Отчет по учебной практике. Отчет. Отчет по учебной практике Маршрутизация в сети Интернет тема студента Стрельникова Александра Юрьевича группы авт243 фио студента
 Скачать 0.77 Mb.
|
Маршрутизация в сети ИнтернетМаршрутизация (англ. Routing) — процесс определения оптимального маршрута данных в сетях связи. [2] Если в сети нет маршрутизаторов, то не поддерживается маршрутизация. Маршрутизаторы направляют (перенаправляют) трафик во все сети, составляющие объединенную сеть. Для маршрутизации пакета маршрутизатор должен владеть следующей информацией: адрес назначения; соседний маршрутизатор, от которого он может узнать об удаленных сетях; доступные пути ко всем удаленным сетям; наилучший путь к каждой удаленной сети; методы обслуживания и проверки информации о маршрутизации. Маршрутизатор узнает об удаленных сетях от соседних маршрутизаторов или от сетевого администратора. Затем маршрутизатор строит таблицу маршрутизации, которая описывает, как найти удаленные сети. Если сеть подключена непосредственно к маршрутизатору, он уже знает, как направить пакет в эту сеть. Если же сеть не подключена напрямую, маршрутизатор должен узнать (изучить) пути доступа к удаленной сети с помощью статической маршрутизации (ввод администратором вручную местоположения всех сетей в таблицу маршрутизации) или через вычисление с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты).[3] Сетевая модель OSI Сетевая модель стека сетевых протоколов OSI/ISO. Посредством данной модели различные сетевые устройства могут взаимодействовать друг с другом. Модель определяет различные уровни взаимодействия систем. Каждый уровень выполняет определённые функции при таком взаимодействии. Открытая сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection model) состоит из семи уровней. [11] На седьмом уровне информация представляется в виде данных, на первом — в виде бит. Процесс, когда информация отправляется и переходит из данных в биты, называется инкапсуляцией. Обратный процесс, когда информация, полученная в битах на первом уровне, переходит в данные на седьмом, называется декапсуляцией. На каждом из семи уровней информация представляется в виде блоков данных протокола — PDU (Protocol Data Unit).  Рисунок 2.1.1. Сетевая модель OSI Вот уровни модели OSI сверху вниз, с указанием функций и PDU (блоки данных протокола) для уровней 1−4: 7. Прикладной (application). Доступ к сетевым службам 6. Представления (presentation). Представление и шифрование данных 5. Сеансовый (session). Управление сеансом связи. 4. Транспортный (transport). Прямая связь между конечными пунктами и надёжность. Сегменты и датаграммы 3. Сетевой (network). Определение маршрута и логическая адресация. Пакеты 2. Канальный (data link). Физическая адресация. Кадры (фреймы) 1. Физический (physical). Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными. Биты, символы Каждому уровню OSI соответствуют определённые функции, протоколы, оборудование и PDU. Для уровней 5-7 это любые данные. [11] Благодаря жёсткой абстракции в OSI реализована практически абсолютная гибкость. Маршрутизатором называется узел сети с несколькими IP-интерфейсами (содержащими свой MAC-адрес и IP-адрес), подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий на основе решения задачи маршрутизации перенаправление дейтаграмм из одной сети в другую для доставки от отправителя к получателю. [5] Маршрутизаторы представляют собой либо специализированные вычислительные машины, либо компьютеры с несколькими IP-интерфейсами, работа которых управляется специальным программным обеспечением. Выделяют следующие типы маршрутизаторов [4]: Внутренний маршрутизатор (internal router) - маршрутизатор, все интерфейсы которого принадлежат одной зоне. У таких маршрутизаторов только одна база данных состояния каналов. Пограничный маршрутизатор (area border router, ABR) - маршрутизатор, соединяющий одну или больше зон с магистральной зоной, и выполняет функции шлюза для межзонального трафика. У пограничного маршрутизатора всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной зоне. Для каждой присоединенной зоны маршрутизатор поддерживает отдельную базу данных состояния каналов. Магистральный маршрутизатор (backbone router) - маршрутизатор, у которого всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной зоне. Определение похоже на пограничный маршрутизатор, однако магистральный маршрутизатор не всегда является пограничным. Внутренний маршрутизатор, интерфейсы которого принадлежат нулевой зоне, также является магистральным. Пограничный маршрутизатор автономной системы (AS boundary router, ASBR) обменивается информацией с маршрутизаторами, принадлежащими другим автономным системам. Пограничный маршрутизатор автономной системы может находиться в любом месте автономной системы и быть внутренним, пограничным или магистральным маршрутизатором. Аппаратный и программный маршрутизаторы Программными маршрутизаторами называют компьютеры с маршрутизирующим ПО, они позволяют, сохранив имеющуюся аппаратную базу, работать с различными сетевыми топологиями и при этом допускают расширение. Добавление нового сегмента локальной или глобальной сети сводится к простому подключению еще одного адаптера. По сравнению с аппаратным, программный маршрутизатор проще и лучше масштабируется, но стоит дороже аналогичного аппаратного устройства. Экономически целесообразно использовать в том случае, если трафик между сетями небольшой и для работы маршрутизатора не требуется выделять специального сервера. Аппаратные маршрутизаторы - специализированные устройства, предоставляющие пользователю ряд преимуществ. Во-первых, при объединении большого числа локальных сетей он обойдется пользователю значительно дешевле его программного аналога, для установки которого требуется выделенный мощный сервер. При небольшом числе объединяемых локальных сетей использование аппаратного маршрутизатора позволяет в значительной степени разгрузить сервер для решения других задач. Во-вторых, аппаратный вариант обладает более широким набором поддерживаемых интерфейсов. [3] Функциональная модель маршрутизатора Основная функция маршрутизатора - чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту (например, IPX, IP, AppleTalk или DECnet), и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла. Функции маршрутизатора могут быть разбиты на 3 группы в соответствии с уровнями модели OSI. [6]  Рисунок 2.2.2.2. Функциональная модель маршрутизатора Уровень интерфейсов. На нижнем уровне маршрутизатор, как и любое устройство, подключенное к сети, обеспечивает физический интерфейс со средой передачи, включая согласование уровней электрических сигналов, линейное и логическое кодирование, оснащение определенным типом разъема. В разных моделях маршрутизаторов часто предусматриваются различные наборы физических интерфейсов, представляющих собой комбинацию портов для подсоединения локальных и глобальных сетей. Разница между интерфейсами локальных и глобальных сетей объясняется тем, что технологии локальных сетей работают по собственным стандартам физического уровня, которые не могут, как правило, использоваться в других технологиях, поэтому интерфейс для локальной сети представляет собой сочетание физического и канального уровней и носит название по имени соответствующей технологии - например, интерфейс Ethernet. Интерфейсы маршрутизатора выполняют полный набор функций физического и канального уровней по передаче кадра, включая получение доступа к среде (если это необходимо), формирование битовых сигналов, прием кадра, подсчет его контрольной суммы и передачу поля данных кадра верхнему уровню, в случае если контрольная сумма имеет корректное значение. Как и любой конечный узел, каждый порт маршрутизатора имеет собственный аппаратный адрес (в локальных сетях МАС - адрес), по которому ему и направляются кадры, требующие маршрутизации, другими узлами сети. Перечень физических интерфейсов, которые поддерживает та или иная модель маршрутизатора, является его важнейшей потребительской характеристикой. Маршрутизатор должен поддерживать все протоколы канального и физического уровней, используемые в каждой из сетей, к которым он будет непосредственно присоединен. Кадры, которые поступают на порты маршрутизатора, после обработки соответствующими протоколами физического и канального уровней, освобождаются от заголовков канального уровня. Извлеченные из поля данных кадра пакеты передаются модулю сетевого протокола. [6] Уровень сетевого протокола Сетевой протокол в свою очередь извлекает из пакета заголовок сетевого уровня и анализирует содержимое его полей. Прежде всего проверяется контрольная сумма, и если пакет пришел поврежденным, то он отбрасывается. Выполняется проверка, не превысило ли время, которое провел пакет в сети (время жизни пакета), допустимой величины. Если превысило - то пакет также отбрасывается. На этом этапе вносятся корректировки в содержимое некоторых полей, например, наращивается время жизни пакета, пересчитывается контрольная сумма. На сетевом уровне выполняется одна из важнейших функций маршрутизатора - фильтрация трафика. Маршрутизатор, обладая более высоким интеллектом, нежели мосты и коммутаторы, позволяет задавать и может отрабатывать значительно более сложные правила фильтрации. Пакет сетевого уровня, находящийся в поле данных кадра, для мостов/коммутаторов представляется неструктурированной двоичной последовательностью. Маршрутизаторы же, программное обеспечение которых содержит модуль сетевого протокола, способны производить разбор и анализ отдельных полей пакета. Они оснащаются развитыми средствами пользовательского интерфейса, которые позволяют администратору без особых усилий задавать сложные правила фильтрации. Они, например, могут запретить прохождение в корпоративную сеть всех пакетов, кроме пакетов, поступающих из подсетей этого же предприятия. Фильтрация в данном случае производится по сетевым адресам, и все пакеты, адреса которых не входят в разрешенный диапазон, отбрасываются. Маршрутизаторы, как правило, также могут анализировать структуру сообщений транспортного уровня, поэтому фильтры могут не пропускать в сеть сообщения определенных прикладных служб, например службы tehet, анализируя поле типа протокола в транспортном сообщении [4]. К сетевому уровню относится основная функция маршрутизатора - определение маршрута пакета. По номеру сети, извлеченному из заголовка пакета, модуль сетевого протокола находит в таблице маршрутизации строку, содержащую сетевой адрес следующего маршрутизатора, и номер порта, на который нужно передать данный пакет, чтобы он двигался в правильном направлении. Если в таблице отсутствует запись о сети назначения пакета и к тому же нет записи о маршрутизаторе по умолчанию, то данный пакет отбрасывается. Перед тем как передать сетевой адрес следующего маршрутизатора на канальный уровень, необходимо преобразовать его в локальный адрес той технологии, которая используется в сети, содержащей следующий маршрутизатор. С сетевого уровня пакет, локальный адрес следующего маршрутизатора и номер порта маршрутизатора передаются вниз, канальному уровню. На основании указанного номера порта осуществляется коммутация с одним из интерфейсов маршрутизатора, средствами которого выполняется упаковка пакета в кадр соответствующего формата. В поле адреса назначения заголовка кадра помещается локальный адрес следующего маршрутизатора. Готовый кадр отправляется в сеть. Уровень протоколов маршрутизации Сетевые протоколы активно используют в своей работе таблицу маршрутизации, но ни ее построением, ни поддержанием ее содержимого не занимаются. Эти функции выполняют протоколы маршрутизации. На основании этих протоколов маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии сети, а затем анализируют полученные сведения, определяя наилучшие по тем или иным критериям маршруты. Результаты анализа и составляют содержимое таблиц маршрутизации. Помимо перечисленных выше функций, на маршрутизаторы могут быть возложены и другие обязанности, например операции, связанные с фрагментацией. Более детально работа маршрутизаторов будет описана при рассмотрении конкретных протоколов сетевого уровня. Алгоритмы маршрутизации Алгоритмы маршрутизации должны удовлетворять следующим требованиям [4]: Оптимальность алгоритма. Она характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать «наилучший» маршрут. Наилучший маршрут зависит от показателей и от «веса» этих показателей, используемых при проведении расчета. Низкие непроизводительные затраты. Алгоритмы маршрутизации должны быть как можно более простыми. Т.е. алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности с минимальными затратами программного обеспечения. Стабильность работы. Алгоритмы маршрутизации должны обладать устойчивостью в работе. Т.е. они должны четко функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств, таких как отказ аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные реализации/ Быстрая сходимость алгоритма. Сходимость – это процесс соглашения между всеми маршрутизаторами по оптимальным маршрутам. Когда какое-нибудь событие в сети приводит к тому, что маршруты или отвергаются, или становятся доступными, маршрутизаторы рассылают сообщения об обновлении маршрутизации. Данные сообщения распространяются по сети, стимулируя пересчет оптимальных маршрутов. вынуждая все маршрутизаторы согласовать эти маршруты. Алгоритмы маршрутизации, которые сходятся медленно, могут привести к образованию петель маршрутизации или выходам из строя сети. Гибкость алгоритма. Алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, к выходу из строя сегмента сети, изменению полосы пропускания сети, размеров очереди к маршрутизатору, величины задержки пакетов в сети и др. переменных данных. Все алгоритмы маршрутизации классифицируются по следующим признакам [4]: Одношаговые и многошаговые (алгоритмы с маршрутизацией от источника – Source Routing). В системах маршрутизации от источника маршрутизаторы функционируют просто как устройства хранения и пересылки пакета, отсылая его к следующему маршрутизатору, предполагая, что отправитель рассчитывает и определяет весь маршрут сам. Одношаговые алгоритмы предполагают, что хост отправителя ничего не знает о маршрутах. При использовании такого рода алгоритмов, маршрутизаторы определяют маршрут через сеть, базируясь на своей собственной информации. Одношаговые алгоритмы в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации делятся на три класса: Алгоритмы статической маршрутизации. Статические алгоритмы представляют собой свод правил работы со статическими таблицами маршрутизации, которые настраиваются администратором сети до начала маршрутизации. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружении, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети проста, поскольку статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети. Алгоритмы простой маршрутизации. В данных алгоритмах таблица маршрутизации либо не используется, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Выделяют три типа простой маршрутизации: случайная маршрутизация, когда прибывший пакет посылается в первом попавшем случайном направлении, кроме исходного; лавинная маршрутизация, когда пакет широковещательно посылается по всем возможным направлениям, кроме исходного; 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. Алгоритмы динамической маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, то программы маршрутизации пересчитывают маршруты и рассылают новые сообщения о корректировке маршрутизации. Данные алгоритмы делятся на две группы: дистанционно-векторные (Distance Vector Algorithm, DVA); алгоритмы состояния связей (Link State Algorithm, LSA); Алгоритмы состояния связей направляют потоки маршрутной информации во все узлы сети. Однако каждый маршрутизатор посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных связей. «Широковещательная» рассылка (передача пакета всем непосредственным соседям маршрутизатора) используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит не так часто. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети. Распространяемая по сети информация состоит из описания связей различных типов: маршрутизатор – маршрутизатор, маршрутизатор – сеть. К достоинствам алгоритма состояния связей можно отнести следующее [8]: Каждый регион имеет полный контроль над распространением своей маршрутной информации. Затраты на вычисление маршрута полностью сосредоточены в регионе отправителе, а маршрутизирующие объекты других регионов не тратят своих ресурсов на генерацию маршрутов, которые хосты их регионов, возможно, никогда не будут использовать. Стратегия отправителя может сохранять право собственности и не распространять свою информацию. Тем самым экономятся затраты на хранение, обработку и полосу пропускания, имеющие место при распространении стратегии отправителя. Дистанционно-векторные требуют от каждого маршрутизатора периодической и «широковещательной» посылки всей или части своей маршрутной таблицы в виде вектора, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число hop-ов (переходов) с учетом или без времени прохождения пакета по сети между узлами. При получении вектора от соседа маршрутизатор наращивает расстояния 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 (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. По сути, алгоритмы состояния связей направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как дистанционно-векторные алгоритмы отсылают более крупные корректировки, но только в соседние маршрутизаторы. Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния связей меньше склонны к образованию петель маршрутизации. С другой стороны, алгоритмы состояния связей характеризуются более сложными расчетами в сравнении с дистанционно-векторными алгоритмами. Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы. Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Многомаршрутные алгоритмы могут обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность. Одноуровневые или иерархические алгоритмы. Отличаются друг от друга по уровню взаимодействия друг с другом. В одноуровневой системе маршрутизации все маршрутизаторы равны по отношению друг к другу. В иерархической системе пакеты из не базовых маршрутизаторов перемещаются к базовым, которые составляют основу маршрутизации, и маршрутизируются через них до тех пор, пока не достигнут общей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового маршрутизатора через один или несколько не базовых маршрутизаторов до конечного пункта назначения |