Типы и алгоритмы маршрутизации

Тема 4. Маршрутизация протокола IP, протоколы обмена маршрутной информации (см. презентацию)

Лекция 13. Методы и алгоритмы маршрутизации в IP-сетях. Маршрутизация в автономных системах. Таблица маршрутизации. Маршрутизации в распределенной сети. Алгоритм обработки IP-дейтаграмм маршрутизатором

Маршрутизация в IP – сетях.

Распределенную сеть можно рассматривать как набор сетевых устройств и сетей, связанных между собой маршрутизаторами. Стек протоколов TCP/IP разработан для взаимодействия удаленных систем в сложных, распределенных сетях. Отдельные сети с коммутацией пакетов связываются маршрутизаторами.

Два устройства, подключенные к одной сети, могут посылать пакеты друг другу. Кроме того, сеть получает пакеты из удаленной сети и доставляет их определенному получателю в локальной сети или передает дальше, другим сетям. Если два устройства, расположенные в разных сетях, хотят переслать друг другу информацию, отправитель посылает пакеты определенному маршрутизатору. Тот передает пакет через систему маршрутизаторов и сетей до тех пор, пока пакет не достигнет маршрутизатора, который подключен напрямую к сети получателя. Этот конечный маршрутизатор затем передаст пакет получателю по известному физическому адресу. Маршрутизаторы передают пакеты, основыва­ясь на номере (адресе) сети получателя, а не на его физическом адресе. Поэтому информация, необходимая маршрутизатору, зависит от числа сетей, составляющих общую распределенную сеть, но не от числа устройств.

Выделяют два типа маршрутизации: прямую и косвенную. При прямой маршрутизации отправитель в определенной IP-сети может напрямую передавать кадры любому получателю в той же сети. При этом не требуется функциональность IР-маршрутизации.

Для передачи дейтаграммы с использованием прямой маршрутизации, отправитель инкапсулирует эту дейтаграмму в кадр канального уровня, определяет с помощью протокола ARP физический адрес получателя по известному IP-адре­су и, используя сетевое аппаратное обеспечение, доставляет дейтаграмму.

Косвенная маршрутизация происходит в том случае, если отправитель и по­лучатель находятся в разных IP-сетях. Косвенная маршрутизация требует, чтобы отправитель передавал дейтаграммы маршрутизатору для доставки их через рас­пределенную сеть. Косвенная маршрутизация — это процесс более сложный, чем прямая маршрутизация, ввиду следующих двух причин:

§ Отправитель должен определить маршрутизатор, которому необходимо адресовать дейтаграммы для доставки;

§ Маршрутизатор должен уметь доставлять дейтаграммы к целевой сети, в которой располагается получатель.

Поясним на простом примере отличия прямой и косвенной маршрутизации. Предположим, что какой-либо маршрутизатор связывает две сети и, следова­тельно, он имеет два IP-адреса и два физических адреса для каждого из своих портов, присоединенных к этим сетям. Когда отправитель в любой из сетей направляет свой пакет маршрутизатору, то это будет прямой маршрутизаци­ей. Если маршрутизатор отправляет пакет получателю внутри любой из сетей — это также прямая маршрутизация. Однако, если рассматривать взаимную работу от­правителя и получателя через маршрутизатор, то их взаимодействие осуществ­ляется с помощью косвенной маршрутизации. Маршрутизация выполняется маршрутизатором на уровне протокола IP. Этот процесс полностью прозрачен для протоколов TCP, UDP и сетевых приложений.

Перед отправкой пакета отправитель проверяет сетевой префикс IP-адреса получателя, сравнивая его с префиксом своей сети. Совпадение означает, что дейтаграмма может быть послана напрямую. Если номера сетей не совпадают, отправитель должен послать дейтаграмму маршрутизатору.

Обычно параметр «маршрутизатор по умолчанию» (default router) настраивается на каждой рабочей станции сетевым администратором. Маршрутизатор по умолчанию отвечает за доставку дейтаграмм всем устройствам, которые не под­ключены к сети отправителя. То есть, маршрутизацией так или иначе занимаются все узлы сети.

Маршрутизатор принимает решение о передаче каждой дейтаграммы на основании своей таблицы маршрутизации. В качестве индекса таблицы используется номер сети, полученный из поля «Адрес получателя» в заголовке IP-дейтаграммы. Если получатель располагается в сети, подключенной к одному из портов маршрутизатора, последний может доставить дейтаграмму напрямую, не посылая ее другим маршрутизаторам. В противном случае маршрутизатор до­лжен отослать дейтаграмму другому маршрутизатору, который находится ближе к получателю. То есть здесь решается задача выбора маршрута.

Типы и алгоритмы маршрутизации.

Существует два подхода к выбору маршрута:

§ одношаговый подход;

§ маршрутизация от источника.

Согласно методу одношаговой маршрутизации каждый маршрутизатор и ко­нечный узел принимает участие в выборе только одного шага передачи дейта­граммы. В каждой строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут (в виде последовательности IP-адресов маршрутизаторов, через которые должна пройти дейтаграмма), а только один IP-адрес следующего маршрутизатора (маршрутизатора на том пути, по которому нужно передать дейтаграмму). Вместе с дейтаграммой этому маршрутизатору передается и ответственность за выбор следующего шага. Такой подход распределяет задачу выбора маршрута и снима­ет ограничение на максимальное количество маршрутизаторов в пути. Кроме того, за счет использования маршрутизатора по умолчанию (который обычно занимает в таблице маршрутизации последнюю строку) существенно сокраща­ется объем таблицы. Все дейтаграммы, номера сетей которых отсутствуют в таблице маршрутизации, передаются маршрутизатору по умолчанию. Подра­зумевается, что маршрутизатор по умолчанию передает дейтаграмму в магист­ральную сеть, а маршрутизаторы, подключенные к магистральной сети, имеют полную информации о ее топологии.