КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.Н. ТУПОЛЕВА, кафедра АСОИУ

Методические указания к

лабораторной работе по теме:

Маршрутизация в информационной сети

Казань 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Цель работы………………………………………………………………...………3

1. Теоретические основы………………………………………………………..3

1.1.Маршрутизация в информационных сетях………………………………...10

1.1.1.Постановка задачи маршрутизации………………………………………10

1.1.2. Таблицы маршрутизации………………………………………………….13

1.1.3. Маршрутизация с использованием масок………………………………..14

1.1.3.1. Маски в IP-адресации……………………………………………………15

1.1.3.2. Использование масок для структуризации сети………………………..16

1.1.3.3. Использование масок переменной длины…………….………………..20

4. Алгоритмы маршрутизации…………….……………………………........24

1.1.4.1. Протоколы маршрутизации……………...………………………………24

1.1.4.2. Дистанционно – векторный протокол RIP……………………………...31

2. Описание комплекса……………………………………………………………40

2.1. Конструктор топологических схем сети……………………………………42

3. Порядок выполнения лабораторной работы………………………………….45

3.1. Подготовка к лабораторной работе…………………………………………46

3.2. Проведение экспериментов………………………………………………….46

3.2.1. Основы IP-адресации………………………………………………………46

3.2.2. Основные архитектурные компоненты сети……………………………..49

3.2.3. Маршрутизация в IP-сетях………………………………………………...49

3.3. Содержание отчета…………………………………………………………..53

3.4. Контрольные вопросы…………………………………………………….....54

Цель работы.

Изучить технологию маршрутизации в IP– сетях.

1. Теоретические основы.

Распределение ресурсов в сетях

Интерсеть –объединение многих ЛВС с помощью специальных сетевых станций (мостов – В, маршрутизаторов – R, шлюзов – G) (рис. 1).

Мост (bridge) – сетевая станция для подключения сетей с одинаковой архитектурой.

Внутренний мост – файл-сервер может выполнять функции моста.

Внешний мост – рабочая станция выполняет функции моста. Совмещенный мост – работа совмещается с рабочей станцией.

Выделенный мост-ПК – выполняет только функции связи между ЛВС.

Удаленный мост – удаленная рабочая станция (связь через модем).

Шлюз (Gateway) – сетевая станция для объединения сетей с разной архитектурой.

Сетевые станции, объединяющие компьютеры в сетевые ассоциации, можно в порядке возрастания функциональных возможностей разбить на следующие классы:

– повторитель (repeater), концентратор (hub);

– мост (bridge), коммутатор (switch);

– маршрутизатор (router);

– шлюз (gateway).

Повторитель (repeater)Самый простой тип устройства для соединения фрагментов ЛВС. Он ретранслирует все принимаемые пакеты из единой секции ЛВС в другую или между отдельными ЛВС. На рис. 2 повторитель объединяет два сегмента сети, у которых возможны отличия лишь в реализации протоколов первого физического уровня, например, сегменты могут быть реализованы с использованием различных физических сред. Повторитель принимает пакет из одного сегмента, представляющий собой цуг импульсов на физическом уровне, удаляет шумовые сигналы и передает вновь сформированный пакет в физическую среду другого сегмента с задержкой. Задержка импульса повторителем не должна превышать семь с половиной тактов (750нс для Ethernet с тактовой частотой 10 МГц). Главная задача повторителя заключается в увеличении длины сетевого кабеля.

Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линии связи из-за улучшения качества передаваемого сигнала – восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов импульсного сигнала и т.п.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub). Главная задача концентратора – повторение сигнала, пришедшего с одного из портов, на других портах.

При объединении нескольких сегментов с помощью концентратора (повторителя) загрузка каждого из них становится равной сумме всех загрузок до их объединения. Некоторые концентраторы могут выполнять следующие операции:

– контроль наличия связи между портом и узлом (link status);

– регистрация коллизий и затянувшихся передач (jabber);

– согласование типов соединения (autonegotiation). В этом случае они снабжены SNMP-поддержкой.

Мост (bridge)Это устройство связи позволяет соединить ЛВС с одинаковыми или разными средами передачи данных и системами сигнализации, такими как Ethernet, Token- Ring и х.25. Работает на каналах передачи дан­ных эталонной модели взаимодействия открытых систем (рис. 3).

Мост делит разделяемую среду передачи сети на части, часто называемые логическими сегментами. Мосты читают и фильтруют пакеты и кадры данных, разрешая прохождение трафика только в случае, когда адрес назначения требует перехода с одного сегмента в другой. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети в целом. Мосты действуют на подуровне управления доступом к среде канального MAC подуровня, так как считывают адреса и могут принимать решения в соответствии с их значениями.

Мосты способны к самообучению. Их программные средства выдают широковещательное сообщение, на которое поступают ответы от всех сетевых узлов. Программные средства моста читают адрес источника каждого кадра и составляют внутреннюю таблицу, в которой каждому адресу соответствует определенная ЛВС. Такая таблица используется для ограничения трафика на стыках между ЛВС и предотвращения нежелательного, влияния ошибочных пакетов и неисправных адаптеров одной ЛВС на другие подключенные к ней сети. Если мост получает пакет или кадр для пока еще неидентифицированного узла назначения, то передает этот пакет или кадр до тех пор, пока не получит ответ от узла назначения.

Современные мосты являются важными устройствами управления сетью. Поскольку мосты столь активно контролируют трафик, специальные программные средства мостов могут собирать сведения как по объему трафика, так и по сетевым ошибкам. Однако мосты являются весьма загруженными устройствами, поскольку должны анализировать кадры непосредственно в процессе их передачи.

Мост хорошо реализует роль устройства, связывающего две ЛВС. Ситуация существенно усложняется, когда необходимо объ-единить несколько ЛВС непосредственно (особенно, дистанционно, через междугородние линии связи). Когда несколько сегментов ЛВС соединяются между собой при последовательном каскадном включении, через них начинает проходить дополнительный трафик и создается нежелательная нагрузка на промежуточные ЛВС. Существует вероятность возникновения нежелательных дополнительных связей, которые приведут к постоянной циркуляции кадров через различные ЛВС – возникает зацикливание. Для борьбы с этими ситуациями наиболее распространен алгоритм «переплетенного дерева» STA (IEEE802l). Программные средства обнаруживают и блокируют лишние пути (больше используется в мостах локального действия). Например, под управлением алгоритма STA мосты, составляющие альтернативные маршруты, проводят серию межмостовых переговоров. В результате одни из мостов (тот, через который лучший путь) оказывается в «проводящем» состоянии. Другие мосты будут заблокированными и не будут проводить пакеты сообщений. Если открытый путь для передачи данных ухудшится, то он закроется, и откроется другой мост, обеспечивая оптимальный трафик между сетями. Многопортовые мосты называют коммутаторами (switch, switching hub), которые по принципу обработки кадров ничем не отличаются от моста. Основное их отличие заключается в том, что коммутатор является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других мостов. В этом случае общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок.

Итак, мосты предназначены:

во-первых, для соединения сетевых сегментов, имеющих различные физические среды, например, для соединения сегмента с оптоволоконным кабелем и сегмента с коаксиальным кабелем;

во-вторых, могут быть использованы для связи сегментов, имеющих различные протоколы физического и канального уровней (тем более одинаковые) (Token Ring и Ethernet, например).

Мосты анализируют, фильтруют, направляют сообщение, стремясь понизить трафик сегментов, к которым они подключены (т.е. при обнаружении перезагруженности физического сегмента сети можно разделить его на два физических сегмента с помощью моста, который ограничивает трафик каждого из них, не загружая сегмент данными, предназначенными другому).

Мосты являются хотя и интеллектуальными, однако относительно примитивными устройствами. Они читают и анализируют каждый пакет или кадр (даже если он адресован не им), а затем либо пропускают трафик, либо игнорируют его. Они могут работать только с однотипными пакетами, например, форматаIPX или NetBIOS.

Более разборчивыми и «интеллектуальными» являются маршрутизаторы.

Маршрутизатор (router) Маршрутизатор – устройство связи, которое имеет аналогичные мосту функции и осуществляет передачу кадров в соответствии с определенным протоколом. Маршрутизаторы, анализируя только адресованные им кадры, направляют их в нужные межсетевые каналы по оптимальному маршруту, основываясь на информации относительной эффективности и надежности различных путей между узлами источника и получателя. Они обеспечивают соединение на сетевом уровне эталонной модели (рис. 4). Тип топологии или протокола уровня доступа к сети не имеет значения для маршрутизаторов, так как они работают на уровень выше, чем мосты.

Маршрутизатор представляет собой сложное многофункциональное устройство, в задачи которого входит: построение таблиц маршрутизации, определение на ее основе маршрута, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. В отличие от мостов маршрутизаторы не содержат таблиц, где описывается каждый узел и соответствующая ЛВС. Маршрутизаторы используют не плоские аппаратные, как мосты, МАС-адреса, а составные числовые IP-адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одной подсети (subnet). Они знают о существовании только других маршрутизаторов, которые идентифицируются адресом подсети. Для них безразлично, в каком формате поступает пакет или кадр. Они только читают адрес подсети, выбирают маршрут и, возможно, вкладывают пакет или кадр в соответствующий «конверт», формируя тем самым, например, пакет Х.25 или пакет другого протокола. Тем не менее, пакеты или кадры данных, посылаемые маршрутизатору, должны соответствовать требованиям конкретных протоколов сетевого уровня. Маршрутизаторов, преобразующих любые протоколы во всевозможные другие, пока нет в природе. Маршрутизаторы часто используются для связи между сегментами с одинаковыми протоколами высокого уровня. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением и числом сетевых карт, соответствующим количеству объединяемых подсетей.

Комбинация мост – маршрутизатор (brouter)В этом устройстве скомбинированы функции моста и маршрутизатора. Brouters способны принимать решения о том, возможно ли маршрутизировать пакет с данным протоколом. После этого они производят маршрутизацию тех сообщений, для которых это возможно, а для других служат мостом (рис. 5). Brouter обладает способностью осуществлять маршрутизацию в соответствии с требованиями одного или нескольких протоколов, например TCP/IP и XNS, и реализовать функцию моста для всех других видов трафика, они нужны, когда в интегрированной сети комбинируются протоколы связи различных типов. Для сложных неоднородных сетей brouters представляют наилучшее решение.

.Шлюз (gateway)Шлюз это порт коллективного пользования между ЛВС и более крупной информационной системой. Шлюзы ЛВС осуществляют преобразование форматов данных и открывают сеансы связи между прикладными программами, т.е. они работают на самых верхних

уровнях эталонной модели (рис. 6).

Самыми интеллектуальными межсетевыми устройствами являются шлюзы.

Необходимость в шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих совершенно различную архитектуру. Например, шлюз приходится использовать для соединения ЛВС с протоколами TCP/IP и большой ЭВМ со стандартом SNA. Эти две архитектуры не имеют ничего общего и поэтому требуется полностью переводить весь поток данных.

При выборе тех или иных рассмотренных устройств прежде всего необходимо помнить, что линия связи – это ресурс, который стоит дорого и имеет ограничения по пропускной способности. Необходимо сделать все возможное, чтобы оборудование передачи данных минимально загружало междугороднюю линию. Это может означать и зачастую действительно означает, что для работы на междугороднюю линию связи целесообразнее выбирать маршрутизаторы. Если ЛВС соединяется с помощью высокоскоростных каналов в пределах территории одного предприятия, тогда необходимо, чтобы каждая объединенная ЛВС представляла собой четко выраженную подсеть, целесообразнее выбирать вновь маршрутизаторы или даже такие устройства, как шлюзы электронной почты. Если у вас открытая структура и уже произведены вложения в собственные высокоскоростные локальные линии связи, тогда вполне достаточно установить мосты или даже повторители.