Сеть. Маршрутизация и управление трафиком в компьютерных сетях

Территориально-распределенные и локальные маршрутизаторы выполняют одни и те же функции, но детали их выполнения могут весьма существенно различаться

 

 

1.3 Маршрутизируемые протоколы

 

Протокол маршрутизации — сетевой протокол, используемый маршрутизаторами для определения возможных маршрутов следования данных в составной компьютерной сети. Применение протокола маршрутизации позволяет избежать ручного ввода всех допустимых маршрутов, что, в свою очередь, снижает количество ошибок, обеспечивает согласованность действий всех маршрутизаторов в сети и облегчает труд администраторов.

Протоколы маршрутизации делятся  на два вида, зависящие от типов алгоритмов, на которых они основаны:

• Дистанционно-векторные протоколы, основаны на Distance Vector Algorithm (DVA);
• Протоколы состояния каналов связи, основаны на Link State Algorithm (LSA).

Так же протоколы маршрутизации  делятся на два вида в зависимости  от сферы применения:

• Междоменной маршрутизации;
• Внутридоменной маршрутизации.

 

Протокол  маршрутизации может работать только с пакетами, принадлежащими к одному из маршрутизируемых протоколов, например, IP, IPX или Xerox Network System, AppleTalk. Маршрутизируемые протоколы определяют формат пакетов (заголовков), важнейшей информацией из которых для маршрутизации является адрес назначения. Протоколы, не поддерживающие маршрутизацию, могут передаваться между сетями с помощью туннелей. Подобные возможности обычно предоставляют программные маршрутизаторы и некоторые модели аппаратных маршрутизаторов.

 

Туннелирование (от англ. tunnelling — «прокладка туннеля») в компьютерных сетях — процесс, в ходе которого создается защищенное логическое соединение между двумя конечными точками посредством инкапсуляции различных протоколов. Туннелирование представляет собой метод построения сетей, при котором один сетевой протокол инкапсулируется в другой. От обычных многоуровневых сетевых моделей (таких как OSI или TCP/IP) туннелирование отличается тем, что инкапсулируемый протокол относится к тому же или более низкому уровню, чем используемый в качестве тоннеля.

Суть туннелирования состоит в том, чтобы «упаковать» передаваемую порцию данных, вместе со служебными полями, в новый «конверт» для обеспечения конфиденциальности и целостности всей передаваемой порции, включая служебные поля. Туннелирование может применяться на сетевом и на прикладном уровнях. Комбинация туннелирования и шифрования позволяет реализовать закрытые виртуальные частные сети (VPN). Туннелирование обычно применяется для согласования транспортных протоколов либо для создания защищённого соединения между узлами сети.

 

• Инкапсуляция в компьютерных сетях — это метод построения модульных сетевых протоколов, при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путём включения или инкапсулирования этих механизмов в более высокоуровневые объекты

 

 

 

 

1.4 Программная и аппаратная  маршрутизация

Первые маршрутизаторы представляли собой специализированное ПО, обрабатывающее приходящие IP-пакеты специфичным образом. Это ПО работало на компьютерах, у которых было несколько сетевых интерфейсов, входящих в состав различных сетей. В дальнейшем появились маршрутизаторы в форме специализированных устройств. Компьютеры с маршрутизирующим ПО называют программные маршрутизаторы, оборудование - аппаратные маршрутизаторы.

В современных аппаратных маршрутизаторах для построения таблиц маршрутизации используется специализированное ПО ("прошивка"), для обработки же IP-пакетов используется коммутационная матрица расширенная фильтрами адресов в заголовке IP-пакета.

Аппаратная маршрутизация

Выделяют два  типа аппаратной маршрутизации: со статическими шаблонами потоков и с динамически адаптируемыми таблицами.

Статические шаблоны  потоков подразумевают разделение всех входящих в маршрутизатор IP-пакетов на виртуальные потоки; каждый поток характеризуется набором признаков для пакета такие как: IP-адресами отправителя/получателя, TCP/UDP-порт отправителя/получателя (в случае поддержки маршрутизации на основании информации 4 уровня), порт, через который пришёл пакет. Оптимизация маршрутизации при этом строится на идее, что все пакеты с одинаковыми признаками должны обрабатываться одинаково (по одинаковым правилам), при этом правила проверяются только для первого пакета в потоке (при появлении пакета с набором признаков, не укладывающимся в существующие потоки, создаётся новый поток), по результатам анализа этого пакета формируется статический шаблон, который и используется для определения правил коммутации приходящих пакетов (внутри потока). Обычно время хранения неиспользующегося шаблона ограничено (для освобождения ресурсов маршрутизатора). Ключевым недостатком подобной схемы является инерционность по отношению к изменению таблицы маршрутизации

Динамически адаптируемые таблицы используют правила маршрутизации "напрямую", используя маску и номер сети из таблицы маршрутизации для проверки пакета и определения порта, на который нужно передать пакет. При этом изменения в таблице маршрутизации (в результате работы, например, протоколов маршрутизации/резервирования) сразу же влияют на обработку всех новопришедших пакетов. Динамически адаптируемые таблицы также позволяют легко реализовывать быструю (аппаратную) проверку списков доступа.

Программная маршрутизация

Программная маршрутизация  выполняется либо специализированным ПО маршрутизаторов (в случае, когда аппаратные методы не могут быть использованы, например, в случае организации туннелей), либо программным обеспечением на компьютере. В общем случае, любой компьютер осуществляет маршрутизацию своих собственных исходящих пакетов (как минимум, для разделения пакетов, отправляемых на шлюз по умолчанию и пакетов, предназначенных узлам в локальном сегменте сети). Для маршрутизации чужих IP-пакетов, а также построения таблиц маршрутизации используется различное ПО:

• Сервис RRAS (англ. routing and remote access service) в Windows Server
• Демоны routed, gated, quagga в Unix-подобных операционных системах (Linux, FreeBSD и т.д..)

 

 

 

2. Управление трафиком в компьютерных  сетях

2.1 Управление трафиком

 
Единственным устройством, способным  наблюдать за каждым сообщением, отправленным любым компьютером как в первой, так и во второй сети компании, является маршрутизатор. Когда мультипликатор из нашего эксперимента отправляет большой файл другому мультипликатору, маршрутизатор распознает адрес получателя и оставляет трафик в сети мультипликаторов. Если же мультипликатор отправляет сообщение бухгалтеру с просьбой предоставить счет на оплату текущих расходов, маршрутизатор распознает адрес получателя и пересылает это сообщение из одной сети в другую.  
 
Одним из инструментов, которые используются маршрутизатором для принятия решения о том, куда направить пакет, является таблица конфигурации. В таблице конфигурации имеется следующая информация:  
 

·  Информация о том, какие соединения ведут к определенным группам адресов  

·  Приоритеты используемых соединений  

·  Правила обработки трафика в нормальном режиме и в особых случаях 
 
Таблица конфигурации на самых малых маршрутизаторах может быть очень простой и состоять, например, из шести строк, однако в случае очень больших маршрутизаторов, обрабатывающих огромный поток сообщений, может разрастись до больших размеров и стать чрезвычайно сложной.  
 
Маршрутизатор выполняет две отдельные и в то же время взаимосвязанные функции:  
 

·  Не пропускает информацию туда, где она не нужна. Это критически важно для защиты соединений пользователей сети от блокирования большими потоками данных.  
 

·  Обеспечивает доставку информации по нужному адресу.  
 
Благодаря этим двум функциям маршрутизатора, его очень полезно использовать в качестве связующего звена для двух компьютерных сетей. Он соединяет две сети, пропуская информацию из одной в другую, а в некоторых случаях осуществляет преобразование протокола одной сети в протокол другой. Кроме того, маршрутизатор защищает сети от нежелательного взаимного влияния за счет того, что не допускает перетекание ненужного трафика из одной в другую. С увеличением количества подключенных к маршрутизатору сетей таблица конфигурации для обрабатываемого трафика становится больше и соответственно приходится увеличивть вычислительную мощность маршрутизатора. Тем не менее, независимо от количества подключенных сетей, базовые принципы работы и функции маршрутизатора остаются неизменными. Поскольку Интернет представляет собой огромную сеть, состоящую из десятков тысяч меньших сетей, без маршрутизаторов никак не обойтись. 

 

2.2 Передача Пакетов

·  Когда человек звонит знакомому, живущему на другом конце страны, телефонная система создает устойчивое соединение между телефонами вызывающей и принимающей стороны. Схема соединения может содержать полдюжины или больше ступеней, включая медные кабели, коммутаторы, волоконно-оптические линии, а также каналы передачи СВЧ-диапазона и спутниковые каналы, однако эти ступени определены и в течение разговора не меняются. Такой подход к построению схемы соединения обеспечивает постоянное качество линии между вызывающей и приемной стороной, однако возникновение неисправности на любом участке схемы, например, падение дерева на телефонные провода или отключение питающего напряжения коммутатора, приведет к преждевременному и резкому завершению соединения. При пересылке через всю страну письма электронной почты с вложением используется совсем другой процесс.  
 
Интернет-данные, будь то веб-страница, скачиваемый файл или письмо электронной почты, передаются по системе, которую называют сетью с коммутацией пакетов. В этой системе данные электронного письма или файла разделяются на блоки длиной приблизительно 1 500 байт. Каждый такой блок снабжается надстройкой с указанием адресов отправителя и получателя, места блока в письме и информацией, позволяющей приемному компьютеру принимать решение о том, что этот блок данных пришел неповрежденным. Каждый блок данных, который называют пакетом, после указанных преобразований отправляется к пункту назначения по лучшему имеющемуся в распоряжении маршруту, который также может быть выбран для всех других пакетов письма или не выбран больше ни для одного из других пакетов. Это может показаться очень сложным по сравнению с подходом, используемым в телефонной связи, однако в сети, предназначенной для передачи данных, принцип коммутации пакетов обладает двумя огромными преимуществами.  
 

·  Сеть может уравновешивать нагрузку на различные части оборудования с миллисекундными интервалами.  

·  Если в сети во время передачи сообщения в каком-то месте выходит из строя оборудование, пакеты перенаправляются в обход отказавшего участка, благодаря чему сообщение доставляется в неповрежденном виде. 

 

Литература

1.Маршрутизация в компьютерных сетях

http://www.itdom.info/Network/SP4.html

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%88%D1%80%D1%83%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

2. Краткие теоритические сведения

http://proga.by/os/labs/lab14/lab14.pdf

3. Маршрутизируемые протоколы

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB_%D0%BC%D0%B0%D1%80%D1%88%D1%80%D1%83%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8

• Джо Брокмайер, Ди-Анн Лебланк, Рональд Маккарти, мл. Маршрутизация в Linux = Linux Routing. — М.: «Вильямс», 2002. — С. 240. 
• Аллан Леинванд, Брюс Пински Конфигурирование маршрутизаторов Cisco = Cisco Router Configuration. — 2-е изд. — М.: «Вильямс», 2001. — С. 368. 

 

4. Раздел "Аппаратная маршрутизация"  даётся по книге Александр Филимонов - Построение мультисервисных сетей Ethernet, 2007 BVH-Петербург, 

5. Управление трафиком в компьютерных сетях

http://www.pcwork.ru/rabota_marshrutizatora_upravlenie_trafikom_i_peredacha_paketov.htm  

www.howstuffworks.com