Маршрутизация с помощью ip-адресов
Рассмотрим теперь принципы, на основании которых в сетях IP происходит выбор маршрута передачи пакета между сетями.
Сначала необходимо обратить внимание на тот факт, что не только маршрутизаторы, но и конечные узлы - компьютеры - должны принимать участие в выборе маршрута. Пример, приведенный на рисунке 4.2, демонстрирует эту необходимость. Здесь в локальной сети имеется несколько маршрутизаторов, и компьютер должен выбирать, какому из них следует отправить пакет.
Рис. 4.2. Выбор маршрутизатора конечным узлом
Длина маршрута может существенно измениться в зависимости от того, какой маршрутизатор выберет компьютер для передачи своего пакета на сервер, расположенный, например, в Германии, если маршрутизатор 1 соединен выделенной линией с маршрутизатором в Копенгагене, а маршрутизатор 2 имеет спутниковый канал, соединяющий его с Токио.
В стеке TCP/IP маршрутизаторы и конечные узлы принимают решения о том, кому передавать пакет для его успешной доставки узлу назначения, на основании так называемых таблиц маршрутизации (routing tables).
Следующая таблица представляет собой типичный пример таблицы маршрутов, использующей IP-адреса сетей:
Адрес сети назначения | Адрес следующего маршрутизатора | Номер выходного порта Расстояние до сети назначения |
56.0.0.0 | 198.21.17.7 | 1 20 |
56.0.0.0 | 213.34.12.4. | 2 130 |
116.0.0.0 | 213.34.12.4 | 2 1450 |
129.13.0.0 | 198.21.17.6 | 1 50 |
198.21.17.0 | - | 2 0 |
213. 34.12.0 | - | 1 0 |
default | 198.21.17.7 | 1 - |
В этой таблице в столбце "Адрес сети назначения" указываются адреса всех сетей, которым данный маршрутизатор может передавать пакеты. В стеке TCP/IP принят так называемый одношаговый подход к оптимизации маршрута продвижения пакета (next-hop routing) - каждый маршрутизатор и конечный узел принимает участие в выборе только одного шага передачи пакета. Поэтому в каждой строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут в виде последовательности IP-адресов маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет, а только один IP-адрес - адрес следующего маршрутизатора, которому нужно передать пакет. Вместе с пакетом следующему маршрутизатору передается ответственность за выбор следующего шага маршрутизации. Одношаговый подход к маршрутизации означает распределенное решение задачи выбора маршрута. Это снимает ограничение на максимальное количество транзитных маршрутизаторов на пути пакета.
(Альтернативой одношаговому подходу является указание в пакете всей последовательности маршрутизаторов, которые пакет должен пройти на своем пути. Такой подход называется маршрутизацией от источника - Source Routing. В этом случае выбор маршрута производится конечным узлом или первым маршрутизатором на пути пакета, а все остальные маршрутизаторы только отрабатывают выбранный маршрут, осуществляя коммутацию пакетов, то есть передачу их с одного порта на другой. Алгоритм Source Routing применяется в сетях IP только для отладки, когда маршрут задается в поле Резерв (IP OPTIONS) пакета.)
В случае, если в таблице маршрутов имеется более одной строки, соответствующей одному и тому же адресу сети назначения, то при принятии решения о передаче пакета используется та строка, в которой указано наименьшее значение в поле "Расстояние до сети назначения".
При этом под расстоянием понимается любая метрика, используемая в соответствии с заданным в сетевом пакете классом сервиса. Это может быть количество транзитных маршрутизаторов в данном маршруте (количество хопов от hop - прыжок), время прохождения пакета по линиям связи, надежность линий связи, или другая величина, отражающая качество данного маршрута по отношению к конкретному классу сервиса. Если маршрутизатор поддерживает несколько классов сервиса пакетов, то таблица маршрутов составляется и применяется отдельно для каждого вида сервиса (критерия выбора маршрута).
Для отправки пакета следующему маршрутизатору требуется знание его локального адреса, но в стеке TCP/IP в таблицах маршрутизации принято использование только IP-адресов для сохранения их универсального формата, не зависящего от типа сетей, входящих в интерсеть. Для нахождения локального адреса по известному IP-адресу необходимо воспользоваться протоколом ARP.
Конечный узел, как и маршрутизатор, имеет в своем распоряжении таблицу маршрутов унифицированного формата и на основании ее данных принимает решение, какому маршрутизатору нужно передавать пакет для сети N. Решение о том, что этот пакет нужно вообще маршрутизировать, компьютер принимает в том случае, когда он видит, что адрес сети назначения пакета отличается от адреса его собственной сети (каждому компьютеру при конфигурировании администратор присваивает его IP-адрес или несколько IP-адресов, если компьютер одновременно подключен к нескольким сетям). Когда компьютер выбрал следующий маршрутизатор, то он просматривают кэш-таблицу адресов своего протокола ARP и, может быть, находит там соответствие IP-адреса следующего маршрутизатора его MAC-адресу. Если же нет, то по локальной сети передается широковещательный ARP-запрос и локальный адрес извлекается из ARP-ответа.
После этого компьютер формирует кадр протокола, используемого на выбранном порту, например, кадр Ethernet, в который помещает МАС-адрес маршрутизатора. Маршрутизатор принимает кадр Ethernet, извлекает из него пакет IP и просматривает свою таблицу маршрутизации для нахождения следующего маршрутизатора. При этом он выполняет те же действия, что и конечный узел.
Одношаговая маршрутизация обладает еще одним преимуществом - она позволяет сократить объем таблиц маршрутизации в конечных узлах и маршрутизаторах за счет использования в качестве номера сети назначения так называемого маршрута по умолчанию - default, который обычно занимает в таблице маршрутизации последнюю строку. Если в таблице маршрутизации есть такая запись, то все пакеты с номерами сетей, которые отсутствуют в таблице маршрутизации, передаются маршрутизатору, указанному в строке default. Поэтому маршрутизаторы часто хранят в своих таблицах ограниченную информацию о сетях интерсети, пересылая пакеты для остальных сетей в порт и маршрутизатор, используемые по умолчанию. Подразумевается, что маршрутизатор, используемый по умолчанию, передаст пакет на магистральную сеть, а маршрутизаторы, подключенные к магистрали, имеют полную информацию о составе интерсети.
Особенно часто приемом маршрутизации по умолчанию пользуются конечные узлы. Хотя они также в общем случае имеют в своем распоряжении таблицу маршрутизации, ее объем обычно незначителен, так как маршрутизация для компьютера - не основное занятие. Главная роль в маршрутизации пакетов в концепции протокола IP отводится, естественно, маршрутизаторам, которые должны обладать гораздо более полными таблицами маршрутизации, чем конечные узлы. Конечный узел часто вообще работает без таблицы маршрутизации, имея только сведения об IP-адресе маршрутизатора по умолчанию. При наличии одного маршрутизатора в локальной сети этот вариант - единственно возможный для всех конечных узлов. Но даже при наличии нескольких маршрутизаторов в локальной сети, когда проблема их выбора стоит перед конечным узлом, задание маршрута по умолчанию часто используется в компьютерах для сокращения объема их маршрутной таблицы.
Другим способом разгрузки компьютера от необходимости ведения больших таблиц маршрутизации является получение от маршрутизатора сведений о рациональном маршруте для какой-нибудь конкретной сети с помощью протокола ICMP.
Кроме маршрута default, в таблице маршрутизации могут встретиться два типа специальных записей - запись о специфичном для узла маршруте и запись об адресах сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора.
Специфичный для узла маршрут содержит вместо номера сети полный IP-адрес, то есть адрес, имеющий ненулевую информацию не только в поле номера сети, но и в поле номера узла. Предполагается, что для такого конечного узла маршрут должен выбираться не так, как для всех остальных узлов сети, к которой он относится. В случае, когда в таблице есть разные записи о продвижении пакетов для всей сети N и ее отдельного узла, имеющего адрес N,D, при поступлении пакета, адресованного узлу N,D, маршрутизатор отдаст предпочтение записи для N,D.
Записи в таблице маршрутизации, относящиеся к сетям, непосредственно подключенным к маршрутизатору, в поле "Расстояние до сети назначения" содержат нули.
Еще одним отличием работы маршрутизатора и конечного узла при выборе маршрута является способ построения таблицы маршрутизации. Если маршрутизаторы обычно автоматически создают таблицы маршрутизации, обмениваясь служебной информацией, то для конечных узлов таблицы маршрутизации создаются, как правило, вручную администраторами, и хранятся в виде постоянных файлов на дисках.
Существуют различные алгоритмы построения таблиц для одношаговой маршрутизации. Их можно разделить на три класса:
-
алгоритмы фиксированной маршрутизации,
-
алгоритмы простой маршрутизации,
-
алгоритмы адаптивной маршрутизации.
Независимо от алгоритма, используемого для построения таблицы маршрутизации, результат их работы имеет единый формат. За счет этого в одной и той же сети различные узлы могут строить таблицы маршрутизации по своим алгоритмам, а затем обмениваться между собой недостающими данными, так как форматы этих таблиц фиксированы. Поэтому маршрутизатор, работающий по алгоритму адаптивной маршрутизации, может снабдить конечный узел, применяющий алгоритм фиксированной маршрутизации, сведениями о пути к сети, о которой конечный узел ничего не знает.
Фиксированная маршрутизация
Этот алгоритм применяется в сетях с простой топологией связей и основан на ручном составлении таблицы маршрутизации администратором сети. Алгоритм часто эффективно работает также для магистралей крупных сетей, так как сама магистраль может иметь простую структуру с очевидными наилучшими путями следования пакетов в подсети, присоединенные к магистрали.
Различают одномаршрутные таблицы, в которых для каждого адресата задан один путь, и многомаршрутные таблицы, определяющие несколько альтернативных путей для каждого адресата. При использовании многомаршрутных таблиц должно быть задано правило выбора одного из них. Чаще всего один путь является основным, а остальные - резервными.
Простая маршрутизация
Алгоритмы простой маршрутизации подразделяются на три подкласса:
-
Случайная маршрутизация - пакеты передаются в любом, случайном направлении, кроме исходного.
-
Лавинная маршрутизация - пакеты передаются во всех направлениях, кроме исходного (применяется в мостах для пакетов с неизвестным адресом доставки).
-
Маршрутизация по предыдущему опыту - таблицы маршрутов составляются на основании данных, содержащихся в проходящих через маршрутизатор пакетах. Именно так работают прозрачные мосты, собирая сведения об адресах узлов, входящих в сегменты сети. Такой способ маршрутизации обладает медленной адаптируемостью к изменениям топологии сети.
Адаптивная маршрутизация
Это основной вид алгоритмов маршрутизации, применяющихся маршрутизаторами в современных сетях со сложной топологией. Адаптивная маршрутизация основана на том, что маршрутизаторы периодически обмениваются специальной топологической информацией об имеющихся в интерсети сетях, а также о связях между маршрутизаторами. Обычно учитывается не только топология связей, но и их пропускная способность и состояние.
Адаптивные протоколы позволяют всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети, оперативно отрабатывая все изменения конфигурации связей. Эти протоколы имеют распределенный характер, который выражается в том, что в сети отсутствуют какие-либо выделенные маршрутизаторы, которые бы собирали и обобщали топологическую информацию: эта работа распределена между всеми маршрутизаторами.
- Администрирование в информационных системах
- Глава 1. Информационные процессы в системах управления. Цели, задачи и функции администрирования в информационных системах
- Глава 2. Программное и техническое обеспечение современных ис и технологий управления организацией
- Глава 3. Методология построения администрирования и его средства
- Глава 4. Обеспечение иб в администрировании ис
- Глава 5. Управление конфигурацией и ресурсами ис
- Глава 6. Сетевые службы и их мониторинг
- Глава 7. Управление пользователями, сетевыми службами, дисками, службой печати
- 1.Теория администрирования сетей tcp/ip
- 1.1. Организация сети tcp/ip
- 1.2. Межсетевой обмен в сетях tcp/ip
- 1.3. Основные протоколы стека tcp/ip
- IPing - новое поколение протоколов ip
- 1.4. Принципы построения ip-адресов
- 1.5. Подсети
- 1.6.Порты и сокеты
- 1.7.Основные принципы ip-маршрутизации
- 1.8.Информационные сервисы Internet
- 1.9 Система Доменных Имен
- 1.10 Электронная почта в Internet
- 1.11 Взаимодействие отдельных эвм друг с другом
- 1.12 Обмен файлами. Служба ftp
- 2. Администрирование сетей
- 2.1. Учетные записи и группы безопасности
- 2.1.1. Понятие пользовательской учетной записи
- 2.1.2.Встроенные пользовательские учетные записи Windows 2000/xp
- 2.1.3. Группы безопасности
- 2.1.4.Типы учетных записей
- 2.1.5. Встроенные группы безопасности
- 2.2. Администрирование файлов и папок
- 2.2.1. Режимы доступа к папкам
- 2.2.2. Права доступа
- 2.3.3 Права доступа при копировании (перемещении) файлов.
- 2.3. Сервисы сетей ncp/ip
- 2.3.1. Протокол динамической конфигурации клиентских машин
- Администрирование информационных систем Правила эксплуатации и ответственные за их соблюдение
- Проектирование информационных систем и их приемка
- Защита от вредоносного программного обеспечения
- Обслуживание систем
- Сетевое администрирование
- Защита носителей информации
- Обмен данными и программным обеспечением
- Проблема организации администрирования крупных информационных систем.
- Администрирование в информационных системах
- 1. Ведение. Основные проблемы администрирования сетей tcp/ip и информационных технологий Internet
- 1.1. Организация сети tcp/ip
- 1.2. Подключениe локальной или корпоративной сети к Internet
- 1.3. Маршрутизация в сетях tcp/ip
- 1.4. Система доменных имен
- 1.5. Обмен электронной почтой
- 1.6. Организация информационного обслуживания на основе технологий Internet
- 1.7. Проблемы безопасности сетей tcp/ip
- 2. Основы межсетевого обмена в сетях tcp/ip
- 2.1. Структура стека протоколов tcp/ip
- 2.2. Основные протоколы стека tcp/ip
- 2.2.1. Протоколы slip и ppp
- 2.2.2. Протокол arp. Отображение канального уровня на уровень межсетевого обмена
- 2.2.3. Протокол ip
- 2.8. Формат пакета Ipv4
- 2.2.4. IPing - новое поколение протоколов ip
- 2.3. Принципы построения ip-адресов
- 2.4. Подсети
- 2.5. Порты и сокеты
- 2.6. Основные принципы ip-маршрутизации
- 2.7. Настройка операционной системы и сетевые интерфейсы
- 2.8. Настройка сетевых интерфейсов
- 2.8.1. Настройка Ethernet-интерфейса
- 2.8.2. Настройка slip
- 2.8.3. Настройка интерфейса ppp
- 2.9. Маршрутизация, протоколы динамической маршрутизации, средства управления маршрутами
- 2.9.1. Статическая маршрутизация
- 2.9.2. Динамическая маршрутизация
- 2.9.3. Программа routed
- 2.9.4. Программа gated
- 2.10 Анализ и фильтрация tcp/ip пакетов
- 3. Информационные сервисы Internet
- 3.1. Система Доменных Имен
- 3.1.1. Принципы организации dns
- 3.1.3. Регистрация доменных имен
- 3.1.4. Серверы доменных имен и механизм поиска ip-адреса
- 3.1.5. Настройка resolver
- 3.1.6. Программа named
- 3.1.6.1. Файлы настройки named
- 3.1.6.2. Запись "Start Of Authority"
- 3.1.6.3. Запись "Name Server"
- 3.1.6.4. Адресная запись "Address"
- 3.1.6.5. Запись Mail eXchanger
- 3.1.6.6. Запись назначения синонима каноническому имени "Canonical Name"
- 3.1.6.7. Записи типа "Pointer"
- 3.1.6.8. Запись типа hinfo
- 3.1.6.9. Запись определения информационных сервисов "Well Known Services"
- 3.1.6.10. Команды описания зоны
- 3.1.6.11. Файлы описания зоны
- 3.1.7. Примеры настроек программы named и описания зон
- 3.1.7.1. Небольшой поддомен в домене ru
- 3.1.7.2. Описание "прямой" и "обратной" зон для поддомена определенного на двух подсетях
- 3.1.7.3. Делегирование поддомена внутри домена
- 3.1.8. Программа nslookup
- 3.1.9. Dns и безопасность
- 3.2. Электронная почта в Internet
- 3.2.1. Принципы организации
- 3.2.2. Формат почтового сообщения (rfc-822)
- 3.2.3. Формат представления почтовых сообщений mime и его влияние на информационные технологии Internet
- 3.2.3.1. Поле версии mime (mime-Version)
- 3.2.3.2. Поле типа содержания тела почтового сообщения (Content-Type)
- 3.2.3.3. Поле типа кодирования почтового сообщения (Content-Transfer-Encoding)
- 3.2.3.4. Дополнительные необязательные поля
- 3.2.4. Протокол обмена почтой smtp (Simple Mail Transfer Protocol)
- 3.2.5. Интерфейс Eudora
- 3.2.6. Системы почтовой рассылки (программа sendmail)
- 3.2.6.1. Принцип работы программы sendmail
- 3.2.7. Настройка программы sendmail
- 3.2.7.1. Тестирование Sendmail и способы запуска
- 3.3. Эмуляция удаленного терминала. Удаленный доступ к ресурсам сети
- 3.3.1. Протокол Telnet
- 3.3.2. Интерфейс пользователя (telnet) и демон (telnetd)
- 3.3.2.1. Программа-сервер (telnetd)
- 3.3.2.2. Программа-клиент (telnet)
- 3.3.3. Организация модемных пулов, настройка оборудования. Квоты пользователей
- 3.4. Обмен файлами. Служба архивов ftp
- 3.4.1. Типы информационных ресурсов
- 3.4.2. Протокол ftp
- 3.4.3. Сервер протокола - программа ftpd
- 3.5. Администрирование серверов World Wide Web
- 3.5.1. История развития, отцы-основатели, современное состояние
- 3.5.2. Понятие гипертекста
- 3.5.3. Основные компоненты технологии World Wide Web
- 3.5.4. Архитектура построения системы
- 3.5.4.1. Язык гипертекстовой разметки html
- 3.5.4.2. Принципы построения и интерпретации html
- 3.5.5. Протокол обмена гипертекстовой информацией (HyperText Transfer Protocol, http 1.0.)
- 3.5.5.1. Форма запроса клиента
- 3.5.5.2. Методы доступа
- 3.5.5.3. Ответ сервера
- 3.5.5.4. Защита сервера от несанкционированного доступа
- 3.5.6. Universal Resource Identifier - универсальный идентификатор. Спецификация универсального адреса информационного ресурса в сети
- 3.5.6.1. Принципы построения адреса www
- 3.5.6.2. Схемы адресации ресурсов Internet
- 3.5.7. Common Gateway Interface - средство расширения возможностей технологии World Wide Web
- 3.5.7.1. Механизмы обмена данными
- 3.5.7.2. Практика применения скриптов cgi
- 3.5.8. Выбор и установка сервера протокола http и другого программного обеспечения базы данных World Wide Web
- 3.5.8.1. Структура базы данных сервера www
- 3.5.8.2. Редакторы html-документов
- 3.5.8.3. Графические редакторы и их особенности
- 3.5.8.4. Серверы протокола http
- 3.5.8.5. Выбор, установка и настройка сервера
- 3.5.8.6. Обслуживание запросов
- 3.5.9. Организация информационной службы на основе технологии World Wide Web
- 3.5.9.1. Статистика доступа к системе и ее анализ
- 3.6. Информационно-поисковые системы Internet
- 3.6.1. Архитектура современных информационно-поисковых систем World Wide Web
- 3.6.2. Информационные ресурсы и их представление в информационно-поисковой системе
- 3.6.3. Информационно-поисковый язык системы
- 3.6.4. Типы информационно-поисковых языков
- 3.6.5. Традиционные информационно-поисковые языки и их модификации
- 3.6.6. Информационно-поисковые языки Internet
- 3.6.7. Интерфейс системы
- 5. Литература
- Администрирование сети и сервисов internet учебное пособие
- Содержание
- Введение в ip-сети
- Принципы построения составных сетей
- Локализация трафика и изоляция сетей
- Согласование протоколов канального уровня
- Маршрутизация в сетях с произвольной топологией
- Сетевой уровень и модель osi
- Функции сетевого уровня
- Протоколы передачи данных и протоколы обмена маршрутной информацией
- Стек протоколов tcp/ip История и перспективы стека tcp/ip
- Структура стека tcp/ip. Краткая характеристика протоколов
- Адресация в ip-сетях Типы адресов: физический (mac-адрес), сетевой (ip-адрес) и символьный (dns-имя)
- Три основных класса ip-адресов
- Соглашения о специальных адресах: broadcast, multicast, loopback
- Отображение физических адресов на ip-адреса: протоколы arp и rarp
- Отображение символьных адресов на ip-адреса: служба dns
- Автоматизация процесса назначения ip-адресов узлам сети - протокол dhcp
- Протокол межсетевого взаимодействия ip
- Формат пакета ip
- Управление фрагментацией
- Маршрутизация с помощью ip-адресов
- Пример взаимодействия узлов с использованием протокола ip
- Структуризация сетей ip с помощью масок
- Протокол доставки пользовательских дейтаграмм udp
- Зарезервированные и доступные порты udp
- Мультиплексирование и демультиплексирование прикладных протоколов с помощью протокола udp
- Формат сообщений udp
- Протокол надежной доставки сообщений tcp
- Сегменты tcp
- Порты и установление tcp-соединений
- Концепция квитирования
- Реализация скользящего окна в протоколе tcp
- Выбор тайм-аута
- Реакция на перегрузку сети
- Формат сообщений tcp
- Протокол обмена управляющими сообщениями icmp Общая характеристика протокола icmp
- Формат сообщений протокола icmp
- Сообщения о недостижимости узла назначения
- Перенаправление маршрута
- Протоколы обмена маршрутной информацией стека tcp/ip
- Дистанционно-векторный протокол rip
- Комбинирование различных протоколов обмена. Протоколы egp и bgp сети Internet
- Протокол состояния связей ospf
- Развитие стека tcp/ip: протокол iPv.6
- Администрирование информационных систем (tcp/ip)
- Преподаватели
- Аннотация
- Знания и умения, полученные в результате обучения
- Зачет и экзамен
- Требования к начальному уровню знаний
- Программа курса
- Полезные Интернет-ссылки