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) и бесклассовой 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.