Лекция № 25

Общие сведения. Алгоритмы маршрутизации

В настоящее время все большее число компаний испытывают необходимость в организации современных мощных корпоративных сетей. Растут требования как к скорости передачи информации (уменьшению времени доступа к сетевым ресурсам, находящимся в различных географических поясах), так и к надежности и защите передаваемых данных. Модульность построения аппаратно-программного обеспечения, новейшие технологии в развитии сетевых технологий и решают эти задачи.

Корпоративной сетью называется сеть, охватывающая большое количество компьютеров и располагающаяся в пределах одного предприятия. Корпоративная сеть соответствует английскому термину «enterprise-wide networks».

В связи с тем, что современные предприятия и их филиалы могут территориально охватывать разные города, страны и даже континенты, их корпоративные сети состоят из десятков и сотен локальных сетей, включающих в себя десятки тысяч компьютеров и сотни серверов, для объединения которых используются глобальные сети, по средствам организации связи с помощью телефонии, спутниковых и радиоканалов. Пример построения корпоративной сети представлен на рисунке 5.1

Для управления доступом к ресурсам таких сетей обычно используют единые базы учетных записей пользователей, которые позволяют получать доступ к ресурсам всей сети из разных частей предприятия и избавляют администраторов сети от дополнительной необходимости дублировать одно и то же пользовательское имя на нескольких серверах локальных сетей.

Одной из важнейших характеристик корпоративных сетей является их гетерогенность, то есть способность обеспечивать обмен информацией компьютеров, имеющих различную коммуникационную и аппаратную конфигурацию, а также программное обеспечение.

Кроме того, оптимальность выбора маршрута от отправителя к получателю влияет на скорость передачи информации, что является " узким" местом в современных сетях, за счет своей низкой скорости передачи информации и качества сетей. Чтобы передаваемому кадру добраться до пункта назначения, ему может потребоваться преодолеть несколько транзитных участков между маршрутизаторами. Для решения этой задачи транспортный уровень располагает информацией о топологии сети.

Существует два варианта организации работы сетевого уровня: с использованием соединений, а другой – без соединений. В контексте внутреннего устройства подсети соединение обычно называют виртуальнымканалом. Независимые пакеты в системе без установления соединений называются дейтаграммами.

Виртуальные каналы организованы таким образом, что для каждого посылаемого пакета не нужно выбирать маршрут заново. Этот маршрут используется для всех данных, передаваемых за время соединения. При разрыве соединения или выходе из строя маршрутизатора виртуальный канал перестает существовать. Таким образом, передаваемые пакеты всегда перемещаются по одному и тому же маршруту. При передаче пакетов указывается номер виртуального канала. Каждый маршрутизатор при такой организации сетевого уровня должен помнить, куда направлять пакеты для каждого из открытых в данный момент виртуальных каналов, для чего, кроме системной информации маршрутизаторы хранят таблицу виртуальных каналов, проходящих через них.

При организации сетевого уровня без установления соединения, в отличие от виртуальной организации, маршрут для каждой передачи пакета выбирается заново. Перед передачей пакета необходимо рассчитать маршрут пересылки, что приводит к некоторой задержке, особенно в больших корпоративных сетях. Однако, в отличие от виртуального канала, данный способ организации более гибкий и позволяет легче приспосабливаться к неисправностям и заторам передачи данных. При передаче данных используются адреса получателя, которые при увеличении сетей становятся довольно длинными, до нескольких байтов. Маршрутизаторы при такой организации сети хранят номера входных и выходных линий для пунктов назначения пакетов.

Алгоритмы маршрутизации

Алгоритм маршрутизации - совокупность действий, которая выполняется активными компонентами сети, для того чтобы обеспечить возможность корректной доставки данных абонентам данной сети.

В сложных сетях всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя станциями. Под маршрутом будем понимать последовательность маршрутизаторов, которую должен пройти пакет от станции отправителя до станции получателя.

При выполнении алгоритма маршрутизации узел должен получать информацию от соседних узлов, выполняющих такой же алгоритм маршрутизации, о сетях, которые могут быть достижимы при передаче данных через каждый соседний узел (рис. 5.2). Концентрируя такую информацию в так называемых таблицах маршрутизации, каждый узел может определить направление - маршрут передачи данных для каждой из доступных сетей. В том случае, если таких маршрутов оказалось несколько, алгоритм маршрутизации предусматривает возможность использования специального критерия для выбора оптимального маршрута - например, задержка прохождения маршрута отдельным пакетом, количество пройденных промежуточных маршрутизаторов и др. Чтобы по адресу назначения в сети можно было выбрать маршрут движения пакета, каждая станция анализирует таблицу маршрутизации.

Таблицамаршрутизации представляет собой некую базу данных составных элементов сети (сетевых адресов маршрутизаторов, сетей, расстояние до сети назначения, флаг канала и др.) (Рис. 5.2 и таблица 5.1). Флаг U свидетельствует о том, что маршрут в настоящее время занят.

Рис. 5.2. Пример построения корпоративной

Таблица маршрутизации строится и для станций сети, передающих и принимающих пакеты и для самих маршрутизаторов, отвечающих за пересылку пакетов между различными сетями.

Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, из него извлекается адрес сети, который сравнивается с адресами сети в таблице маршрутизации. Строка с совпавшим адресом указывает, на какой ближайший маршрутизатор следует направить пакет.

С увеличением количества маршрутизаторов, а, следовательно, и числа подсетей в больших корпоративных сетях, число записей в таблице маршрутизации также увеличивается. Это приводит к возрастанию времени поиска в ней нужной информации, что в свою очередь уменьшает скорость передачи данных и приводит к снижению пропускной способности сети в целом. Рациональным решением данной проблемы является следующий принцип построения таблицы: в нее вносятся только адреса маршрутизаторов, связывающих данную сеть с " соседними" сетями, а все остальные сети идентифицируются в таблице специальной записью - " маршрутизатор по умолчанию", через который пролегает путь ко всем остальным сетям. Пример построения таблицы маршрутизации для сети 1 (рис.5.2) представлен в таблице 5.1

Таблица 5.1. Пример построения таблицы маршрутизации

В зависимости от способа, который используется для обеспечения обмена информацией о маршрутах в сети между узлами при выполнении алгоритма маршрутизации, различают два типа протоколов маршрутизации:

протоколы distant vector, предусматривающие передачу информации о маршрутах периодически, через установленные интервалы времени. Одним из примеров реализации такой технологии является протокол маршрутизации RIP (Routing Information Protocol), применяемый в сетях небольшого размера;

протоколы link state, предусматривающие передачу информации о маршрутах в момент первоначального включения или возникновения изменений в структуре информационных каналов.

Прежде чем пакет будет передан через сеть, необходимо установить виртуальноесоединение между абонентами сети. Существует два типа виртуальных соединений - коммутируемый виртуальный канал Switched Virtual Circuit, SVC) и постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC). При создании коммутируемого виртуального канала коммутаторы сети настраиваются на передачу пакетов динамически, по запросу абонента, а создание постоянного виртуального канала происходит заранее.

Необходимость создания виртуальных каналов заключается в том, что маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц коммутации происходит только один раз - при создании виртуального канала. После создания виртуального канала передача пакетов коммутации происходит на основании идентификаторов виртуальных каналов.