Тема 2. Сети и подсети. Маршрутизация. VLSM и разбиение на подсети.
Технологии безклассовой маршрутизации
Вскоре стало ясно, что принятых мер недостаточно, и адресации стало банально не хватать. Встал вопрос о рациональном использовании адресного простаранства – выдавая сети класса А, интернет терял огромное количество адресов, так как полностью утилизировать их было непросто для любой организации. Тем не менее, гиганты IT-индустрии довольно шустро зарезервировали за собой такие сети и по сей день успешно их используют. Этих ребят проблемы IPv4 и необходимось перехода на IPv6 не беспокоит в принципе. Примеры: сеть “Power 9” от IBM, сеть Apple и т.д.
Вообще, выделением новых «белых» адресов занимается организация IANA, она же отвечает за DNS и глобальную маршрутизацию.
Для решения очередной проблемы недостатка адресов IPv4 было решено ввести технологии маски переменной длины (VLSM)ибесклассовой маршрутизации (CIDR). По сути, маски подсети отвязали от конкретных классов, благодаря чему стало возможным бить сети любого класса на 2,4,8,16 и т.д. хостов, решая проблему нерационального использования адресного пространства. Сети разбились на подсети. Теперь, описывая любую подсеть, обязательно надо указывать её маску, соответственно записи приобрели вид: 192.168.0.0 255.255.255.224 (прямая запись) либо 192.168.0.0/27 при префиксной записи.
Маршрутизация
Возникает вопрос: как же всё это работает? Для чего вообще нужны сети? Почему нельзя просто использовать адреса и не создавать проблему с масками? Как сказано ранее, разбиение на сети необходимо для снижения нагрузки на магистральные рутеры. Рассмотрим простейшую схему маршрутизации трафика. В ней участвуют 3 раутера: Router 0, Router 1 и Router 2. Они соединены друг с другом таким образом, что избыточные связи отсутствуют (по цепочке). То есть, Router 0 напрямую не видит Router 1. И тем не менее, маршрутизаторы могут общаться:
Рис. 1. Простейшая схема маршрутизации трафика
За счет чего происходит установление связи? Оно происходит за счёт составления и обмена таблицами маршрутизации, которые позволяют соседним раутерам узнавать о маршрутах в необходимые пункты без необходимости хранить информацию обо всех хопах (переходах), которые необходимо совершить для их достижения. Таким образом, используется принцип соседства, где любые два напрямую соединённые марщрутизаторы могут обмениваться данными о маршрутах, создавая, таким образом, отлично масштабируемую систему обмена путей. Так, Router 0 передаёт информацию о сети 192.158.0.0/24 Router’у 1, тот отправляет её на Router 2, позволяя сетям 192.158.0.0/24 и 192.158.1.0/24 общаться друг с другом.
А теперь представим ситуацию, в которой конечных подсетей не 2, а 2 миллиона. Для построения и обработки маршрутизации, состоящей из 2 миллионов записей нужны немалые мощности, которых банально может не оказаться.
Чтобы решить эту проблему, была представлена система суммирования маршрутов – технология объединения разных подсетей в одну на участке глобальной маршрутизации. Например, добавим в схему выше еще один маршрутизатор (Router 3):
Рис. 2 Схема глобальной маршрутизации трафика
Чтобы дойти до сетей 192.158.0.0/24 и 192.158.1.0/24, Router’у 3 не нужно запоминать 2 разных маршрута, так как оба этих маршрута в любом случае будут пролегать через Router 1. Достаточно запомнить один путь, просуммировав подсети 192.158.0.0/24 и 192.158.1.0/24 следующим образом: 192.158.0.0/24 + 192.158.1.0/24 = 192.158.0.0/23 и направив трафик через Router 1. Мы получили оптимизацию маршрута и при этом сохранили функционал (т.к. Router 1 всё равно знает отдельные пути для 192.158.0.0/24 и 192.158.1.0/24).
Тема 3. Задачи маршрутизатора. Типовые функции современных маршрутизаторов и основные характеристики. Выбор оптимально маршрута. Таблица маршрутизации. Типы маршрутов. Обзор протоколов динамической маршрутизации.
Напоминание:Маршрутиза́тор — специализированный сетевой компьютер, имеющий два или более сетевых интерфейсов и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором. Устройство, предназначенное для связи между разными подсетями.
Задачи маршрутизатора:
· пересылка пакетов между разными подсетями;
· фильтрация трафика;
· выбор оптимального маршрута;
· контроль целостности данных;
· защита информации;
· поддержка соседства с другими раутерами...
Основные технические характеристики маршрутизатора связаны с его основной задачей - маршрутизацией пакетов в составной сети. Именно эти характеристики прежде всего определяют возможности и сферу применения того или иного маршрутизатора.
Перечень поддерживаемых сетевых протоколов. Магистральный маршрутизатор должен поддерживать большое количество сетевых протоколов и протоколов маршрутизации, чтобы обеспечивать трафик всех существующих на предприятии вычислительных систем (в том числе и устаревших, но все еще успешно эксплуатирующихся, так называемых унаследованных - legacy), а также систем, которые могут появиться на предприятии в ближайшем будущем. Если центральная сеть образует отдельную автономную систему Internet, то потребуется поддержка и специфических протоколов маршрутизации этой сети, таких как EGP и BGP. Программное обеспечение магистральных маршрутизаторов обычно строится по модульному принципу, поэтому при возникновении потребности можно докупать и добавлять программные модули, реализующие недостающие протоколы.
Перечень поддерживаемых сетевых протоколов обычно включает протоколы IP, CONS и CLNS OSI, IPX, AppleTalk, DECnet, Banyan VINES, Xerox XNS.
Перечень протоколов маршрутизации составляют протоколы IP RIP, IPX RIP, NLSP, OSPF, IS-IS OSI, EGP, BGP, VINES RTP, AppleTalk RTMP.
Перечень поддерживаемых интерфейсов локальных и глобальных сетей. Для локальных сетей - это интерфейсы, реализующие физические и канальные протоколы сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN и АТМ.
Поддерживаются интерфейсы последовательных линий (serial lines) RS-232, RS-449/422, V.35 (для передачи данных со скоростями до 2-6 Мбит/с), высокоскоростной интерфейс HSSI, обеспечивающий скорость до 52 Мбит/с, а также интерфейсы с цифровыми каналами Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ и интерфейсами BRI и PRI цифровой сети ISDN. Некоторые маршрутизаторы имеют аппаратуру связи с цифровыми глобальными каналами, что исключает необходимость использования внешних устройств сопряжения с этими каналами.
В набор поддерживаемых глобальных технологий обычно входят технологии Х.25, frame relay, ISDN и коммутируемых аналоговых телефонных сетей, сетей АТМ, а также поддержка протокола канального уровня РРР.
Общая производительность маршрутизатора. Высокая производительность маршрутизации важна для работы с высокоскоростными локальными сетями, а также для поддержки новых высокоскоростных глобальных технологий, таких как frame relay, ТЗ/Е3, SDH и АТМ. Общая производительность маршрутизатора зависит от многих факторов, наиболее важными из которых являются: тип используемых процессоров, эффективность программной реализации протоколов, архитектурная организация вычислительных и интерфейсных модулей. Общая производительность маршрутизаторов колеблется от нескольких десятков тысяч пакетов в секунду до нескольких миллионов пакетов в секунду. Наиболее производительные маршрутизаторы имеют мультипроцессорную архитектуру, сочетающую симметричные и асимметричные свойства - несколько мощных центральных процессоров по симметричной схеме выполняют функции вычисления таблицы маршрутизации, а менее мощные процессоры в интерфейсных модулях занимаются передачей пакетов на подключенные к ним сети и пересылкой пакетов на основании части таблицы маршрутизации, кэшированной в локальной памяти интерфейсного модуля.
Принцип работы маршрутизатора
Маршрутизатор использует таблицу маршрутизации для пересылки пакета данный вплоть до пункта назначения. Таблица маршрутизации(Routing Table) – это набор записей, содержащий варианты достижения той или иной подсети при помощи известного пути. Routing Table на оборудовании Cisco имеет следующий вид:
Обычно, ТМ содержит в себе:
· обозначение протокола, по которому был получен маршрут (R,C, S);
· сеть, до которой известен путь с указанием маски (172.16.0.0/16);
· адрес следующего хопа (устройства, через которое пойдет трафик для достижения указанной сети назначения – via 209.165.200.1);
· интерфейс (физический порт), через который будет отправлен трафик (Serial1/0);
· Административное расстояние (Administrative distance, цена марщрута) и метрика (120/1)
В таблицу маршрутизации заносятся лишь оптимальные маршруты, выбранные маршрутизатором для пересылки пакетов. Выбор происходит по двум параметрам: метрика и административное расстояние. Административное расстояние является доминирующим параметром, так как имеет разное значение в зависимости от используемого протокола. Так, например, сети, известные при помощи статического маршрута, имеют административное расстояние 1. Меньше только у напрямую (физически) подсоединённых сетей (0). Протоколы динамической маршрутизации имеют административное расстояние 90, 120 и так далее. Чем меньше административное расстояние, тем лучшим считается маршрут. Административное расстояние в статичных маршрутах можно менять вручную.
В случае, если AD совпадает у двух маршрутов, в дело вступает метрика. Это величина, определяющая выбор оптимального маршрута в пределах одного протокола маршрутизации. В простейшем случае (при работе со статической маршрутизацией) метрика задаётся вручную и её принцип совпадает с принципом работы административного расстояния. В случаях применения протоколом динамической маршрутизации метрика – сложный параметр, зависящий от самого протокола.
Динамические протоколы маршрутизации
В зависимости от алгоритма маршрутизации протоколы делятся на два вида:
· дистанционно-векторные протоколы (основаны на алгоритме DVA — англ. distance vector algorithm);
· протоколы состояния каналов связи (основаны на алгоритме LSA — англ. link state algorithm).
По области применения выделяют протоколы:
· для междоменной маршрутизации;
· для внутридоменной маршрутизации.