är nästa hopp vanligtvis en annan router som går igenom samma växlingsbeslutsprocess. När ett paket rör sig genom Internet ändras dess fysiska adress, men dess protokolladress förblir densamma. Denna process illustreras i figuren.

Ovanstående beskrivning diskuterar växlingen mellan källan och slutdestinationssystemet. International Organization for Standardization (ISO) har utvecklat en hierarkisk terminologi som kan vara användbar för att beskriva denna process. Med denna terminologi kallas nätverksenheter som inte har förmågan att vidarebefordra paket mellan subnät för slutsystem (ES), medan nätverksenheter som har denna förmåga kallas mellansystem (IS). Mellanliggande system är vidare uppdelade i system som kan kommunicera inom "routingdomäner" ("intra-domän" ISs), och system som kan kommunicera både inom en routingdomän och med andra routingdomäner ("inter-doain ISs"). En "routingdomän" anses i allmänhet vara en del av ett integrerat nätverk under övergripande administrativ kontroll och styrs av en definierad uppsättning administrativa riktlinjer. Routingdomäner kallas också för "autonoma system" (AS) för vissa protokoll ytterligare indelade i "routingsektioner", men intradomänroutingprotokoll används också för att byta både inom och mellan sektioner.

Routing-algoritmer

Routingalgoritmer kan differentieras baserat på flera nyckelegenskaper. För det första påverkas prestandan för det resulterande routningsprotokollet av de specifika problem som algoritmdesignern löser. För det andra finns det olika typer av routingalgoritmer, och var och en av dem har olika inverkan på nätverket och routingresurserna. Slutligen använder routingalgoritmer en mängd olika mått som påverkar beräkningen av optimala rutter. Följande avsnitt analyserar dessa attribut för routingalgoritmer.

Mål för utveckling av routingalgoritm

Routingalgoritmer utformas ofta med ett eller flera av följande mål i åtanke:

1. Optimalitet

2. Enkelhet och låg overhead

3. Vitalitet och stabilitet

4. Snabb konvergens

5. Flexibilitet

Optimalitet

Optimalitet är förmodligen det vanligaste designmålet. Det kännetecknar förmågan hos en routingalgoritm att välja den "bästa" rutten. Den bästa rutten beror på indikatorerna och "vikten" av dessa indikatorer som används i beräkningen. Till exempel kan en routingalgoritm använda flera hopp med en viss fördröjning, men när man beräknar "vikten" av fördröjningen kan den uppskatta att den är mycket signifikant. Naturligtvis måste routingprotokoll strikt definiera sina algoritmer för beräkning av indikatorer.

Enkelhet och låg overhead

Routingalgoritmer är designade för att vara så enkla som möjligt. Med andra ord måste routingalgoritmen tillhandahålla sin funktionalitet effektivt, med minimal mjukvaruoverhead och användning. Effektivitet är särskilt viktigt när programmet som implementerar routingalgoritmen måste köras på en dator med begränsade fysiska resurser.

Vitalitet och stabilitet

Routingalgoritmer måste ha överlevnadsförmåga. Med andra ord måste de fungera väl i händelse av ovanliga eller oförutsedda omständigheter, såsom hårdvarufel, höga belastningsförhållanden och felaktiga implementeringar. Därför att Routrar är placerade vid nätverkshubbar och deras fel kan orsaka betydande problem.

Ofta är de bästa routingalgoritmerna de som har bestått tidens tand och visat sig tillförlitliga under en mängd olika nätverksförhållanden.

Snabb konvergens

Routingalgoritmer måste konvergera snabbt. Konvergens är processen för enighet mellan alla routrar om optimala rutter. När någon nätverkshändelse gör att rutter antingen avvisas eller blir tillgängliga, skickar routrar meddelanden om routinguppdatering. Meddelanden om uppdatering av routing genomsyrar nätverken, uppmanar till omberäkningar av optimala rutter och tvingar i slutändan alla routrar att komma överens om dessa rutter. Routingalgoritmer som konvergerar långsamt kan leda till routingslingor eller nätverksfel.

Flexibilitet

Routingalgoritmer måste också vara flexibla. Med andra ord måste routingalgoritmer anpassa sig snabbt och exakt till en mängd olika nätverksförhållanden. Anta till exempel att ett nätverkssegment avvisas. Många routingalgoritmer, när de väl är medvetna om detta problem, väljer snabbt den näst bästa vägen för alla rutter som vanligtvis använder det segmentet. Routningsalgoritmer kan programmeras för att anpassa sig till förändringar i nätverksbandbredd, routerköstorlekar, nätverkslatens och andra variabler.

Typer av algoritmer

Routingalgoritmer kan klassificeras efter typ. Algoritmer kan till exempel vara:

1. Statisk eller dynamisk

2. Enkelväg eller flerväg

3. Ennivå eller hierarkisk

4. Med intelligens i värden eller routern

5. Intra-domän och inter-domän

6. Algoritmer för kanaltillstånd eller avståndsvektor

Statiska eller dynamiska algoritmer

Statiska routingalgoritmer är knappast algoritmer alls. Distributionen av statiska routingtabeller ställs in av nätverksadministratören innan routing börjar. Det ändras inte om inte nätverksadministratören ändrar det. Algoritmer som använder statiska rutter är lätta att utveckla och fungerar bra i miljöer där nätverkstrafiken är relativt förutsägbar och nätverksdesignen är relativt enkel.

Därför att Statiska routingsystem kan inte svara på förändringar i nätverket och anses generellt vara olämpliga för dagens stora, ständigt föränderliga nätverk. De flesta av de dominerande routingalgoritmerna på 1990-talet. - dynamisk.

Dynamiska routingalgoritmer anpassar sig till förändrade nätverksförhållanden i realtid. De gör detta genom att analysera inkommande routinguppdateringsmeddelanden. Om meddelandet indikerar att en nätverksändring har skett, räknar routingprogrammen om rutterna och skickar nya ruttjusteringsmeddelanden. Sådana meddelanden genomsyrar nätverket och uppmanar routrar att köra om sina algoritmer och ändra routningstabeller därefter. Dynamiska routingalgoritmer kan komplettera statiska rutter där så är lämpligt. Du kan till exempel utveckla en "last-hit router" (det vill säga en router dit alla paket som inte skickas längs en viss rutt skickas). En sådan router fungerar som ett arkiv för osända paket, och säkerställer att alla meddelanden åtminstone behandlas på ett visst sätt.

Envägs- eller flervägsalgoritmer

Vissa komplexa routingprotokoll tillhandahåller flera rutter till samma destination. Sådana flervägsalgoritmer gör det möjligt att multiplexera trafik över flera linjer; enkelvägsalgoritmer kan inte göra detta. Fördelarna med flervägsalgoritmer är uppenbara - de kan ge betydligt större genomströmning och tillförlitlighet.

Ennivå- eller hierarkiska algoritmer

Vissa routingalgoritmer fungerar i platt utrymme, medan andra använder routinghierarkier. I ett enlagers routingsystem är alla routrar lika i förhållande till varandra. I ett hierarkiskt routingsystem utgör vissa routrar det som utgör ryggraden ( ryggrad- routingbas. Paket från icke-kärnroutrar reser till och genom kärnroutrar tills de når destinationens allmänna område. Från och med denna tidpunkt reser de från den sista kärnroutern genom en eller flera icke-kärnroutrar till sin slutdestination.

Routingsystem upprättar ofta logiska grupper av noder som kallas domäner eller autonoma system (AS) eller områden. I hierarkiska system kan vissa routrar i en domän kommunicera med routrar i andra domäner, medan andra routrar i den domänen endast kan kommunicera med routrar inom sin egen domän. I mycket stora nätverk kan ytterligare hierarkiska nivåer finnas. Routrar på den högsta hierarkiska nivån utgör routingbasen.

Den största fördelen med hierarkisk routing är att den efterliknar de flesta företags organisation och därför stödjer deras trafikmönster mycket väl. Den mesta nätverkskommunikationen sker inom grupper av små företag (domäner). Intra-domänroutrar behöver bara veta om andra routrar inom sin domän, så deras routningsalgoritmer kan förenklas. Trafiken för uppdatering av routing kan minskas i enlighet med detta, beroende på vilken routingalgoritm som används.

Algoritmer med intelligens i huvuddatorn eller routern

Vissa routingalgoritmer antar att den slutliga källnoden bestämmer hela rutten. Detta brukar kallas för källrouting. I källroutingsystem fungerar routrar helt enkelt som lagrings- och vidarebefordringsenheter för paketet och vidarebefordrar det till nästa stopp utan att tänka.

Andra algoritmer antar att huvuddatorerna inte vet något om rutterna. När man använder dessa algoritmer bestämmer routrar rutten genom det sammankopplade nätverket baserat på sina egna beräkningar. I det första systemet som diskuteras ovan är routningsintelligensen placerad i huvuddatorn routing intelligens.

Avvägningen mellan routing med intelligens i värden och routing med intelligens i routern uppnås genom att väga ruttens optimalitet mot trafiken ovanför. System med intelligens i huvuddatorn väljer ofta de bästa vägarna, eftersom de hittar vanligtvis alla möjliga rutter till destinationen innan paketet faktiskt skickas. De väljer sedan den bästa rutten baserat på att bestämma optimaliteten för det specifika systemet. Men handlingen att fastställa alla rutter kräver ofta betydande söktrafik och lång tid.

Intra-domän eller cross-domän algoritmer

Vissa routingalgoritmer fungerar endast inom domäner; andra - både inom domäner och mellan dem. Naturen för dessa två typer av algoritmer är olika. Därför är det tydligt att den optimala algoritmen för routning inom domänen inte nödvändigtvis kommer att vara den optimala algoritmen för routning mellan domäner.

Kanaltillstånd eller avståndsvektoralgoritmer

Länktillståndsalgoritmer (även kända som algoritmer med kortaste väg) skickar routinginformation till alla noder i ett sammankopplat nätverk. Varje router skickar dock bara den del av routingtabellen som beskriver tillståndet för dess egna länkar (även känd som Bellman-Ford-algoritmer) kräver att varje router skickar hela eller delar av sin routingtabell, men bara till sina grannar skickar faktiskt länktillståndsalgoritmer små justeringar i alla riktningar, medan avståndsvektoralgoritmer bara skickar större justeringar till angränsande routrar.

Med snabbare konvergens är länktillståndsalgoritmer något mindre benägna att dirigera loopar än avståndsvektoralgoritmer. Å andra sidan har länktillståndsalgoritmer mer komplexa beräkningar än avståndsvektoralgoritmer, vilket kräver mer processorkraft och minne än avståndsvektoralgoritmer. Som ett resultat kan länktillståndsalgoritmer bli dyrare att implementera och underhålla. Trots deras skillnader fungerar båda typerna av algoritmer bra under en mängd olika omständigheter.

Algoritmindikatorer (mått)

Routningstabeller innehåller information som växlande program använder för att välja den bästa rutten. Vad kännetecknar konstruktionen av routingtabeller? Vilken typ av information de innehåller? Det här avsnittet om algoritmmått försöker svara på frågan om hur en algoritm avgör om en rutt är att föredra framför en annan.

Routingalgoritmer använder många olika mätvärden. Komplexa ruttalgoritmer kan baseras på flera indikatorer när du väljer en rutt, kombinera dem på ett sådant sätt att resultatet blir en separat (hybrid) indikator. Följande är mätvärdena som används i routingalgoritmer:

Ruttens längd

Pålitlighet

Dröjsmål

Bandbredd

Kommunikationskostnad

Ruttens längd

Ruttlängd är det vanligaste ruttmåttet. Vissa routingprotokoll tillåter nätverksadministratörer att tilldela godtyckliga priser till varje nätverkslänk. I detta fall är väglängden summan av kostnaderna för varje kanal som korsades. Andra routingprotokoll definierar "antal hopp", dvs. ett mått som kännetecknar antalet passeringar ett paket måste göra på sin väg från sin källa till sin destination genom nätverksprodukter (som routrar).

Pålitlighet

Tillförlitlighet, i samband med routingalgoritmer, hänvisar till tillförlitligheten för varje länk i nätverket (vanligtvis beskrivet i termer av bit-till-fel-förhållande). Vissa nätverkslänkar kan misslyckas oftare än andra. Fel på vissa nätverkslänkar kan lösas lättare eller snabbare än fel på andra länkar. Vid tilldelning av tillförlitlighetsklassificeringar kan alla tillförlitlighetsfaktorer beaktas. Tillförlitlighetsklassificeringar tilldelas vanligtvis nätverkslänkar av nätverksadministratörer. I regel handlar det om godtyckliga digitala värden.

Dröjsmål

Routingfördröjning förstås vanligtvis som hur lång tid det tar för ett paket att resa från dess källa till dess destination genom ett sammankopplat nätverk. paketets väg, nätverksstockning vid alla mellanliggande kanaler i nätverket och det fysiska avståndet över vilket paketet måste flyttas. Eftersom det finns en konglomerat av flera viktiga variabler är latens den vanligaste och mest användbara indikatorn.

Bandbredd

Bandbredd hänvisar till den tillgängliga trafikkapaciteten för en länk. Allt annat lika är en 10 Mbps Ethernet-kanal att föredra framför alla hyrda linjer med en bandbredd på 64 KB/sek. Även om bandbredd är en uppskattning av den maximala kapaciteten för en länk, är rutter som passerar genom länkar med högre bandbredd inte nödvändigtvis bättre än rutter som passerar genom långsammare länkar.

Mmeny"IP-gränssnittsinställningar"

Trafiksegmentering

Trafiksegmentering tjänar till att differentiera domäner på lager 2. Den här funktionen låter dig konfigurera portar så att de är isolerade från varandra, men samtidigt ha tillgång till delade portar som används för att ansluta servrar och leverantörens nätverksstamnät. Denna funktion kan användas när du bygger leverantörsnätverk.

Ett exempel på användning av funktionen Trafiksegmentering.

Alla datorer (PC2 - PC24) har tillgång till upplänksporten, men har inte åtkomst till varandra på länknivå. Denna lösning kan användas:

1. I ETTH-projekt för att isolera slutanvändarportar.

2.Att ge tillgång till en delad server

Träning

1. Montera nätverkstopologin som visas i figuren

2. Studera avsnitten "Adressering i IP-nätverk", "IP-routing" och menyn "IP Interfase Settings"

3. Skapa IP-undernät. Tilldela varje dator en IP-adress från sitt eget undernät

4. Studera avsnittet "Trafiksegmentering" och menyn "Trafiksegmentering".

5. Organisera "kam"-principen på var och en av DES-3010G-switcharna - varje dator som är ansluten till switchen kan endast utbyta information med omvärlden, men inte med andra datorer som är anslutna till denna switch.

6. Bekräfta att inställningarna du har gjort är korrekta.

Frågor för självkontroll.

1. Typer av adresser.

2. IP-adressnivåer.

3. Klasser av IP-adresser. Ge exempel.

4. Funktioner i ARP- och RARP-protokollen.

5. DNS-tjänst

6. DHCP-serverfunktioner.

7. Typer av routing.

8. Ruttningskomponenter

9. Ruttbestämning

10. Byte

11. Routingalgoritmer

12. Mål för att utveckla routingalgoritmer

13. Typer av algoritmer

14. Algoritmindikatorer (mått)

15. Vilka inställningar kan konfigureras med menyn "IP Interfase Settings"?

16. Vad används trafiksegmentering till? Låt mig visa dig med ett exempel.

16. Vilka inställningar kan organiseras med menyn "Trafiksegmentering"?