Структуризация мостов и маршрутизаторов

СТРУКТУРИЗАЦИЯ
МОСТОВ И
МАРШРУТИЗАТОРОВ
ПРИНЦИПЫ
МАРШРУТИЗАЦИИ
Выполнил: преподаватель ТОГБОУ
СПО «Приборостроительный
колледж», г. Тамбов
Шаршова О.П.
В данной теме рассматриваются устройства
логической структуризации сетей, работающие на
канальном уровне стека протоколов, а именно мосты и коммутаторы.
Структуризация сети возможна также на
основе маршрутизаторов, которые для
выполнения этой задачи привлекают протоколы
сетевого уровня. Каждый способ структуризации с помощью канального протокола и с помощью
сетевого протокола - имеет свои преимущества и
недостатки.
В современных сетях часто используют
комбинированный способ логической
структуризации - небольшие сегменты
объединяются устройствами канального уровня в
более крупные подсети, которые, в свою очередь,
соединяются маршрутизаторами.
Сеть можно разделить на логические сегменты
с помощью устройств двух типов - мостов (bridge)
и/или коммутаторов (switch, switching hub).
Мост и коммутатор - это функциональные
близнецы. Оба эти устройства продвигают кадры
на основании одних и тех же алгоритмов.
Мосты и коммутаторы используют два типа
алгоритмов: алгоритм прозрачного моста
(transparent bridge),описанного в стандарте IEEE
802. ID, либо алгоритм моста с
маршрутизацией от источника (source routing
bridge) компании IBM для сетей Token Ring. Эти
стандарты были разработаны задолго до
появления первого коммутатора, поэтому в них
используется термин «мост».
Коммутаторы, которые продвигают кадры
протокола Token Ring, работают по алгоритму
Source Routing, характерному для мостов IBM.
Основное отличие коммутатора от моста
заключается в том, что мост обрабатывает
кадры последовательно, а коммутатор параллельно. Это обстоятельство связано с тем,
что мосты появились в те времена, когда сеть
делили на небольшое количество сегментов, а
межсегментный трафик был небольшим. Сеть
чаще всего делили на два сегмента, поэтому и
термин был выбран соответствующий - мост.
А ЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОЗРАЧНОГО МОСТА
Прозрачные мосты незаметны для
сетевых адаптеров конечных узлов, т.к. они
самостоятельно строят специальную
адресную таблицу, на основании которой
можно решить, нужно передавать
пришедший кадр в какой-либо другой
сегмент или нет. Сетевые адаптеры при
использовании прозрачных мостов
работают точно так же, как и в случае их
отсутствия, т.е. не предпринимают никаких
дополнительных действий, чтобы кадр
прошел через мост .
Алгоритм прозрачного моста не зависит от
технологии локальной сети, в которой
устанавливается мост, поэтому прозрачные
мосты Ethernet работают точно так же, как
прозрачные мосты FDDI.
Прозрачный мост строит свою адресную
таблицу на основании пассивного наблюдения
за трафиком, циркулирующим в подключенных
к его портам сегментах. При этом мост
учитывает адреса источников кадров данных,
поступающих на порты моста. По адресу
источника кадра мост делает вывод о
принадлежности этого узла тому или иному
сегменту сети.
МОСТЫ С МАРШРУТИЗАЦИЕЙ ОТ
ИСТОЧНИКА
Мосты с маршрутизацией от источника
применяются для соединения колец Token Ring
и FDDI, хотя для этих же целей могут
использоваться и прозрачные мосты.
Маршрутизация от источника (Source Routing,
SR) основана на том, что станция-отправитель
помещает в посылаемый в другое кольцо кадр
всю адресную информацию о промежуточных
мостах и кольцах, которые должен пройти кадр
перед тем, как попасть в кольцо, к которому
подключена станция-получатель.
Хотя в название этого способа входит термин
«маршру тизация», настоящей маршру тизации в строгом
понимании этого термина здесь нет, т.к. мосты и станции попрежнему используют для передачи кадров данных только
информацию МАС - уровня, а заголовки сетевого уровня для
мостов данного типа по-прежнему остаются неразличимой
частью поля данных кадра .
Таблица 1 . Преимущества и недостатки мостов с
маршру тизацией от источника
Преимущества
Недостатки
Более
рациональные
Более дорогие сетевые адаптеры,
маршруты
принимающие
участие
в
маршрутизации
Проще и дешевле - не нужно
Сеть непрозрачна – кольца имеют
строить таблицы фильтрации
номера
Более высокая скорость – не
Увеличивается трафик за
нужно просматривать таблицы широковещательных каналов.
фильтрации
счет
ПРИНЦИПЫ МАРШРУ ТИЗАЦИИ.
Важнейшей задачей сетевого уровня является
маршрутизация – организация доставки пакетов
по назначению.
Рассмотрим принципы маршрутизации на
примере составной сети, изображенной на рис.1.
Маршрутизаторы имеют по несколько портов
(не менее двух), к которым присоединяются сети.
Каждый порт маршрутизатора можно
рассматривать как отдельный узел сети: он имеет
собственный сетевой адрес и собственный
локальный адрес в той подсети, которая к нему
подключена.
Например, маршру тизатор номер 1 имеет три порта:
 S1 , S2, S3 – сети, подключенные к портам;
 М1(1), М1(2), М1(3) – сетевые адреса этих портов;
 Порт М1(1) имеет локальный адрес в сети S1;
 Порт М1(2) имеет локальный адрес в сети S2;
 Порт М1(3) имеет локальный адрес в сети S3;
 S1 , S2, … S5 – номера сетей, соединенных
маршру тизаторами.
Рис. 1. Принцип маршрутизация в
составной сети
Маршрутизатор можно рассматривать как
совокупность нескольких узлов, каждый из которых
входит в свою сеть. Как единое устройство
маршрутизатор не имеет отдельного сетевого или
локального адреса.
Маршрут – это последовательность
маршрутизаторов, которые должен пройти пакет. В
сложных сетях обычно существует несколько
альтернативных маршрутов.
Каждый маршрутизатор выбирает маршрут
дальнейшего следования пакета. Для этого он
использует таблицу маршрутизации и указанный
критерий выбора маршрута.
ПРОТОКОЛЫ МАРШРУ ТИЗАЦИИ.
Цель маршрутизации – доставка пакетов по
назначению с максимизацией эффективности.
Маршрут выбирается на основании имеющейся у
маршрутизаторов информации о конфигурации
(топологии) сети, длин очередей в узлах коммутации,
интенсивности входных потоков и других факторов, а
также на основании заданного критерия выбора
маршрута.
А лгоритмы маршрутизации включают процедуры:
 измерение и оценивание параметров сети;
 принятие решения о рассылке служебной
информации;
 построение таблиц маршрутизации;
 реализация принятых маршрутных решений.
Таблицы маршрутизации создаются в основном
автоматически, но могут корректироваться и
дополняться вручную. Для автоматического
построения таблиц маршрутизаторы обмениваются
информацией о связях в сети. При этом
используются специальные служебные протоколы,
называемые протоколами маршрутизации.
Протоколы маршрутизации помещают свои
служебные пакеты в поле данных пакетов сетевого
или транспортного уровня, то есть используют
соответствующие протоколы для транспортировки
своих сообщений. Формально эти протоколы можно
отнести к более высокому уровню, чем сетевой .
Объединение подсетей для создания более
сложной (неоднородной) сети
можно осуществлять и средствами канального
уровня. Для этого могут быть использованы
некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако
применение средств канального уровня для создания
сложных сетей имеет существенные ограничения и
недостатки.
В табл. 2 проводится сравнение маршрутизаторов и
коммутаторов (мостов) с точки зрения их применения
для объединения подсетей.
Коммутаторы
Маршрутизаторы
Локальные
таблицы
Таблицы
маршрутизации
с
соответствия IP – адресов МАС – номерами сетей.
адресам (физическим).
Построение
таблиц
путем
Обмен служебными пакетами с
пассивного
просмотра данными о сетях и маршрутизаторах.
проходящих кадров.
Учитывается только топология
Учет не только топологии, но и
сети.
пропускной способности и состояния
маршрутизаторов.
Простое определение нужного
Реализация сложных алгоритмов
порта по таблице (скорость).
маршрутизации.
Подвержены
Нет
широковещательного
широковещательному
шторму, шторма, быстрее адаптируются к
проблема
с
управлением изменению
конфигурации
сети,
трафиком.
допускают
наличие
замкнутых
контуров в сети.
Таблица 2. Сравнение маршрутизаторов и коммутаторов (мостов).
Протоколы маршрутизации могут быть построены на
основе разных алгоритмов, отличающихся способами
построения таблиц маршрутизации, способами выбора
наилучшего маршрута и др.
Одношаговые алгоритмы маршру тизации
Каждый маршру тизатор определяет только один шаг
маршру та – только следующий (ближайший) маршру тизатор.
Окончательный маршрут складывается в результате работы
всех маршру тизаторов, через которые проходит данный
пакет.
Одношаговые алгоритмы, в зависимости от способа
формирования таблиц маршру тизации делятся на три класса:
 алгоритмы фиксированной (статической) маршру тизации;
 алгоритмы простой маршрутизации;
 алгоритмы адаптивной (динамической) маршру тизации .
Алгоритмы фиксированной маршрутизации:
 все записи в таблице маршрутизации являются
статическими;
 таблица обычно создается при загрузке и используется
без изменений, пока ее не отредактируют вручную
(если, например, отказал какой-нибудь маршрутизатор);
 виды таблиц
 одномаршрутные таблицы, в которых для каждого
адресата задан один путь;
 многомаршрутные таблицы, определяющие
альтернативные пути для каждого адресата. Должно
быть задано правило выбора одного из маршрутов;
 приемлем в небольших сетях с простой топологией или
для работы на магистралях крупных сетей (с простой
структурой).
В алгоритмах с простой маршрутизацией таблица
маршрутизации либо вовсе не используется, либо
строится без участия протоколов маршрутизации.
Выделяют три типа простой маршрутизации:
 случайная маршрутизация, когда прибывший пакет
посылается в случайном направлении, кроме
исходного;
 лавинная маршрутизация, когда пакет
широковещательно посылается по всем возможным
направлениям, кроме исходного;
 маршрутизация по предыдущему мосту, когда
маршрут выбирается по таблице, но таблица
строится, как у моста, путем анализа адресных
полей, поступающих пакетов.
Алгоритмы адаптивной (динамической) являются
самыми распространенными и обладают следующими
свойствами:
 автоматическое обновление таблиц маршрутизации
после изменения конфигурации сети;
 обычно задается интервал времени, в течение
которого данный маршрут будет оставаться
действительным. Это время называется временем
жизни маршрута;
 сбор топологической информации распределен
между всеми маршрутизаторами, хотя наметилась
тенденция использования сервера маршрутов –
протокол NHRP.
 обеспечение достаточно рационального маршрута;
 простые алгоритмы без использования большого
объема сетевых ресурсов;
 обладание свойством сходимости – получение
однозначного результата за приемлемое время.
Два типа алгоритмов адаптивной маршрутизации:
 дистанционно – векторные алгоритмы;
 алгоритмы состояния связей.
 В алгоритмах дистанционно – векторного типа
каждый маршрутизатор периодически и
широковещательно рассылает по сети вектор,
компонентами которого являются расстояния от
данного маршрутизатора до всех известных ему
сетей. Каждый маршрутизатор наращивает
расстояния до указанных в векторе сетей на
расстояние до данного соседа. В полученный вектор
маршрутизатор добавляет к нему информацию об
известных ему других сетях, а затем снова
рассылает новое значение вектора по сети. В конце
концов, узнает обо всех имеющихся сетях и о
расстояниях до них через соседние
маршрутизаторы .
Недостатки дистанционно – векторных алгоритмов:
 хорошо работают только в небольших сетях, в
больших сетях генерируют интенсивный
широковещательный трафик;
 изменения конфигурации могут отрабатываться не
всегда корректно, так как маршрутизаторы не
владеют точной топологией, а располагают только
обобщенной информацией – вектором дистанций.
Наиболее распространенным протоколом,
основанным на дистанционно –
векторном алгоритме,
является RIP (Routing Internet Protocol).
Алгоритмы состояния связей обеспечивают
маршрутизатор информацией, достаточной для
построения точного графа связей сети .
Все маршрутизаторы работают с одинаковыми
графами. Вершинами графа являются как
маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети,
Имеется широковещательный трафик, но только при
изменении состояния связей и пакетами меньшего
объема, чем для алгоритма RIP. В надежных сетях
связи изменяются не часто.
Одним из протоколов, основанным на алгоритме
состояния связей является
протокол OSPF (OpenShortest Path First) стека TCP/IP.
СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ !!!
