Тема 1.7. Мережевий рівень моделі OSI - маршрутизація

1. Співвідношення ІР та МАС-адрес
2. Поняття маршрутизатора
3. Протоколи маршрутизації
4. Ієрархічна система DNS
1. Співвідношення ІР та МАС адрес

Маршрутизація - це передача дейтаграм від одного вузла мережі до іншого.
Маршрутизацію виділяють пряму і не пряму.
При прямій маршрутизації пакетів (використовується в одній підмережі) відправник знає МАС-адресу отримувача і перетворює IP-дейтаграму в кадр мережі, що містить дану адресу і безпосередньо пересилає його.
Список відповідності ІР та МАС-адрес формується вузлом динамічно за допомогою протоколу ARP (Address Resolution Protocol). Даний протокол діє наступним чином:
Для отримання МАС-адреси невідомого вузла вузол відправляє в мережу широкомовний МАС-запит, який містить ІР - адресу отримувача. Вузол, в якого співпаде ІР адреса дає відповідь на запит, при цьому в кадрі буде міститись розшукувана МАС-адреса, яка буде занесена в ARP таблицю.
У випадку, якщо відповідь не буде отримана, то пакет, який необхідно передати анулюється і відправнику надсилається повідомлення про недосяжність вузла. Можлива також зворотня ситуація, коли відома МАС-адреса і невідома ІР. В такому випадку використовується протокол RARP(Reverse ARP).
Для роботи такої мережі в ній повинен бути присутній RARP-сервер.

При непрямій маршрутизації передача дейтаграм використовується між різними мережами або підмережами. Виявивши розходження немаскованої частини ІР-адреси, відправник посилає ІР-дейтагараму на адресу маршрутизатора або шлюзу, який виконує подальше перенаправлення пакета.

2) Маршрутизатор (router) - це пристрій, що має декілька інтерфейсів (портів) для підключення локальних мереж або віддалених з'єднань і здатний виконувати перенаправлення інформації в залежності від ІР-адреси між портами. Кожному інтерфейсу ставляться у відповідність одна або декілька ІР-адрес мереж (підмереж), що мають зв'язок на 1-2 рівнях моделі OSI. Маршрутизатор забезпечує передачу пакетів між вузлами доступних йому підмереж, розташованих на різних або на одному й тому ж інтерфейсі.
Маршрутизатор працює на третьому рівні моделі OSI і здатний розділяти широкомовний домен та домен колізій.
Для роботи маршрутизатор повинен мати таблицю маршрутизації, яка містить ІР-адреси і маски мереж (під мереж), а також список сусідніх маршрутизаторів.
Дані списки поновлюються як вручну (статична маршрутизація) - встановлюється для постійних з'єднань та мереж заглушок, та динамічно - виконується за допомогою спеціальних протоколів RIP, OSPF, IGRP та ін.
Для встановлення адреси для пакету підмережі виконується логічне І (&) між адресою вузла та маскою підмережі на інтерфейсі.

Шлюз (gateway) - це маршрут по замовчуванню на пристрій, який приймає і пересилає пакети, що не належить локальній мережі.

Часто в ролі шлюзу виступає маршрутизатор. Маршрутизатори поділяються на:

· внутрішні (працюють в автономних системах)

· граничні або зовнішні (з'єднують між собою автономні системи)

Всі протоколи, які використовуються в маршрутизаторі поділяють на маршрутизуємі (направляємі) - такі як ІР та ІРХ та протоколи маршрутизації (RIP, OSPF, IGRP).

3. Протоколи маршрутизації
Існує два типи протоколів маршрутизації:

- Внутрішні - IGP – (Interior Gateway Protocol – протоколи маршрутизації для внутрішніх мереж) - призначені для роботи в автономних системах.
- Зовнішні - EGP –(Exterior Gateway Protocol – протокол маршрутизації між зовнішніми шлюзами) - використовуються для з'єднання автономних систем.
Алгоритми маршрутизації включають процедури:

- вимірювання і оцінювання параметрів мережі;

- ухвалення рішення про розсилку службової інформації;

- розрахунок таблиць маршрутизації (ТМ);

- реалізація ухвалених маршрутних рішень.

Залежно від того, чи використовується при виборі напряму інформація про стан тільки даного вузла або всієї мережі, розрізняють алгоритми ізольовані і глобальні. Якщо ТМ реагують на зміни стану мережі, то алгоритм адаптивний, інакше фіксований (статичний), а при рідкісних коректуваннях - квазістатичний. В статичних маршрутизаторах зміни в ТМ вносить адміністратор мережі.

Найпростіший алгоритм - ізольований, статичний. Алгоритм найкоротшої черги на відміну від найпростішого є адаптивним, пакет посилається по напряму, в якому якнайменша черга в даному вузлі. Лавинний алгоритм - багатошляховий, заснований на розсилці копій пакету по всіх напрямах, пакети скидаються, якщо в даному вузлі інша копія вже проходила. Очевидно, що лавинний алгоритм забезпечує надійну доставку, але породжує значний трафік і тому використовується тільки для окремих пакетів великої цінності.

Протоколи маршрутизації, що широко використовуються, - RIP (Routing Information Protocol) і OSPF (Open Shortest Path First). Метод RIP інакше називається методом рельєфів. Він заснований на алгоритмі Беллмана-форда і використовується переважно на нижніх рівнях ієрархії. OSPF - алгоритм динамічної маршрутизації, в якому інформація про будь-яку зміну в мережі розсилається лавиноподібно.

 

Характеристики внутрішніх протоколів
Внутрішні протоколи для вибору кращого маршруту використовують поняття метрик.
Метрика - це параметр або група параметрів, які виражаються в числах і служать для оцінки якості маршруту.

 

Назва протоколу	Метрики	Макс к-сть маршрутизаторів	Фірма-розробник	Оновлення таблиць	Посилання власних таблиць
RIP	кількість переприйомів		XEROX	30c	180c
IGRP	смуга пропускання, затримка, надійність		CISCO	90c	---
OSPF	вартість, швидкість, навантаження, захист	Не обмежена	IETF	кожних 30хв обм. інформ. про стан зв’язку, часто викон. обмін LSA пакетами про стан зв’язку

 

RIP.

Протокол Інформації Маршрутизації (RIP) є протоколом маршрутизації, який був спочатку розроблений для Універсального протоколу PARC Xerox (де він називався GWINFO) і використовувався в комплекті протоколів ХNS. RIP почали пов'язувати як з UNIX, так і з TCP/IP в 1982 р., коли версію UNIX, звану Berkeley Standard Distribution (BSD), почали відвантажувати з однією з реалізацій RIP, яку називали "трасованою" (routed) (слово вимовляється "route dee"). Протокол RIP, який все ще є дуже популярним протоколом маршрутизації в співтоваристві Internet, формально визначений в публікації "Протоколи транспортування Internet" XNS (XNS Internet Transport Protocols) (1981 р.) і в Запитах для коментаря (Request for Comments - RFC) 1058 (1988 р.).

Формат таблиці маршрутизації

Кожний запис даних в таблиці маршрутизації RIP забезпечує різноманітну інформацію, включаючи кінцевий пункт призначення, наступну пересилку на шляху до цього пункту призначення і показник (metric). Показник позначає відстань до пункту призначення, виражену числом пересилок до нього. В таблиці маршрутизації може знаходитися також і інша інформація, у тому числі різні таймери, пов'язані з даним маршрутом. Типова таблиця маршрутизації RIP показана на Мал. 23-1.

Destination	Next hop	Distance	Timers	Flags
Network А	Router 1		t1, t2, t3	x,y
Network B	Router 2		t1, t2, t3	x,y
Network З	Router 1		t1, t2, t3	x,y

RIP підтримує тільки найкращі маршрути до пункту призначення. Якщо нова інформація забезпечує кращий маршрут, то ця інформація замінює стару маршрутну інформацію. Зміни в топології мережі можуть викликати зміни в маршрутах, призводячи до того, наприклад, що який-небудь новий маршрут стає кращим маршрутом до конкретного пункту призначення. Коли мають місце зміни в топології мережі, то ці зміни відображаються в повідомленнях про коректування маршрутизації. Наприклад, коли який-небудь роутер знаходить відмову одного з каналів або іншого роутера, він повторно обчислює свої маршрути і відправляє повідомлення про коректування маршрутизації. Кожний роутер, приймаючий повідомлення про оновлення маршрутизації, в якому міститься зміна, коректує свої таблиці і поширює цю зміну

Як і інші протоколи маршрутизації, RIP використовує певні таймери для регулювання своєї роботи. Таймер коректування маршрутизації RIP (routing update timer) звичайно встановлюється на 30 сек., що гарантує відправку кожним роутером повній копії своєї маршрутної таблиці всім своїм сусідам кожні 30 секунд. Таймер недіючих маршрутів (route invalid timer) визначає, скільки повинне пройти часу без отримання повідомлень про який-небудь конкретний маршрут, перш ніж він буде визнаний недійсним. Якщо какой- нибудь маршрут визнаний недійсним, то сусіди уведомяются про цей факт. Таке повідомлення повинне мати місце до закінчення часу таймера відключення маршруту (route flush timer). Коли заданий час таймера відключення маршруту закінчується, цей маршрут віддаляється з таблиці маршрутизації. Типові початкові значення для цих таймеров- 90 секунд для таймера недіючого маршруту і 270 секунд для таймера відключення маршруту.

 

RIP дозволяє максимальне число пересилок, рівне 15. Будь-якому пункту призначення, який знаходиться далі, ніж на відстані 15 пересилок, привласнюється ярлик "недосяжного". Максимальне число пересилок RIP значною мірою обмежує його вживання в крупних об'единенных мережах, проте сприяє запобіганню появи проблеми, званої рахунком до безкінечності (count to infinity), що приводить до зациклення маршрутів в мережі.

 

IGRP.

Протокол маршрутизації внутрішніх роутеров (Interior Gateway Routing Protokol-IGRP) є протоколом маршрутизації, розробленим в середині 1980 рр. компанією Cisco Systems, Inc. Головною метою, яку переслідувала Cisco при розробці IGRP, було забезпечення живучого протоколу для маршрутизації в межах автономної системи (AS), що має довільно складну топологію і включаючу носій з різноманітними характеристиками ширини смуги і затримки. AS є набором мереж, які знаходяться під єдиним управлінням і спільно використовують загальну стратегію маршрутизації. Звичайно AS привласнюється унікальний 16-бітовий номер, який призначається Центром Мережної Інформації (Network Information Center - NIC) Мережі Міністерства Оборони (Defence Data Network - DDN).

Технологія

IGRP є протоколом внутрішніх роутерів (IGP) з вектором відстані. Протоколи маршрутизації з вектором відстані вимагають від кожного роутера відправлення через певні інтервали часу всім сусіднім роутерам всією або частини своєї маршрутної таблиці в повідомленнях про коректування маршруту. У міру того, як маршрутна інформація розповсюджується по мережі, роутери можуть обчислювати відстані до всіх вузлів об'єднаної мережі.

Протоколи маршрутизації з вектором відстані часто протиставляють протоколам маршрутизації з вказівкою стану каналу, які відправляють інформацію про локальне з'єднання у всі вузли об'єднаної мережі.

IGRP передбачає широкий діапазон значень для своїх показників. Наприклад, надійність і навантаження можуть приймати будь-яке значення в інтервалі від 1 до 255, ширина смуги може приймати значення, що відображають швидкості пропускання від 1200 до 10 гигабит в секунду, тоді як затримка може приймати будь-яке значення від 1-2 до 24-го порядку. Широкі діапазони значень показників дозволяють проводити задовільне регулювання показника в об'єднаній мережі з великим діапазоном зміни характеристик продуктивності. Найважливішим є те, що компоненти показників об'єднуються по алгоритму, який визначає користувач. В результаті адміністратори мережі можуть робити вплив на вибір маршруту, покладаючись на свою інтуїцію.

Для забезпечення додаткової гнучкості IGRP дозволяє багатотрактову маршрутизацію. Дубльовані лінії з однаковою шириною смуги можуть пропускати окремий потік трафіку циклічним способом з автоматичним перемиканням на другу лінію, якщо перша лінія виходить з ладу. Декілька трактів можуть також використовуватися навіть в тому випадку, якщо показники цих трактів різні. Наприклад, якщо один тракт в три рази краще іншого завдяки тому, що його показники в три рази нижче, то кращий тракт використовуватиметься в три рази частіше. Тільки маршрути з показниками, які знаходяться в межах певного діапазону показників якнайкращого маршруту, використовуються для багатотрактової маршрутизації.

IGRP забезпечує ряд таймерів і змінних, містять тимчасові інтервали. Сюди входять таймер коректування, таймер недіючих маршрутів, період часу утримування змін і таймер відключення. Таймер коректування визначає, які часто повинні відправлятися повідомлення про коректування маршрутів. Для IGRP значення цієї змінної, встановлюване за умовчанням, рівне 90 сек. Таймер недіючих маршрутів визначає, скількох часу повинен чекати роутер за відсутності повідомлень про коректування якого-небудь конкретного маршруту, перш ніж об'явить цей маршрут недіючим. Час за умовчанням IGRP для цієї змінної в три рази перевищує період коректування. Змінна величина часу утримування визначає проміжок часу утримування. Час за умовчанням IGRP для цієї змінної в три рази більше періоду таймера коректування, плюс 10 сек. І нарешті, таймер відключення указує, скільки часу повинне пройти перш, ніж який-небудь роутер повинен бути виключений з маршрутної таблиці. Час за умовчанням IGRP для цієї величини в сім разів перевищує період коректування маршрутизації

 

OSPF

Відкритий протокол, що базується на алгоритмі пошуку найкоротшого шляху (Open Shortest Path Fisrt - OSPF) є протоколом маршрутизації, розробленим для мереж IP робочою групою Internet Engineering Task Force (IETF), розробкою протоколів, що займається, для внутрішньосистемних роутерів (interior gateway protocol - IGP). Робоча група була утворена в 1988 р. для розробки протоколу IGP, що базується на алгоритмі "пошуку найкоротшого шляху" (shortest path first - SPF), з метою його використовування в Internet, крупної міжнародної мережі, об'единяющей науково-дослідні інститути, урядові установи, університети і приватні підприємства. Як і протокол IGRP, OSPF був розроблений з тієї причини, що до середини 1980 рр. непридатність RIP для обслуговування крупних гетерогенних об'єднаних систем стала все більш очевидна

Основи технології

OSPF є протоколом маршрутизації з об’явленням стану про канал (link-state). Це значить, що він вимагає відправки об'явлень про стан каналу (link-state advertisement - LSA) у всі роутери, які знаходяться в межах однієї і тої ж ієрархічної області. В об’явлення LSA протоколу OSPF включається інформація про підключені інтерфейси, про використані показники і про інші змінні. У міру накопичення роутерами OSPF інформації про стан каналу, вони використовують алгоритм SPF для розрахунку найкоротшого шляху до кожного вузла.

Будучи алгоритмом з об'явленням стану каналу, OSPF відрізняється від RIP і IGRP, які є протоколами маршрутизації з вектором відстані. Роутери, використовуючі алгоритм вектора відстані, відправляють всю або частина своєї таблиці маршрутизації в повідомлення про коректування маршрутизації, але тільки своїм сусідам.

Протоколи зовнішньої маршрутизації

EIGRP

BGP

Дані протоколи використовуються в граничних маршрутизаторах. При цьому вони не обмінюються з сусідніми маршрутизаторами інформацією про внутрішні зв'язки, але обов'язково повинні нею володіти.
Ієрархічна система DNS
DNS - Domen Name System
Адресація ІР-пакетів виконується на мережевому та транспортному рівнях. Для використання на верхніх рівнях вона є незручною. Для цього розроблена символьна адресація, побудована по ієрархічному доменному принципу (DNS).
Така адреса складається з кількох елементів, які розділені крапками. При цьому, крайній справа елемент є іменем домену верхнього рівня, який відомий всій мережі.
Домени верхнього рівня поділяються на дві групи:

по територіальному признаку (.ru,.ua,.uk,.de,.su)

по організаційному признаку (.com,.org,.edu,.gov,.mil)

Ім'я домену верхнього рівня реєструється в міжнародній організації InterNIC.
В кожному домені DNS є сервер, який зберігає таблицю відповідності імен та ІР-адрес вузлів і дочірніх доменів.
По імені легко знайти ІР-адресу користувача. Зворотне, як правило, нереально.
Як правило, в мережі є головний контролер домену - primare та додатковий - secondary DNS-сервер, а також може бути кешуючий сервер, який виконує розвантаження головних серверів.Любий домен може мати необмежену кількість доменів нижчого рівня.