Алгоритмы маршрутизации

Под алгоритмом маршрутизации обычно понимают последовательность действий выбора наилучшего для заданного критерия маршрута источника – узла назначения при пересылке пакета.

Рассмотрим некоторые классификационные признаки алгоритмов маршрутизации, которые отражают их свойства и особенности.

По степени обновляемости маршрутов выделяют:

• статические алгоритмы маршрутизации, основанные на ручном составлении таблиц маршрутизации администратором сети до начала маршрутизации. Заданные маршруты сохраняются до тех пор, пока администратор сети не изменит их. Алгоритмы применяются только в небольших сетях с простой топологией связей;
• динамические или адаптивные алгоритмы, в которых таблицы маршрутизации, а следовательно, и сами маршруты постоянно обновляются в соответствии с меняющейся топологией сети.

По количеству используемых маршрутов различают:

• одномаршрутные алгоритмы, обеспечивающие передачу пакетов по одному и тому же маршруту;
• многомаршрутные алгоритмы, в которых каждому из возможных маршрутов в зависимости от его пропускной способности и других показателей назначается приоритет. Пакет пересылается по маршруту, обладающему наивысшим приоритетом. Этот маршрут обычно является основным, а остальные – резервными. Многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям.

Классификационным признаком алгоритмов может служить используемая структура маршрутизации, при этом:

• в одноуровневой системе маршрутизации все маршрутизаторы равноправны по отношению друг к другу;
• в иерархической системе маршрутизации выделяются базовые (Backbone) и небазовые маршрутизаторы. Пакеты из небазовых маршрутизаторов перемещаются к базовым и пропускаются через них до тех пор, пока не попадут в сеть с пунктом назначения. После этого пакеты перемещаются от последнего базового маршрутизатора через один или несколько небазовых непосредственно до пункта назначения. Системы маршрутизации часто устанавливают логические группы узлов, называемых доменами, автономными системами или областями. В иерархических системах одни маршрутизаторы какого-либо домена могут сообщаться с маршрутизаторами других доменов, в то время как другие маршрутизаторы этого домена могут поддерживать связь с маршрутизаторами только в пределах своего домена. Вну- тридоменным маршрутизаторам необходимо знать только о других маршрутизаторах в пределах своего домена, поэтому их алгоритмы маршрутизации проще, чем алгоритмы междоменных групп узлов.

Задачу выбора маршрута решают не только маршрутизаторы, но и оконечные узлы, поэтому выделяют два вида алгоритмов:

• с интеллектом в оконечном узле, который и определяет полный маршрут пакета. Их также называют алгоритмами с маршрутизацией от источника. В таких системах маршрутизаторы действуют как ретрансляторы пакетов, обеспечивая хранение и пересылку пакетов. Эти системы чаще выбирают наилучшие маршруты, однако требуют значительного трафика поиска и времени;
• с интеллектом в маршрутизаторе, на который и возлагается ответственность за маршрутизацию пакетов.

По способу обмена информацией о маршрутах различают:

• дистанционно-векторные алгоритмы или алгоритмы Бэлмана – Форда, которые обеспечивают пересылку всей или части маршрутной таблицы маршрутизатора своим ближайшим соседям;
• алгоритмы состояния канала, направляющие только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние собственных каналов маршрутизатора во все узлы объединенной сети. Их также называют алгоритмами первоочередности наикратчайшего маршрута. Отличительная особенность алгоритмов – более быстрая сходимость, меньшая склонность к образованию петель маршрутизации по отношению к дистанционно-векторным. Однако алгоритмы состояния канала характеризуются более сложными расчетами, требуя большей процессорной мощности и памяти.

Сведения о протоколах маршрутизации

В сетях со сложной топологией и большим количеством альтернативных маршрутов протоколы маршрутизации позволяют автоматизировать построение таблиц маршрутизации и отыскивать новые маршруты при отказах или появлении новых линий связи и маршрутизаторов. Протоколы маршрутизации делятся на внешние, предназначенные для переноса маршрутной информации между автономными системами, к которым обычно относят внутренние сети компаний, связанные с Интернетом, и на внутренние, применяемые только в пределах определенной автономной системы, называемые протоколами внутреннего шлюза.

Алгоритмы маршрутизации могут быть классифицированы по типам:

1.Статические или динамические. Статические алгоритмы представляют свод правил работы со статическими таблицами маршрутизации, которые настраиваются администраторами сети. Хорошо работают в случае предсказуемого трафика в сетях стабильной конфигурации. Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации.

2.Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы. Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям, одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Многомаршрутные алгоритмы могут обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность.

3.Одноуровневые или иерархические алгоритмы. Отличаются по принципу взаимодействия друг с другом. В одноуровневой системе маршрутизации все роутеры равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации пакеты данных перемещаются от роутеров нижнего уровня к базовым, которые осуществляют основную маршрутизацию. Как только пакеты достигают общей области пункта назначения, они перемежаются вниз по иерархии до хоста назначения.

4.Алгоритмы с маршрутизацией от источника. В системах маршрутизации от источника роутеры действуют просто как устройства хранения и пересылки пакета, без всяких раздумий отсылая его к следующей остановке, они предполагают, что отправитель рассчитывает и определяет весь маршрут сам. Другие алгоритмы предполагают, что хост отправителя ничего не знает о маршрутах. При использовании такого рода алгоритмов роутеры определяют маршрут через сеть, базируясь на своих собственных расчетах.

5.Внутридоменные или междоменные алгоритмы. Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними.

6.Алгоритмы состояния канала и дистанционно-векторные. Алгоритмы состояния канала направляют потоки маршрутной информации во все узлы сети. Каждый роутер отсылает только ту часть известной ему информации, которая описывает состояние его собственных каналов, но всем узлам маршрутизации. Дистанционно-векторные требуют от каждого роутера пересылки всей или части его таблицы но только соседям.

7.Адаптивные алгоритмы - алгоритмы динамической маршрутизации. Они самые реальные и самые распространенные. Автоматическое построение таблиц маршрутизации, эти алгоритмы адаптированы к изменениям в сети. К адаптивным алгоритмам предъявляются следующие требования:

Адитивность – скорость адаптивности алгоритма к изменениям в сети. Для достижения скорости алгоритмы должны быть простыми

Адаптивные алгоритмы маршрутизации должны обеспечивать если не оптимальные, то хотя бы наилучшие маршрутные решения.

Сходимость алгоритма – это когда алгоритм после некоторого времени приводит к однозначному результату.

8. Multipath Routing. Основная цель алгоритма - подсчёт альтернативных маршрутов и стоимости маршрутов. Стоимость - это вероятность использования альтернативного маршрута. В зависимости от этого каждый раз будет использоваться другой маршрут, что приведёт к уменьшению количества недоставленных пакетов. Использование этого метода делает компьютерную сеть очень надёжной. Метод чаще всего применяется для мобильных сетей, где состояние сети может часто изменяться и некоторые маршрутизаторы могут выходить из строя.

9. Иерархическая маршрутизация. Одноуровневые или иерархические алгоритмы. Некоторые алгоритмы маршрутизации оперируют в одноуровневом пространстве, в то время как другие используют иерархию маршрутизации. В одноуровневой системе маршрутизации все маршрутизаторы равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые маршрутизаторы формируют то, что составляет основу (базу) маршрутизации. Например, те, которые находятся на высокоскоростных магистралях. Пакеты из не базовых маршрутизаторов перемещаются к базовым маршрутизаторам и перемещаются через них до тех пор, пока не достигнут общей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового маршрутизатора через один или несколько не базовых маршрутизаторов до конечного пункта назначения. Системы маршрутизации часто устанавливают логические группы узлов, называемых доменами или областями. В иерархических системах одни маршрутизаторы какого-либо домена могут сообщаться с маршрутизаторами других доменов, в то время как другие маршрутизаторы этого домена могут поддерживать связь с маршрутизаторами только в пределах своего домена. В очень крупных сетях могут существовать дополнительные иерархические уровни. Маршрутизаторы наивысшего иерархического уровня образуют базу маршрутизации. Основным преимуществом иерархической маршрутизации является то, что она имитирует организацию большинства компаний и, следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика. Большая часть сетевого трафика компании сосредоточена в пределах своего домена, следовательно, внутри доменным маршрутизаторам необходимо иметь информацию только о других маршрутизаторах в пределах своего домена, поэтому их алгоритмы маршрутизации могут быть упрощенными. Соответственно, может быть уменьшен и трафик обновления маршрутизации, зависящий от используемого алгоритма маршрутизации.

Алгоритмы маршрутизации могут быть классифицированы по типам. Например, алгоритмы могут быть:

• 1. Статическими или динамическими
• 2. Одномаршрутными или многомаршрутными
• 3. Одноуровневыми или иерархическими
• 4. С интеллектом в главной вычислительной машине или в роутере
• 5. Внутридоменными и междоменными
• 6. Алгоритмами состояния канала или вектора расстояний

Статические алгоритмы маршрутизации вообще вряд ли являются алгоритмами. Распределение статических таблиц маршрутизации устанавливется администратором сети до начала маршрутизации. Оно не меняется, если только администратор сети не изменит его. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружениях, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста.

Т.к. статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети, они, как правило, считаются непригодными для современных крупных, постоянно изменяющихся сетей. Большинство доминирующих алгоритмов маршрутизации 1990гг. - динамические.

Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, программы маршрутизации пересчитывают маршруты и рассылают новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения пронизывают сеть, стимулируя роутеры заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять статические маршруты там, где это уместно. Например, можно разработать "роутер последнего обращения" (т.е. роутер, в который отсылаются все неотправленные по определенному маршруту пакеты). Такой роутер выполняет роль хранилища неотправленных пакетов, гарантируя, что все сообщения будут хотя бы определенным образом обработаны.

Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы

Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Преимущества многомаршрутных алгоритмов очевидны - они могут обеспечить заначительно большую пропускную способность и надежность.

Одноуровневые или иерархические алгоритмы. Некоторые алгоритмы маршрутизации оперируют в плоском пространстве, в то время как другие используют иерархиии маршрутизации. В одноуровневой системе маршрутизации все роутеры равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые роутеры формируют то, что составляет основу (backbone - базу) маршрутизации. Пакеты из небазовых роутеров перемещаются к базовыи роутерам и пропускаются через них до тех пор, пока не достигнут общей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового роутера через один или несколько небазовых роутеров до конечного пункта назначения.

Системы маршрутизации часто устанавливают логические группы узлов, называемых доменами, или автономными системами (AS), или областями. В иерархических системах одни роутеры какого-либо домена могут сообщаться с роутерами других доменов, в то время как другие роутеры этого домена могут поддерживать связь с роутеры только в пределах своего домена. В очень крупных сетях могут существовать дополнительные иерархические уровни. Роутеры наивысшего иерархического уровня образуют базу маршрутизации.

Основным преимуществом иерархической маршрутизации является то, что она имитирует организацию большинства компаний и следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика. Большая часть сетевой связи имеет место в пределах групп небольших компаний (доменов). Внутридоменным роутерам необходимо знать только о других роутерах в пределах своего домена, поэтому их алгоритмы маршрутизации могут быть упрощенными. Соответственно может быть уменьшен и трафик обновления маршрутизации, зависящий от используемого алгоритма маршрутизации.

Алгоритмы с игнтеллектом в главной вычислительной машине или в роутере

Некоторые алгоритмы маршрутизации предполагают, что конечный узел источника определяет весь маршрут. Обычно это называют маршрутизацией от источника. В системах маршрутизации от источника роутеры действуют просто как устойства хранения и пересылки пакета, без всякий раздумий отсылая его к следующей остановке.

Другие алгоритмы предполагают, что главные вычислительные машины ничего не знают о маршрутах. При использовании этих алгоритмов роутеры определяют маршрут через об"единенную сеть, базируясь на своих собственных расчетах. В первой системе, рассмотренной выше, интеллект маршрутизации находится в главной вычислительной машине. В системе, рассмотренной во втором случае, интеллектом маршрутизации наделены роутеры.

Компромисс между маршрутизацией с интеллектом в главной вычислительной машине и маршрутизацией с интеллектом в роутере достигается путем сопоставления оптимальности маршрута с непроизводительными затратами трафика. Системы с интеллектом в главной вычислительной машине чаще выбирают наилучшие маршруты, т.к. они, как правило, находят все возможные маршруты к пункту назначения, прежде чем пакет будет действительно отослан. Затем они выбирают наилучший мааршрут, основываясь на определении оптимальности данной конкретной системы. Однако акт определения всех маршрутов часто требует значительного трафика поиска и большого об"ема времени.

Внутридоменные или междоменные алгоритмы

Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними. Природа этих двух типов алгоритмов различная. Поэтому понятно, что оптимальный алгоритм внутридоменной маршрутизации не обязательно будет оптимальным алгоритмом междоменной маршрутизации.

Алгоритмы состояния канала или вектора расстояния

Алгоритмы состояния канала (известные также как алгоритмы "первоочередности наикратчайшего маршрута") направляют потоки маршрутной информации во все узлы об"единенной сети. Однако каждый роутер посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных каналов. Алгоритмы вектора расстояния (известные также как алгоритмы Бэлмана-Форда) требуют от каждогo роутера посылки всей или части своей маршрутной таблицы, но только своим соседям. Алгоритмы состояния каналов фактически направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как алгоритмы вектора расстояний отсылают более крупные корректировки только в соседние роутеры.

Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния каналов несколько меньше склонны к образованию петель маршрутизации, чем алгоритмы вектора расстояния. С другой стороны, алгоритмы состояния канала характеризуются более сложными расчетами в сравнении с алгоритмами вектора расстояний, требуя большей процессорной мощности и памяти, чем алгоритмы вектора расстояний. Вследствие этого, реализация и поддержка алгоритмов состояния канала может быть более дорогостоящей. Несмотря на их различия, оба типа алгоритмов хорошо функционируют при самых различных обстоятельствах.

Показатели алгоритмов (метрики). Маршрутные таблицы содержат информацию, которую используют программы коммутации для выбора наилучшего маршрута. Чем характеризуется построение маршрутных таблиц? Какова особенность природы информации, которую они содержат? В данном разделе, посвященном показателям алгоритмов, сделана попытка ответить на вопрос о том, каким образом алгоритм определяет предпочтительность одного маршрута по сравнению с другими.

В алгоритмах маршрутизации используется много различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один отдельный (гибридный) показатель. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации:

• 1. Длина маршрута
• 2. Надежность
• 3. Задержка
• 4. Ширина полосы пропускания
• 6. Стоимость связи

Длина маршрута является наиболее общим показателем маршрутизации. Некоторые протоколы маршрутизации позволяют администраторам сети назначать произвольные цены на каждый канал сети. В этом случае длиной тракта является сумма расходов, связанных с каждым каналом, который был траверсирован. Другие протоколы маршрутизации определяют "количество пересылок", т.е. показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через изделия об"единения сетей (такие как роутеры).

Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые каналы сети могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности. Оценки надежности обычно назначаются каналам сети администраторами сети. Как правило, это произвольные цифровые величины.

Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через об"единенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого роутера на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет. Т.к. здесь имеет место конгломерация нескольких важных переменных, задержка является наиболее общим и полезным показателем.

Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какого-либо канала. При прочих равных показателях, канал Ethernet 10 Mbps предпочтителен любой арендованной линии с полосой пропускания 64 Кбайт/сек. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.

Лекция

Тема: Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня.

Цель .

1. Обучающая. Ввести основные понятия. Освоить методы разработки и способы представления элементов сети.

2. Развивающая. Р азвивать логику, умение анализировать, сравнивать, делать выводы, высказывать свою мысль. Развивать внимание и аналитическое мышление.

3. Воспитательная . Воспитывать интерес к языкам программирования, научным достижениям и открытиям. Воспитывать аккуратность, внимательность и дисциплинированность. Формирование самостоятельности и ответственности при повторении пройденного и изучении нового материала. Воспитывать чувство ответственности за напарника при работе в группе.

Межпредметные связи:

· Обеспечивающие: информатика.

· Обеспечиваемые: базы данных.

Методическое обеспечение и оборудование:

1. Методическая разработка к занятию.

2. Рабочая программа.

3. Инструктаж по технике безопасности.

Технические средства обучения: проэктор, компьютер.

Обеспечение рабочих мест:

· Рабочие тетради.

Ход лекции.

Организационный этап.

Анализ и проверка домашнего задания.

Фронтальный опрос по вопросам.

Решите задачи.

Объединение сетей на основе протоколов сетевого уровня

Для объединения нескольких сетей в единую систему, способную передавать данные между любыми узлами объединенной сети, служит сетевой уровень.

На сетевом уровне вычислительной сетью будем называть совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типов топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.

Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети.

Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры всех сетей дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, который позволил бы находить на основании этой информации адресата в сети любого типа. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в интерсеть.

Внутри сети доставка данных обеспечивается канальным уровнем, а доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень. Он выбирает правильный маршрут передачи, чтобы данные достигли нужной сети. Сети соединяются между собой маршрутизаторами. Сообщения сетевого уровня называют пакетами.

В функции сетевого уровня входит:

−передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;

−выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;

−согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в смежных подсетях.

На сетевом уровне необходима собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях.

Сетевой адрес формируется как пара: номер сети (подсети) и номера узла.

Основным полем заголовка пакета на сетевом уровне является номер сети – адресата. Благодаря нумерации подсетей сетевой уровень может составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты.

Принципы маршрутизации

Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация – организация доставки пакетов по назначению.

Рассмотрим принципы маршрутизации на примере составной сети, изображенной на рис.1.

Маршрутизаторы имеют по несколько портов (не менее двух), к которым присоединяются сети. Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он имеет собственный сетевой адрес и собственный локальный адрес в той подсети, которая к нему подключена. Например, маршрутизатор номер 1 имеет три порта:

S1, S2, S3 – сети, подключенные к портам;

М1(1), М1(2), М1(3) – сетевые адреса этих портов;

Порт М1(1) имеет локальный адрес в сети S1;

Порт М1(2) имеет локальный адрес в сети S2;

Порт М1(3) имеет локальный адрес в сети S3;

S1, S2, … S5 – номера сетей, соединенных маршрутизаторами.

Рис. 1. Принцип маршрутизация в составной сети

Маршрутизатор можно рассматривать как совокупность нескольких узлов, каждый из которых входит в свою сеть. Как единое устройство маршрутизатор не имеет отдельного сетевого или локального адреса.

Маршрут – это последовательность марщрутизаторов, которые должен пройти пакет. В сложных сетях обычно существует несколько альтернативных маршрутов.

Каждый маршрутизатор выбирает маршрут дальнейшего следования пакета. Для этого он использует таблицу маршрутизации и указанный критерий выбора маршрута.

Табл.1 иллюстрирует пример таблицы маршрутизации для маршрутизатора 4.

Табл. 1. Таблица маршрутизации маршрутизатора 4.

Описание таблицы маршрутизации по столбцам слева направо:

Номер сети назначения;

Сетевой адрес следующего маршрутизатора (то есть адрес соответствующего порта следующего маршрутизатора), на который следует направить пакет, чтобы тот передавался по направлению к сети с данным номером по рациональному маршруту;

Сетевой адрес выходного порта – на какой из собственных портов маршрутизатор должен направить пакет;

Расстояние до сети назначения – используется, если в таблице маршрутизации есть несколько строк, соответствующих некоторому адресу сети назначения.

Под расстоянием понимается значение, определенное при некоторой метрике и используемое в соответствии с заданным в сетевом пакете критерием. Этот критерий иногда называют классом сервиса. Расстояние может измеряться хопами (скачками), временем прохождения пакета по линиям связи, характеристикой надежности связи на данном маршруте и т. п.

Если марщрутизатор поддерживает несколько классов сервиса пакетов, то таблица маршрутов составляется и применяется отдельно для каждого вида сервиса (критерия).

Если таблица маршрутизации в случае крупной сети имеет слишком большой объем, то для сокращения числа записей в таблице используют специальную запись «маршрутизатор по умолчанию» (default). Маршрутизаторы в этом случае хранят строки для соседних сетей. Обо всех остальных сетях в таблице делают одну запись, указывающую на маршрутизатор, через который пролегает путь ко всем остальным сетям. В нашем примере таким маршрутизатором для четвертого маршрутизатора является маршрутизатор 5 (порт М5(1)).То есть путь ко всем остальным сетям большой сети проходит через этот порт маршрутизатора.

Таблица маршрутизации строят также и для конечных узлов. Особенности таблиц маршрутизации на конечных узлах:

− они аналогичны по структуре таблицам, хранящимся в маршрутизаторах;

− используются для оределения того, направляется ли пакет в другую сеть или он адресован какому-либо узлу данной сети;

− эти таблицы маршрутизации чаще строятся вручную.

Табл. 2 содержит пример таблицы маршрутизации для узла А.

Табл2. Таблица маршрутизации конечного узла А.

Протоколы и алгоритмы маршрутизации

Цель маршрутизации – доставка пакетов по назначению с максимизацией эффективности. Маршрут выбирается на основании имеющейся у маршрутизаторов информации о конфигурации (топологии) сети, длин очередей в узлах коммутации, интенсивности входных потоков и других факторов, а также на основании заданного критерия выбора маршрута.

Алгоритмы маршрутизации включают процедуры:

− измерение и оценивание параметров сети;

− построение таблиц маршрутизации;

− реализация принятых маршрутных решений.

Таблицы маршрутизации создаются в основном автоматически, но могут корректироваться и дополняться вручную. Для автоматического построения таблиц маршрутизаторы обмениваются информацией о связях в сети. При этом используются специальные служебные протоколы, называемые протоколами маршрутизации. Протоколы маршрутизации помещают свои служебные пакеты в поле данных пакетов сетевого или транспортного уровня, то есть используют соответствующие протоколы для транспортировки своих сообщений. Формально эти протоколы можно отнести к более высокому уровню, чем сетевой.

Объединение подсетей для создания более сложной (неоднородной) сети можно осуществлять и средствами канального уровня. Для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако применение средств канального уровня для создания сложных сетей имеет существенные ограничения и недостатки. В табл. 3. проводится сравнение маршрутизаторов и коммутаторов (мостов) с точки зрения их применения для объединения подсетей.

Табл 3. Сравнение маршрутизаторов и коммутаторов (мостов).

Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц маршрутизации, способами выбора наилучшего маршрута и др.

Одношаговые алгоритмы маршрутизации

Каждый маршрутизатор определяет только один шаг маршрута – только следующий (ближайший) маршрутизатор. Окончательный маршрут складывается в результате работы всех маршрутизаторов, через которые проходит данный пакет.

Одношаговые алгоритмы, в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации делятся на три класса:

§ алгоритмы фиксированной (статической) маршрутизации;

§ алгоритмы простой маршрутизации;

§ алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации.

Алгоритмы фиксированной маршрутизации :

§ все записи в таблице маршрутизации являются статическими;

§ таблица обычно создается при загрузке и используется без изменений, пока ее не отредактируют вручную (если, например, отказал какой-нибудь маршрутизатор);

§ виды таблиц

− одномаршрутные таблицы, в которых для каждого адресата задан один путь;

− многомаршрутные таблицы, определяющие альтернативные пути для каждого адресата. Должно быть задано правило выбора одного из маршрутов;

§ приемлем в небольших сетях с простой топологией или для работы на магистралях крупных сетей (с простой структурой).

В алгоритмах с простой маршрутизацией таблица маршрутизации либо вовсе не используется, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Выделяют три типа простой маршрутизации:

− случайная маршрутизация, когда прибывший пакет посылается в случайном направлении, кроме исходного;

− лавинная маршрутизация, когда пакет широковещательно посылается по всем возможным направлениям, кроме исходного;

− маршрутизация по предыдущему мосту, когда маршрут выбирается по таблице, но таблица строится, как у моста, путем анализа адресных полей, поступающих пакетов.

Алгоритмы адаптивной (динамической) являются самыми распространенными и обладают следующими свойствами:

− автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети;

− обычно задается интервал времени, в течение которого данный маршрут будет оставаться действительным. Это время называется временем жизни маршрута;

− сбор топологической информации распределен между всеми маршрутизаторами, хотя наметилась тенденция использования сервера маршрутов – протокол NHRP.

− обеспечение достаточно рационального маршрута;

− простые алгоритмы без использования большого объема сетевых ресурсов;

− обладание свойством сходимости – получение однозначного результата за приемлемое время.

Два типа алгоритмов адаптивной маршрутизации:

− дистанционно – векторные алгоритмы;

− алгоритмы состояния связей.

В алгоритмах дистанционно – векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Каждый маршрутизатор наращивает расстояния до указанных в векторе сетей на расстояние до данного соседа. В полученный вектор маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце концов, узнает обо всех имеющихся сетях и о расстояниях до них через соседние маршрутизаторы.

Недостатки дистанционно – векторных алгоритмов:

− хорошо работают только в небольших сетях, в больших сетях генерируют интенсивный широковещательный трафик;

− изменения конфигурации могут отрабатываться не всегда корректно, так как маршрутизаторы не владеют точной топологией, а располагают только обобщенной информацией – вектором дистанций.

Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно – векторномалгоритме, являетсяRIP (Routing Internet Protocol).

Алгоритмы состояния связей обеспечивают маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают с одинаковыми графами. Вершинами графа являются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети, Имеется широковещательный трафик, но только при изменении состояния связей и пакетами меньшего объема, чем для алгоритма RIP. В надежных сетях связи изменяются не часто.Одним из протоколов, основанным на алгоритме состояния связей является протокол OSPF (Open Shortest Path First) стека TCP/IP.

Функции маршрутизатора

Функции маршрутизатора могут быть разбиты на 3 группы в соответствии с уровнями модели OSI (рис. 5.3, с. 358).

Уровень интерфейсов

На нижнем уровне маршрутизатор обеспечивает физические интерфейсы для подсоединения локальных и глобальных сетей. Каждый интерфейс (порт) для подключения локальной сети соответствует определенному протоколу канального уровня (FDDI, Ethernet, Token Ring). Интерфейс с глобальной сетью обычно определяет только некоторый стандарт физического уровня, над которым в маршрутизаторе могут работать различные протоколы канального уровня. Например, с интерфейсом V.35 могут работать протоколы: LAP-B (X.25), LAP-F (frame relay), LAP-D(ISDN).

Кадры после обработки протоколами физического и канального уровней освобождаются от заголовков канального уровня. Пакеты, извлеченные из поля данных кадра, передаются сетевому протоколу.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-25

При разработке алгоритмов маршрутизации часто преследуют одну или несколько из перечисленных ниже целей:

1 Оптимальность. Она характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать «наилучший» маршрут.

2 Простота и низкие непроизводительные затраты. Другими словами, алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности, с минимальными затратами программного обеспечения и коэффициентом использования.

3 Живучесть и стабильность. Другими словами, они должны четко функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств, таких как отказы аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные реализации.

4 Быстрая сходимость. Сходимость - это процесс соглашения между всеми маршрутизаторами по оптимальным маршрутам.

5 Гибкость. Другими словами, алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети.

Алгоритмы маршрутизации могут быть классифицированы по типам. Например, алгоритмы могут быть:

1 Статическими или динамическими.

Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружениях, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста.

Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации.

2 Одномаршрутными или многомаршрутными.

Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Преимущества многомаршрутных алгоритмов очевидны - они могут обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность.

3 Одноуровневыми или иерархическими.

В одноуровневой системе маршрутизации все router равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые маршрутизаторы формируют то, что составляет основу (backbone - базу) маршрутизации. Основным преимуществом иерархической маршрутизации является то, что она имитирует организацию большинства компаний и следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика.

4 С интеллектом в главной вычислительной машине или в маршрутизаторе.

В первой системе, рассмотренной выше, интеллект маршрутизации находится в главной вычислительной машине. В системе, рассмотренной во втором случае, интеллектом маршрутизации наделены router.

5 Внутридоменными и междоменными.

Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними. Природа этих двух типов алгоритмов различная. Поэтому понятно, что оптимальный алгоритм внутридоменной маршрутизации не обязательно будет оптимальным алгоритмом междоменной маршрутизации.

6 Алгоритмами состояния канала или вектора расстояний.

Алгоритмы состояния канала (известные также как алгоритмы «первоочередности наикратчайшего маршрута») направляют потоки маршрутной информации во все узлы объединенной сети. Однако каждый router посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных каналов. Алгоритмы вектора расстояния (известные также как алгоритмы Белмана-Форда) требуют от каждого маршрутизатора посылки всей или части своей маршрутной таблицы, но только своим соседям. Алгоритмы состояния каналов фактически направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как алгоритмы вектора расстояний отсылают более крупные корректировки только в соседние router.