История развития вычислительных сетей. Преимущества использования вычислительных сетей

Вопросы к экзамену Сети и телекоммуникации

1. История развития вычислительных сетей. Преимущества использования вычислительных сетей Веселова

2. Классификация сетей Данилюк

3. Топологии сетей. Определение. Примеры Адаев

4. Топология звезда. Достоинства и недостатки Докина

5. Топология кольцо. Достоинства и недостатки Адаев

6. Топология общая шина. Достоинства и недостатки Данилюк

7. Сетевое оборудование Буров

8. Протокол Ethernet. Формат кадра. Домен коллизий Веселова

9. Модель OSI. Состав и назначение

10. Модель OSI. Протоколы нижних уровней (1-3) Адаев

11. Модель OSI. Протоколы верхних уровней (4-7) Адаев

12. Кодирование сигнала в ЛВС. Пример Данилюк

13. Бифазное и манчестерское кодирование. Сравнение Шишков

14. Кодирование RZ и NRZ. Сравнение Адаев

15. Протокол DHCP Шишков

16. Маршрутизация. Статическая и динамическая Веселова

17. Статическая маршрутизация. Таблицы маршрутизации Буров

18. Протоколы динамической маршрутизации. Сравнение Данилюк

19. Алгоритмы маршрутизации в Интернет: основные подходы, маршрутизация по вектору расстояния. Адаев

20. Алгоритмы маршрутизации в Интернет: основные подходы, маршрутизация по состоянию канала. Докина

21. Протокол RIP Веселова

22. Протокол OSPF Адаев

23. Протокол ЕIGRP Буров

24. Методы расчета метрик для различных протоколов маршрутизации Данилюк

25. Соответствие уровней модели OSI и стека протоколов TCP/IP

26. Стек протоколов TCP/IP Буров

27. Сетевые утилиты Windows для настройки IP соединения Адаев

28. Сетевые утилиты Windows для проверки сети Данилюк

29. Сетевые утилиты Windows для настройки сети Докина

30. Алгоритм Луна. Адаев

31. Алгоритмы расчета контрольных сумм Данилюк

32. Классы IP сетей. Характеристики и назначение Буров

33. Протокол ARP. Назначение, формат заголовка Веселова

34. Протокол IPv4. Назначение, формат заголовка Адаев

35. Протокол IPv6. Характеристики Буров

36. Протокол IPv6. Переход от IPv4 к IPv6 Данилюк

37. Протокол ICMP. Назначение, формат заголовка Шишков

38. Протокол UDP. Назначение, формат заголовка Шишков

39. Протокол TCP. Назначение, формат заголовка Адаев

40. Информационная безопасность в сетях. Свойства информации Адаев

41. Информационная безопасность в сетях. Методы шифрования Веселова

42. Понятия идентификации, аутентификации и авторизации. Примеры Адаев

43. Система доменных имен Данилюк

44. Протокол FTP Данилюк (по реферату)

45. Протокол HTTP Адаев

46. Использование CRC для проверки целостности файла

47. Использование хэш-функций для проверки целостности файла

48. Свойства хэш-функций

49. Схема Меркеля-Дамгарда

50. Шифрование. Симметричное и асимметричное, сравнение

51. Схема симметричного шифрования, пример

52. Схема асимметричного шифрования, пример

53. Асимметричное шифрование, требования к алгоритмам

54. Коды аутентификации. Свойства алгоритмов

55. Коды аутентификации. HMAC

 

Классификация сетей

Компьютерные сети классифицируются по двум признакам: общие (пользовательские) и специальные (профессиональные).

Общие (пользовательские) признаки:

• по архитектуре;
• по масштабу администрирования;
• по уровню однородности;
• по территориальному признаку;
• по скорости передачи;
• по способу подключения;
• по пpедоставляемому сеpвису (службам).

Классификация сетей по архитектуре:

• LAN – Local Area Network (ЛВС) – Локальные вычислительные сети: Ethernet, FastEthernet, ARCnet, TokenRing, LokalTalk (Apple), WLAN, FDDI*.
• WAN – Wide Area Network (РВС) – Региональные и глобальные вычислительные сети: FDDI*, ATM, FrameRelay.
• MAN – Metropolian Area Network (TВС) – Городские (территориальные) вычислительные сети.. Это понятие в настоящее вpемя уже не используется. Оно вытеснено понятием WAN.
• GAN – Global Area Network (ГВС) – Глобальные вычислительные сети.Это понятие в настоящее вpемя уже не используется. Оно вытеснено понятием WAN.

Классификация по масштабу администрирования:

• Офисные сети (сети отделов).
• Учрежденческие сети (сети кампусов).
• Корпоративные сети.
• Сети общего доступа (Internet).

Классификация по уровню однородности:

• Одноранговые.
• «Клиент-сервер»
  – Клиент – объект (компьютер или программа), запрашивающий некоторые услуги.
  – Сервер – объект (компьютер или программа), предоставляющий некоторые услуги.
• Гибридные.
• Гетерогенные, гомогенные.

Классификация по скорости передачи данных (единицы измерения скорости передачи (боды, бит/c, bps, cps, Мб/с, МБ/с):

• коммуникационные модемные каналы: 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 33600, 56000 bps;
• физическая скорость на коммутируемых телефонных каналах = (1200-3000 bod);
• цифровые модемы 64Кб/с, 128 Кб/с, 256Кб/с, 1,0Мб/с, 5Мб/.с, 10Мб/с;
• среднескоростные сети 1, 2, 8, 10, 16, 20 Мб/с;
• скоростные сети 100 Мб/с, 1.5 Гб/с.

Классификация по типу передающей cреды:

• проводная (коаксиал, витая паpа, оптоволокно);
• беспроводная (радиоканал, ИК каналы, микроволновые каналы).

Специальные (профессиональные) признаки:

• по топологии сети;
• по способу управления;
• по типу передающей cреды;
• по назначению.

Классификация по топологии сети:

• сети с топологией «Общая шина»;
• сети с топологией «Звезда»;
• сети с топологией «Кольцо»;
• сети с древовидной топологией;
• сети со смешанной топологией.

 

 

Топологии сетей. Определение. Примеры

Топология компьютерной сети — физическое расположение компьютеров в сети относительно друг друга и способ соединения их линиями связи. Топология определяет требованию к оборудованию, тип используемого кабеля, методы управления, надёжность работы, возможность расширения сети.

Основные топологии: Шина, Звезда, Кольцо.

Основные факторы, влияющие на физическую работоспособность сети:

1.Исправность абонентов, подключенных к сети.

2.Исправность сетевого оборудования.

3.Целостность кабеля.

4.Ограничение длины кабеля

 

Топология сети — это способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств. Топология сети позволяет увидеть всю ее структуру, сетевые устройства, входящие в сеть, и их связь между собой.

Шинная топология сети — топология, при которой все компьютеры сети подключаются к одному кабелю, который используется совместно всеми рабочими станциями.

Топология сети «Звезда» — топология, при которой все рабочие станции имеют непосредственное подключение к серверу, являющемуся центром «звезды». При такой схеме подключения запрос от любого сетевого устройства направляется прямиком к серверу, где он обрабатывается с различной скоростью, зависящей от аппаратных возможностей центральной машины.

Кольцевая топология сети — схема, при которой все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется с входом другого. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Ячеистая топология сети — топология, при которой каждая рабочая станция соединяется со всеми другими рабочими станциями этой же сети. Каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами. Поэтому обрыв кабеля не приведет к потере соединения между двумя компьютерами. Эта топология сети допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.

При смешанной топологии применяются сразу несколько видов соединения компьютеров между собой.

 

Активная звезда

В данной топологии выделенный компьютер-сервер – находится в центре сети.

Пассивная звезда

В центре сети имеется концентрат или коммуникатор, выполняющий роль повторителя. В этом случае все абоненты сети имеют общие права. Пассивная звезда гораздо популярнее, нежели активная (истинная) и используется в сети Ethernet.

Достоинства

· Упрощённая система поиска и устранения поврежденной сети. Происходит это потому, что нахождение всех компьютеров в прямой зависимости от центрального аппарата помогает справиться с неработоспособностью некоторой рабочей точки на основной станции.

· Пакеты данных не совершают свой путь в этой сетевой топологии.

· Гарантированная надёжность и защищённость данных. Этому способствует тип передачи пакета данных через три точки: компьютер – коммуникатор – компьютер.

· Проблемы, связанные с одним из конкретных узлов, не повлияют на производительность других, так как все компьютеры не связаны между собой.

· Беспрепятственное добавление нового узла или замена устаревших РС.

· Высокая расширяемость и модернизирование.

· Этот тип топологии обладает хорошей масштабируемостью, что создаёт каждому абоненту сети необходимое качество службы. Чтобы подключить новую станцию нужно просто-напросто протянуть от сетевого коммутатора ещё один кабель.

· Высокая продуктивность.

· Полное отсутствие состыковок посылаемых данных, так как данные от рабочей станции к серверу посылаются по другому каналу и не затрагивают другие станции.

Недостатки:

· Основной недостаток сетевой топологии звезда – безусловная подчинённость всех узлов компьютера концентраторам.

· Влияние количества подключений к основному сетевому узлу на размер сети.

· Необходимость увеличения длины кабеля для прокладки сети (в сравнении с другими сетевыми топологиями)

· Ограниченное количество сетевых рабочих станций или сегментов сети по причине ограничения числа ресурсов в центральном компьютере

· Зависимость производительности обмена данных всей сети от производительности общего устройства. К примеру, если сервер функционирует медленно, то это может стать причиной неоперативной работы всей сети.

· Немалая стоимость реализации, поскольку необходимо бывает много кабеля.

 

Достоинства

• Небольшое время установки сети;
• Дешевизна (требуется кабель меньшей длины и меньше сетевых устройств);
• Простота настройки;
• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети;

Недостатки

• Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля или выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
• Затрудненность выявления неисправностей;
• С добавлением новых рабочих станций падает общая производительность сети.

Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство (например, рабочая станция или сервер) независимо подключается к общему кабелю-шине с помощью специального разъёма. Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине.

Сетевое оборудование

1. Сетевые карты – это контроллеры, подключаемые в слоты расширения материнской платы компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети.

2. Терминаторы – это резисторы номиналом 50 Ом, которые производят затухание сигнала на концах сегмента сети.

3. Концентраторы (Hub) – это центральные устройства кабельной системы или сети физической топологии "звезда", которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все остальные. В результате получается сеть с логической структурой общей шины. Различают концентраторы активные и пассивные. Активные концентраторы усиливают полученные сигналы и передают их. Пассивные концентраторы пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его.

4. Повторители (Repeater) – устройства сети, усиливает и заново формирует форму входящего аналогового сигнала сети на расстояние другого сегмента. Повторитель действует на электрическом уровне для соединения двух сегментов. Повторители ничего распознают сетевые адреса и поэтому не могут использоваться для уменьшения трафика.

5. Коммутаторы (Switch) – управляемые программным обеспечением центральные устройства кабельной системы, сокращающие сетевой трафик за счет того, что пришедший пакет анализируется для выяснения адреса его получателя и соответственно передается только ему.

Использование коммутаторов является более дорогим, но и более производительным решением. Коммутатор обычно значительно более сложное устройство и может обслуживать одновременно несколько запросов. Если по какой-то причине нужный порт в данный момент времени занят, то пакет помещается в буферную память коммутатора, где и дожидается своей очереди. Построенные с помощью коммутаторов сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность в несколько километров.

6. Маршрутизаторы (Router) – стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющее переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую, а также фильтровать широковещательные сообщения.

7. Мосты (Bridge) – устройства сети, которое соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной, и передают трафик между ними. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети, одновременно не нарушая ограничений на максимальную длину кабеля, количество подключенных устройств или количество повторителей на сетевой сегмент.

8. Шлюзы (Gateway) – программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Они действует на сеансовом, представительском и прикладном уровнях модели OSI.

9. Мультиплексоры – это устройства центрального офиса, которое поддерживают несколько сотен цифровых абонентских линий. Мультиплексоры посылают и получают абонентские данные по телефонным линиям, концентрируя весь трафик в одном высокоскоростном канале для передачи в Internet или в сеть компании.

10. Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) – сетевые устройства, реализующие контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. В других случаях таким уникальным элементом является микропроцессорные карточки, биометрические характеристики пользователя и т. п. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры.

 

Формат кадра Ethernet

Формат кадров канального уровня практически одинаков для всех Ethernet совместимых технологий. Технология Ethernet предусматривает кадры четырех форматов, которые незначительно отличаются друг от друга. Один из форматов кадра (802.3) подуровня МАС приведен на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Формат кадра 802.3 подуровня МАС

Разделитель кадров, позволяющий определить начало кадра и обеспечить синхронизацию между передатчиком и приемником, представлен преамбулой и начальным ограничителем кадра (Start of Frame Delimiter - SFD). Преамбула кадра состоит из семи байт 10101010, необходимых для вхождения приемника в режим синхронизации. Начальный ограничитель - 10101011 отмечает начало кадра. В некоторых форматах все 8 байт, которые перечислены, называются преамбулой.

Формат кадра включает поля физических адресов узла назначения (DA - Destination Address) и узла источника (SA - Source Address). В технологиях Ethernet физические адреса получили название МАС-адресов. МАС-адреса содержат 48 двоичных разрядов и отображаются в шестнадцатеричной системе одной из следующих форм: 00-19-D1-93-7E-BC, 00:19:D1:93:7E:BC, 0019.D193.7EBC. МАС-адреса являются "плоскими" не иерархическими.

В локальных сетях адресация сообщений производится на основе МАС-адресов, которые "прошиты" в ПЗУ сетевых карт конечных узлов и на интерфейсах сетевых элементов. При запуске компьютера МАС-адрес из ПЗУ копируется в оперативную память ОЗУ. В современной аппаратуре программаторы позволяют изменять МАС-адреса, что снижает эффективность фильтрации трафика на основе МАС-адресов, т.е. снижает информационную безопасность.

Адрес, состоящий из всех единиц FF-FF-FF-FF-FF-FF, является широковещательным адресом (broadcast), когда передаваемая в кадре информация предназначена всем узлам локальной сети.

Младшие 24 разряда МАС-адреса (6 шестнадцатеричных разрядов) задают уникальный номер оборудования, например, номер сетевой карты. Старшие 24 разряда физического МАС-адреса, называемые уникальным идентификатором организации (OUI), присваиваются производителю оборудования институтом IEEE. Израсходовав все МАС-адреса, задаваемые младшими 24 разрядами, производитель оборудования должен получить новый идентификатор OUI от IEEE. Несмотря на то, что в МАС-адресе выделена старшая и младшая части, он считается, в отличие от IP-адреса, плоским (не иерархическим).

Поле L (рис. 5.3) определяет длину поля данных Data, которое может быть от 46 до 1500 байт. Если поле данных меньше 46 байт, то оно дополняется до 46 байт. В настоящее время часто используется формат кадра стандарта Ethernet-II, в котором вместо поля L задается поле типа Т, где указан протокол сетевого уровня. Например, при использовании на сетевом уровне протокола IPv4 шестнадцатеричное значение поля Т будет 0?0800. В случае передачи кадра протокола ARP значение поля Т - 0?0806. Остальные поля кадра Ethernet-II идентичны кадру стандарта 802.3.       

Поле контрольной суммы (FCS - Frame Check Sequence) длиной в 4 байта позволяет определить наличие ошибок в полученном кадре, за счет использования алгоритма проверки на основе циклического кода CRC.

Таким образом, минимальный размер кадра с учетом адресного поля (12 байт), поля L/T (2 байта) и поля контрольной суммы FCS (4 байта) составляет 64 байта, а максимальный размер - 1518 байт. С учетом преамбулы минимальный размер кадра - 72 байта.

Протокол DHCP

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки узла) — Сетевой протокол, позволяющий сетевым устройствам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к так называемому серверу DHCP и получает от него нужные параметры. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых сервером среди компьютеров. Это позволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и уменьшает количество ошибок. Протокол DHCP используется в большинстве сетей TCP/IP.

 

Стандарт протокола DHCP был принят в октябре 1993 года.

Протокол DHCP предоставляет три способа распределения IP-адресов:

· Ручное распределение. При этом способе сетевой администратор сопоставляет аппаратному адресу (для Ethernet-сетей это MAC-адрес) каждого клиентского компьютера определённый IP-адрес. Фактически данный способ распределения адресов отличается от ручной настройки каждого компьютера лишь тем, что сведения об адресах хранятся централизованно (на сервере DHCP), и потому их проще изменять при необходимости.

· Автоматическое распределение. При данном способе каждому компьютеру на постоянное использование выделяется произвольный свободный IP-адрес из определённого администратором диапазона.

· Динамическое распределение. Этот способ аналогичен автоматическому распределению за исключением того, что адрес выдаётся компьютеру не на постоянное пользование, а на определённый срок. Это называется арендой адреса. По истечении срока аренды IP-адрес вновь считается свободным, и клиент обязан запросить новый (он, впрочем, может оказаться тем же самым). Кроме того, клиент сам может отказаться от полученного адреса.

Помимо IP-адреса, DHCP также может сообщать клиенту дополнительные параметры, некоторыми из наиболее часто используемых опций являются:

-IP-адрес маршрутизатора по умолчанию;

-маска подсети;

-адреса серверов DNS;

-имя домена DNS.

Устройство протокола

Протокол DHCP является клиент-серверным, то есть в его работе участвуют клиент DHCP и сервер DHCP. Передача данных производится при помощи протокола UDP. По умолчанию запросы от клиента делаются на 67 порт к серверу, сервер в свою очередь отвечает на порт 68 к клиенту, выдавая адрес IP и другую необходимую информацию, такую, как сетевую маску, маршрутизатор и серверы DNS.

 

Статическая маршрутизация.

Стати́ческая маршрутиза́ция — вид маршрутизации, при котором маршруты указываются в явном виде при конфигурации маршрутизатора. Вся маршрутизация при этом происходит без участия каких-либо протоколов маршрутизации.

Для маршрутизации нужна маршрутная информация, куда (на какой интерфейс) пакет отправлять, зная адрес назначения.

Чтобы сконфигурировать статическую маршрутизацию администратор должен задать маршруты ко всем возможным сетям назначения, которые не присоединены непосредственно к данному маршрутизатору

Таблицы маршрутизации.

Таблица маршрутизации — таблица, состоящая из сетевых маршрутов и предназначенная для определения наилучшего пути передачи сетевого пакета. Каждая запись в таблице маршрутизации состоит, как правило, из таких полей:

адрес сети назначения (destination);

маска сети назначения (netmask, genmask);

адрес шлюза (gateway), за исключением тех случаев, когда описывается в маршрут непосредственно доступную (directly connected) сеть, в этом случае вместо адреса шлюза обычно указываются 0.0.0.0;

метрика маршрута (не всегда).

Для получения таблицы маршрутизации используется команда route.

Рассмотрим таблицы маршрутизации самой простой сети.

Схема сети

Столбцы таблицы маршрутизации:

· Destination - адрес сети назначения

· Gateway - адрес шлюза

· Genmask - маска сети назначения

· Flags - флаги U - показывает, что маршрут активен. G - показывает, что маршрут проходит через промежуточный маршрутизатор (Gateway). H - специфический маршрут, маршрут к этому хосту отличается от маршрута ко всей этой сети.

· Metric - метрика, если для отправки можно использовать несколько маршрутов, позволяет делать выбор. Метрика =0 обозначает, что эта сеть непосредственно подключена к данному интерфейсу.

· Ref - сколько раз ссылались на данный маршрут при обработке пакетов

· Use - количество пакетов, переданное по данному маршруту.

· Iface - интерфейс для отправки пакетов.

Пример таблицы маршрутизации в Windows

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

>route PRINT   =========================================================================== Активные маршруты: Сетевой адрес Маска сети Адрес шлюза Интерфейс Метрика  0.0.0.0 0.0.0.0 10.85.241.18 10.85.241.63 1  10.85.240.0 255.255.254.0 10.85.241.63 10.85.241.63 20  10.85.241.63 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 20  10.255.255.255 255.255.255.255 10.85.241.63 10.85.241.63 20  127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1  224.0.0.0 240.0.0.0 10.85.241.63 10.85.241.63 20  255.255.255.255 255.255.255.255 10.85.241.63 10.85.241.63 1 Основной шлюз: 10.85.241.18 ===========================================================================

 

 

Источники информации для таблицы маршрутизации:

· Ручная настройка сетевых интерфейсов.

· Ручная настройка default маршрутизатора.

· Ручная настройка настройка маршрутов.

· Динамические протоколы - RIP, OSPF и т.д.

 

Различие в алгоритмах

Сами протоколы динамической маршрутизации можно классифицировать по нескольким критериям.

По алгоритмам:

• Дистанционно-векторные протоколы (Distance-vector Routing Protocols);
• RIP
• Протоколы состояния каналов связи (Link-state Routing Protocols).
• OSPF
• IS-IS
• Иногда выделяют третий класс, усовершенствованные дистанционно-векторные протоколы (advanced distance-vector), для того чтобы подчеркнуть существенные отличия протоколов от классических дистанционно-векторных.
• EIGRP

Компания Cisco ранее называла протокол EIGRP смешанный протокол, однако по своим принципам работы, EIGRP дистанционно-векторный протокол.

Область применения

По области применения разделяют на:

• Протоколы междоменной маршрутизации (EGP):
• BGP
• Протоколы внутридоменной маршрутизации (IGP):
• OSPF
• RIP
• EIGRP
• IS-IS

Протокол RIP

Самым распространенным представителем дистанционно-векторного алгоритма является протокол RIP (Routing Information Protocol) – протокол маршрутной информации.

Работа протокола RIP

Рассмотрим процесс обработки маршрутизатором R1 маршрута к сети 172.30.22.0. (Рис.1) Протокол RIP настроен на обоих роутерах R1 и R2 во все непосредственно подсоединенные сети.

Рис.1. Процесс обработки маршрутизатором R1 маршрута к сети

Сеть 172.30.22.0 напрямую подключена к маршрутизатору R2, поэтому счетчик переходов для нее равен 0. Когда R2 пересылает анонс маршрута к такой сети, он устанавливает значение счетчика равным 1. Получив анонс от R2, маршрутизатор R1 заносит маршрут к сети 172.30.22.0 в свою таблицу маршрутизации и считает этот маршрут оптимальным, поскольку других маршрутов у него нет. В качестве исходящего интерфейса для нового маршрута R1 использует S0/0, поскольку анонс был получен через него.
В качестве адреса следующего транзитного устройства на маршруте использует 172.30.1.2, поскольку анонс маршрутизации был получен от отправителя с этим IP-адресом.

Из анонсов маршрутов исключаются некоторые маршруты для того чтобы исключить кольцевые маршруты и зацикливание пакетов. Кольцевой маршрут образуется, когда два или более маршрутизаторов пересылают друг другу пакеты по замкнутому пути при котором пакеты не достигают нужного получателя. Кольцевой маршрут будет действовать до тех пор, пока маршрутизаторы в сети не обновят свои таблицы маршрутизации. Для избежания кольцевых маршрутов, маршрутизаторы рассылают информацию об отказавшем маршруте со специальной метрикой, равной бесконечности (для протокола RIP это значение равно 16). Такая рассылка называется корректировкой маршрута.

Еще один механизм предотвращения кольцевых маршрутов – таймер хранения информации. Когда устройство получает откорректированный маршрут (с максимальной метрикой), свидетельствующий о том, что этот маршрут недоступен, запускается таймер для такого маршрута. Стандартное значение таймера хранения информации равно 180 с. До тех пор, пока не истечет таймер, новая информация о маршруте не принимается устройством, но информация от соседнего маршрутизатора, который ранее анонсировал исчезнувший маршрут, принимается и обрабатывается до истечения таймера хранения информации.

Пример сети и ее настройки с использованием протокола RIP

(Рис.2)

Рис.2. Пример протокола RIP для сети

Для настройки на маршрутизаторе протокола RIP необходимо ввести команду router rip. Далее в режиме конфигурирования протокола маршрутизации нужно ввести команду network, содержащую номер сети, подключенной непосредственно к роутеру, информацию о которой следует разглашать в рассылках. Если используется бесклассовая адресация, необходимо включить 2 версию протокола RIP командой version 2

Router1(config)# router     rip
Router1(config-router)# network 92.154.224.0
Router1(config-router)# network 92.154.252.0
Router1(config-router)# version 2

Router2(config)# router         rip
Router2(config-router)# network 92.154.252.0
Router2(config-router)# network 92.154.252.4
Router2(config-router)# network 92.154.228.0
Router2(config-router)# version 2

Router3(config)# router    rip
Router3(config-router)# network 92.154.252.4
Router3(config-router)# network 92.154.232.0
Router3(config-router)# version 2

Проверяем таблицу маршрутизации командой

Router1# show ip route rip

92.0.0.0/8 is variably subnetted, 5 subnets, 2 masks
R 92.154.228.0/22 [120/1] via 92.154.252.2, 00:00:20, Serial1/0
R 92.154.232.0/22 [120/2] via 92.154.252.2, 00:00:20, Serial1/0
R 92.154.252.4/30 [120/1] via 92.154.252.2, 00:00:20, Serial1/0

Следует заметить, что соседние роутеры будут обмениваться таблицами маршрутизации RIP только в том случае, если протокол RIP настроен с обеих сторон.

Протокол OSPF

OSPF (англ. Open Shortest Path First) — протокол динамической маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала (link-state technology) и использующий для нахождения кратчайшего пути алгоритм Дейкстры.

Протокол OSPF представляет собой протокол внутреннего шлюза (Interior Gateway Protocol — IGP). Протокол OSPF распространяет информацию о доступных маршрутах между маршрутизаторами одной автономной системы.

OSPF имеет следующие преимущества:

Высокая скорость сходимости по сравнению с дистанционно-векторными протоколами маршрутизации;

Поддержка сетевых масок переменной длины (VLSM);

Оптимальное использование пропускной способности с построением дерева кратчайших путей.

Принцип работы заключается в следующем:

 

После включения маршрутизаторов протокол ищет непосредственно подключенных соседей и устанавливает с ними «дружеские» отношения.

Затем они обмениваются друг с другом информацией о подключенных и доступных им сетях. То есть они строят карту сети (топологию сети). Данная карта одинакова на всех маршрутизаторах.

На основе полученной информации запускается алгоритм SPF (Shortest Path First, «выбор наилучшего пути»), который рассчитывает оптимальный маршрут к каждой сети. Данный процесс похож на построение дерева, корнем которого является сам маршрутизатор, а ветвями — пути к доступным сетям. Данный процесс, то есть конвергенция, происходит очень быстро.

Типы сетей, поддерживаемые протоколом OSPF:

1.Широковещательные сети со множественным доступом (Ethernet, Token Ring)

2.Точка-точка (T1, E1, коммутируемый доступ)

3.Нешироковещательные сети со множественным доступом (NBMA) (Frame relay)

Типы маршрутизаторов:

Внутренний маршрутизатор (internal router) — маршрутизатор, все интерфейсы которого принадлежат одной зоне. У таких маршрутизаторов только одна база данных состояния каналов.

Пограничный маршрутизатор (area border router, ABR) — соединяет одну или больше зон с магистральной зоной и выполняет функции шлюза для межзонального трафика. У пограничного маршрутизатора всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной зоне. Для каждой присоединенной зоны маршрутизатор поддерживает отдельную базу данных состояния каналов.

Магистральный маршрутизатор (backbone router) — маршрутизатор у которого всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной зоне. Определение похоже на пограничный маршрутизатор, однако магистральный маршрутизатор не всегда является пограничным. Внутренний маршрутизатор, интерфейсы которого принадлежат нулевой зоне, также является магистральным.

Пограничный маршрутизатор автономной системы (AS boundary router, ASBR) — это маршрутизатор, один из портов которого находится в домене OSPF протокола, а другой в домене любого из внутренних шлюзовых протоколов (например RIP или EIGRP). Пограничный маршрутизатор автономной системы может находиться в любом месте автономной системы и быть пограничным или магистральным маршрутизатором.

При разделении автономной системы на зоны маршрутизаторам, принадлежащим к одной зоне, не известна информация о детальной топологии других зон.

Разделение на зоны позволяет:

Снизить нагрузку на ЦП маршрутизаторов за счёт уменьшения количества перерасчётов по алгоритму OSPF

Уменьшить размер таблиц маршрутизации

Уменьшить количество пакетов обновлений состояния канала

Каждой зоне присваивается идентификатор зоны (area ID). Идентификатор может быть указан в десятичном формате или в формате записи IP-адреса. Однако идентификаторы зон не являются IP-адресами и могут совпадать с любым назначенным IP-адресом.

Существует несколько типов зон:

Магистральная зона (backbone area): Магистральная зона (известная также как нулевая зона или зона 0.0.0.0) формирует ядро сети OSPF. Все остальные зоны соединены с ней, и межзональная маршрутизация происходит через маршрутизатор соединенный с магистральной зоной. Магистральная зона ответственна за распространение маршрутизирующей информации между немагистральными зонами. Магистральная зона должна быть смежной с другими зонами, но она не обязательно должна быть физически смежной; соединение с магистральной зоной может быть установлено и с помощью виртуальных каналов.

 

Стандартная зона (standard area): Обычная зона, которая создается по умолчанию. Эта зона принимает обновления каналов, суммарные маршруты и внешние маршруты.

Тупиковая зона (stub area): Тупиковая зона не принимает информацию о внешних маршрутах для автономной системы, но принимает маршруты из других зон. Если маршрутизаторам из тупиковой зоны необходимо передавать информацию за границу автономной системы, то они используют маршрут по умолчанию. В тупиковой зоне не может находиться ASBR.

 

Totally stubby area: Totally stubby area не принимает информацию о внешних маршрутах для автономной системы и маршруты из других зон. Если маршрутизаторам необходимо передавать информацию за пределы зоны, то они используют маршрут по умолчанию.

К положительным качествам протокола можно отнести относительную простоту практической реализации алгоритма.

При использовании протокола маршрутизации OSPF допускается существование нескольких маршрутов в направлении некоторого узла сети. В том случае, если эти маршруты обеспечивают одинаковое качество передачи данных, информационный поток в адрес данного узла может быть направлен по всем этим каналам одновременно, что обеспечит существенное увеличение скорости передачи данных. Динамическое перераспределение трафика между параллельными каналами, которое выполняется пропорционально степени загруженности этих каналов, называется Load balancing.

Еще одной важной особенностью процесса организации информационного обмена у протокола маршрутизации OSPF является также использование аппарата «назначенных» (designated) маршрутизаторов. Использование этой возможности позволяет существенно сократить объем служебного трафика в том случае, когда несколько маршрутизаторов подключены к одной сети.

 

Протокол ЕIGRP

EIGRP является разработкой компании Cisco. Он сочетает в себе все качества дистанционно-векторных и SPF протоколов. Поэтому является гибридным протоколом, однако все же относят его к дистанционно-векторным протоколам.

Принцип работы такой же, как и у OSPF и RIP, однако OSPF учитывает только скорость канала, в то время как EIGRP учитывает следующие параметры для расчета оптимального маршрута:

· скорость канала

· суммарную задержку на всем пути

· загруженность канала

· надежность маршрута

· путь с максимальным объемом MTU