Теоретическое обоснование. Тема. Принципы работы маршрутизаторов.

Практическая работа

Тема. Принципы работы маршрутизаторов.

Цель. Изучить принципы построения таблиц маршрутизаторов

Теоретическое обоснование

Например, при передаче информации с компьютера Host X локальной сети Сеть 1, (рис. 1) на компьютер Host Y, находящийся в удаленной Сети 2, определен маршрут через маршрутизаторы A, B, C.

Рисунок 1 - Использование маршрутизаторов для передачи данных по сети

Когда узел Host Х Сети 1 передает пакет адресату Host Y из другой Сети 2, ему известен сетевой IP-адрес получателя, который записывается в заголовке пакета, т. е. известен адрес 3-го уровня. При помещении пакета в кадр источник информации Host Х должен задать в заголовке кадра канальные адреса назначения и источника, т. е. адрес 2-го уровня (рисунок 2).

Рисунок 2 – Основные поля кадра

У передающего узла нет информации об адресе канального уровня (MAC-адресе) узла назначения Host Y, поэтому Host Х в заголовке кадра в качестве адреса назначения задаст MAC-адрес входного интерфейса 1а маршрутизатора A. Именно через этот интерфейс, называемый шлюзом по умолчанию (Default gateway), все пакеты из локальной Сети 1 будут передаваться в удаленные сети. Однако и этот адрес источнику информации Host Х не известен. Процесс нахождения МАС-адреса по известному сетевому адресу реализуется с помощью протокола разрешения адресов Address Resolution Protocol – ARP, который входит в стек протоколов TCP/IP.

Когда устройство передает пакет по IP-адресу назначения, оно проверяет, имеется ли в ARP-таблице соответствующий МАС-адрес назначения. Если соответствующая запись имеется, то она используется при инкапсуляции пакета в кадр данных. Данные передаются по сетевой среде, устройство назначения принимает их.

Если узел не находит соответствующей записи в таблице ARP, то он для получения MAC-адреса назначения посылает в локальную сеть широковещательный ARP-запрос, в котором задается сетевой логический IP-адрес устройства назначения. Все другие устройства сети анализируют его. Если у одного из локальных устройств IP-адрес совпадает с запрашиваемым, то устройство посылает ARP-ответ, который содержит пару IP- и MAC-адресов. Эта пара записывается в ARP-таблице. Если в локальной сети нет запрашиваемого IP-адреса, то устройство-источник сообщает об ошибке.

Когда данные передаются за пределы локальной сети, то для передачи сообщения необходимы IP- и MAC-адреса как устройства назначения, так и промежуточных маршрутизирующих устройств. Поскольку маршрутизаторы не транслируют широковещательные запросы в другие сегменты сети, в этом случае маршрутизатор в ответ на запрос посылает ARP-ответ с MAC-адресом своего входного интерфейса, на который поступил запрос. Таким образом, сформированный конечным устройством кадр поступит на интерфейс маршрутизатора, который после анализа адреса сети назначения и обращения к таблице маршрутизации продвинет пакет на выходной интерфейс.

Передать данные по адресу устройства, которое находится в другом сегменте сети, можно также за счет установки шлюза по умолчанию. Шлюз по умолчанию имеет IP-адрес входного интерфейса маршрутизатора на пути к устройству назначения. Этот адрес хранится в конфигурационном файле конечного узла (хоста). Источник сообщения сравнивает IP-адрес назначения со своим IP-адресом и определяет, находятся ли эти адреса в одном сегменте сети или в разных сегментах. Если они находятся в разных сегментах, то данные будут переданы только при условии, что установлен шлюз по умолчанию.

Таким образом, при передаче данных по сети (рис. 1) Host X для нахождения МАС-адреса назначения посылает в сеть широковещательный ARP запрос, в котором задается IP-адрес устройства назначения, на который Router A в ответ посылает МАС-адрес своего входного интерфейса, и передаваемый пакет поступает в маршрутизатор.

Маршрутизатор А извлекает пакет из кадра, обрабатывает заголовок поступившего пакета, использует таблицу маршрутизации, чтобы определить сеть адресата, и затем продвигает пакет к выходному интерфейсу. Пакет вновь инкапсулируется в новый кадр данных и направляется следующему маршрутизатору B, при этом в заголовке кадра может указываться новый МАС-адрес входного интерфейса этого маршрутизатора. Этот процесс происходит каждый раз, когда пакет проходит через очередной маршрутизатор. В конечном маршрутизаторе (в данном примере – маршрутизатор C, рис. 1), который связан с сетью узла назначения Сеть 2, пакет помещается в кадр локальной сети адресата с МАС-адресом устройства назначения и доставляется адресату Host Y.

Для продвижения пакета к узлу назначения маршрутизатор использует таблицу маршрутизации, основными параметрами которой являются номер (адрес) сети назначения и сетевой адрес входного интерфейса следующего маршрутизатора на пути к адресату назначения. Этот адрес интерфейса получил название следующего перехода (next hop).

Таким образом, в таблице задаются:

- адрес сети назначения;

- адрес следующего перехода;

- другие дополнительные параметры, которые различаются для разных маршрутизирующих протоколов и маршрутизаторов разных фирм, производящих оборудование.

Из дополнительных параметров в таблицы маршрутизации включается информация:

- о статической или динамической маршрутизации,

- о типе используемых протоколов маршрутизации,

- о метрике, используемой при выборе возможного пути.

Принцип построения таблиц маршрутизации рассмотрен на примере сети, построенной на маршрутизаторах и коммутаторах (рис. 3). Последовательные (serial) интерфейсы маршрутизаторов на рис. 6.10 соединены между собой молниевидной линией, а порты Fast Ethernet – прямой линией. В приведенной схеме, например, D-f1 означает – первый Fast Ethernet порт маршрутизатора D, В-s2 – второй последовательный порт маршрутизатора B.

Рисунок 3 - Принцип маршрутизации в сети

Таблица маршрутизации, например маршрутизатора B (рисунок 4), будет содержать информацию о маршрутах ко всем сетям (рис. 3). Маршрут к Cети 1 лежит через последовательный интерфейс A-s1 маршрутизатора А, к Cети 3 – через последовательный интерфейс С-s1 маршрутизатора С, а к сетям Сеть 6, Сеть 7 – через интерфейс D-f1 маршрутизатора D. Адреса входных интерфейсов маршрутизаторов на пути следования пакета к адресату назначения называются адресами следующего перехода (next hop).

Рисунок 4 - Основные параметры таблицы маршрутизации

Вместо адреса следующего перехода часто указывают обозначение выходного интерфейса маршрутизатора, отправляющего пакет. Поскольку выходной интерфейс маршрутизатора, отправляющего пакет, и входной интерфейс следующего маршрутизатора на пути к адресату назначения соединены между собой, противоречий при этом никаких нет. Кроме удаленных сетей назначения в таблице маршрутизации указываются непосредственно (прямо) присоединенные сети с указанием выходного интерфейса. Например, таблица маршрутизации В (рисунок 5) будет содержать три прямо присоединенных сети.

Рисунок 5 - Прямо присоединенные сети таблицы маршрутизации

Таким образом, пакет, предназначенный одному из узлов сети, например Сети 7, попав в маршрутизатор В, будет направлен на входной интерфейс D-f1 маршрутизатора D (следующий переход). В свою очередь, в таблице маршрутизации D будет задан адрес входного интерфейса E-s1 следующего маршрутизатора E, для которого Cеть 7 является непосредственно присоединенной. Поэтому маршрутизатор Е направит пакет узлу назначения.