Маршрутизация в сетях tcp/ip

Маршрутизация в сетях TCP/IP имеет 2 значения:

1. Процедура поиска сетевого адреса в специальной таблице для передачи пакета в узел назначения.

2. Процесс построения такой таблицы

Маршрутизация существует как перенаправление IP-пакетов и маршрутизация как управление таблицами маршрутизации.

Хосты посылают пакеты только тем шлюзам, которые физически подключены к той же сети.

Локальные хосты могут перемещать пакеты только на 1 шаг в направлении узла назначения.

Каждый шлюз через который проходит пакет принимает решение о его перемещении, анализируя собственную таблицу маршрутизации.

Таблицы маршрутизации ведутся статическим, динамическим и комбинированным способом.

Статический маршрут фиксируется в таблице маршрутизации и не изменяется в течении всего времени работы хоста. Статический маршрут используется в относительно стабильной локальной сети. Она проста в управлении и надежна в использовании, но требует от персонала знания топологии сети на момент создания таблицы маршрутизации.

В сетях с более сложной топологией, когда появляются дополнительные шлюзы, когда появляются дополнительные каналы связи между хостами, пропускная способность между каналами высока.

В случае динамической маршрутизации на соответствующих шлюзах постоянно работает специальный процесс (демон). Процесс ведет и модифицирует таблицу маршрутизации. Кроме этого, он постоянно взаимодействует с другими процессами демонами других шлюзов для того, чтобы определять топологию сети и принимать решения доставки пакетов к хостам шлюзов.

Комбинированная маршрутизация. Для простых маршрутизаторов – статическая маршрутизация, для сложных – динамическая маршрутизация.

Существует 4 уровня сложности характеризующие процесс управления маршрутизацией в сети:

1. 0 уровень. Отсутствие маршрутизации как таковой

2. Только статическая маршрутизация

3. Преимущественно статическая маршрутизация с периодическими обновлениями маршрутов, которые изменяют статические таблицы маршрутизации (осуществляется с помощью протокола RIP)

4. Динамическая маршрутизация

Фиксированная маршрутизация

является одним из методов динамической маршрутизации и используется в сетях с простой топологией связи. При фиксированной маршрутизации однопутевые таблицы, в которых для каждого адресата имеется один путь. в многопутевых таблицах для каждого адресата имеется несколько альтернативных путей и обязательно должно присутствовать правило выбора путей.

Алгоритм простой маршрутизации

1. Случайная маршрутизация, когда пакеты перенаправляются в любом случайном (одном) направлении, кроме исходного.

2. Лавинная маршрутизация – пакеты передаются во всех направлениях кроме исходного

3. Маршрутизация по предыдущему опыту. Этот метод динамической маршрутизации работает на основе пакетов проходивших через этот маршрут.

Адаптивная маршрутизация

Основана на ??????????7

Основной вид алгоритмов маршрутизации применяется в современных сетях со сложной топологией. Алгоритмы этого вида основаны на периодическом обмене информацией о имеющихся в интерсети сетях. А также о связях между маршрутизаторами. Кроме этого алгоритмы учитывают не только топологию связи шлюзов, но и производительность и состояние этих связей. Среди алгоритмов адаптивной маршрутизации различают:

1. Дистанционно-векторные алгоритмы

2. Алгоритмы состояния связи

Дистанционно-векторные алгоритмы

Каждый маршрутизатор передает и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием здесь понимается число проложенных маршрутов через которые пакет должен пройти прежде чем попадет в соответствующую сеть. Получая такой вектор другой маршрутизатор добавляет свои сведения об известных ему сетях и тоже рассылает этот вектор всем остальным.

Второй алгоритм связан с обеспечением каждого маршрутизатора информацией на основе которой строится точный граф состояния сети. Все маршрутизаторы работают на основе одинаковых графов.

Коммутации в сетях

В процессе развития сетевых компьютерных технологий выделилось 3 основных метода:

1. Коммутация каналов

2. Коммутация сообщений

3. Коммутация пакетов

Коммутация каналов подразумевает образование составного физического канала из последовательно соединенных отдельных участков для передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединены между собой специальной аппаратурой (коммутаторами), которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установки соединения и в процессе создать составной канал (коммутированный).

Коммутация сообщений

При использовании этого метода оборудование (называемое коммутаторами и выполненное на базе универсальных ПК) позволяет накапливать (буферизовать) сообщения и посылать их в соответствии с заданной системой приоритетности и принципами маршрутизации другим узлам сети.

Коммутация пакетов

Осуществляется за счет разделения сообщения на пакеты, т. е. элементы сообщения снабженные заголовком и имеющие фиксированную максимальную длину, и последующей передачей пакетов по маршруту, определяемому узлами сети.

Коммутация пакетов в компьютерных сетях – это основной способ передачи данных.

Преобладание коммутации пакетов как основного метода при реализации компьютерных сетей обусловлено следующими обстаятельствами:

1. Коммутация пакетов приводит к малым задержкам при передаче данных.

2. В отличии от коммутации каналов, которая требует, чтобы все линии связи из которых формируется канал имели одинаковую пропускную способность. Методы коммутации сообщений и пакетов позволяют передавать данные по линиям связи с любой пропускной способностью.

3. Представление данных пакетами создает условия для мультиплексирования потоков данных (разделение времени работы канала для одновременной нескольких потоков данных).

4. Малая длина пакетов данных позволяет выделять для промежуточного хранения (буферизации) передаваемых данных меньшую емкость памяти.

Методы коммутации пакетов

При коммутации пакетов передаваемые сообщения разбиваются на меньшие части, называемые пакетами, каждая из которых имеет установленную максимальную длину. Пакеты снабжаются служебной информацией необходимой для доставки пакетов и передаются. Каждый пакет снабжается следующей информацией:

1. Код начала и окончания пакета;

2. Адреса отправителя и получателя;

3. Номер пакетов сообщений;

4. Информация для контроля достоверности в промежуточных узлах и в узле назначения.

Как правило множество пакетов одного и того же сообщения передается одновременно. Приемник в соответствии с заголовками пакетов выполняет сборку пакетов в исходное сообщение и отправляет получателю подтверждение. В процессе передачи пакетов по узлам сети благодаря тому, что пакеты в промежуточных узлах не накапливаются целиком в виде сообщений (аппаратные требования промежуточным узлам).

Требования к аппаратному обеспечению промежуточных узлов резко снижаются. В случае переполнения оперативной памяти коммутаторами используются различные механизмы задержки передаваемых пакетов в местах их генерации.

При пакетной коммутации выдвигаются 2 противоречивых требования:

1. Уменьшение задержки пакетов в сети за счет небольшой длины пакетов;

2. Повышение эффективности передачи информации за счет увеличения длины пакета.

Для решения этих задач максимальный размер пакета устанавливается на основе 3 факторов:

1. Распределение длин пакетов;

2. Характеристика среды передачи

3. Стоимость передачи.

Процесс передачи данных в сети с коммутацией пакетов представляется в виде следующей последовательности операций:

1. Вводимое в сеть сообщение разбивается на пакеты, содержащие адрес конкретного пункта узла получателя, в промежуточном узле пакет запоминается в оперативной памяти и по адресу этого пакета определяется канал линии передач по которому пакет должен быть передан.

2. Если этот канал связи свободен (не занят передачей других пакетов) то пакет немедленно передается на соответствующий узел.

3. Если тот узел также является промежуточным, то в нем также повторяется та же операция.

4. Если канал связи с соседним узлом занят, то пакет может какое-то время хранится в ОЗУ коммутатора до освобождения канала.

5. Сохраненные пакеты помещаются в очередь по направлению передачи. Как правило длина очереди не превышает 3-4 пакета, если длина очереди превышается – пакеты стираются.

Существует 2 метода пакетной коммутации:

1. Датаграммный.

2. Способ виртуальных соединений.

Термин датаграмма используется для оборудования самостоятельного пакета, перемещающегося по сети независимо от других пакетов. Т. е. пакеты могут доставляться получателю различными маршрутами. Маршруты в свою очередь определяются сложивщейся динамической ситуацией в сети в сложившийся момент. Получив датаграмму узел коммутации направляет ее в сторону следующего узла максимально приближаясь к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его из своей памяти, если подтверждение не получено узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел и так пока пакет не будет доставлен с получением подтверждения.

Все узлы, окружающие узел коммутации ранжируется по степени приближенности к коммутатору. Сначала пакет посылается узлам первого ранга, при неудаче – узлам второго ранга и т. д.

Процедура рассылки пакетов называется алгоритмом маршрутизации. Существуют алгоритмы, когда смежные узлы, на которые будут отправляться пакет выбирается случайно. Соответственно каждая датаграмма уходит по случайному маршруту.

Виртуальный метод – этот метод предполагает установлении маршрута передачи всего сообщения отправителя до получателя с помощью специальной службы пакета запросов. Для такого сообщения выделяется маршрут, который в случае согласия получателя на соединение закрепляется для прохождения по нему всей совокупности пакетов.

При реализации этого метода сначала отправляется специальный служебный пакет, который называется запрос вызова.

Этот пакет как бы прокладывает весь маршрут по которому пойдут все пакеты относящиеся к этому вызову.

Метод называется виртуальным, потому что в этом случае не коммутируются реальный физический тракт, а устанавливается логическая связка между отправителем и получателем, т. е. имитируется виртуальный воображаемый тракт.

Преимущество виртуального метода перед датанраммой – упорядоченность пакетов. Недостаток – как только что-то случается с промежуточным узлом – сообщение не доставляется.