4.7. Маршрутизация. Виды и алгоритмы маршрутизации.
Маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через объединенную сеть. Маршрутизация часто противопоставляется объединению сетей с помощью моста, которое, в популярном понимании этого способа, выполняет точно такие же функции. Основное различие между ними заключается в том, что объединение с помощью моста имеет место на Уровне 2 эталонной модели ISO, в то время как маршрутизация встречается на Уровне 3. Этой разницей объясняется то, что маршрутизаторы используют логические адреса (например, IP-адреса), а мосты - аппаратные адреса.
С коммерческой точки зрения маршрутизация приобрела популярность только в 1970 гг.
Таблица маршрутизации представляет собой форму правил, по которым IP-датаграммы с данного компьютера отправляются по адресу назначения датаграммы. Таблицы маршрутизации создаются не только в специальных устройствах – маршрутизаторах, но и на каждом компьютере. Таблица маршрутизации может быть статической и динамической.
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
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 маршрутизаторы заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации.
4.7.1. Алгоритм поиска маршрута в таблице маршрутизации
Таблица содержит записи, которые состоят из поля адреса сети, поля маски сети, поля адреса шлюза, поля адреса сетевого интерфейса и поля метрик.
Когда компьютер отправляет датаграмму, во первых, определяется, не расположен ли адрес получателя на той же ветке, что и адрес отправителя, если да, то датаграмма отправляется получателю напрямую.(прямая маршрутизация) Если нет, то в таблице маршрутизации ищется запись, соответствующая адресу назначения (косвенная маршрутизация).
Алгоритм поиска следующий. Если для какой-либо записи побитное произведение IP-адреса назначения и поля маски сети совпадает со значением поля адреса сети, то данная датаграмма будет отправлена на соответствующий этой записи шлюз, указанный в поле адрес шлюза, через сетевой интерфейс – хост отправителя датаграммы на данный шлюз, указанный в поле адреса сетевого интерфейса.
В стеке TCP/IP не только маршрутизаторы, но и конечные узлы принимают решения о том, кому передавать пакет для его успешной доставки узлу назначения, на основании так называемых таблиц маршрутизации (routing tables).
Рассмотрим следующий пример организации небольшой сети класса С, соединенной с провайдером Internet через маршрутизатор, который в то же время, обеспечивает связь между этими двумя сегментами. Пусть сетевой номер, выделенный этой организации – 210.20.30, а адрес Internet-шлюза – 210.20.30.254.
Р
ис.4.3.
Структура сети
Сеть разбита на три сегмента. Адреса первого могут принимать значения с 210.20.30.0 по 210.20.30.63, второго с 210.20.30.64 по 210.20.30.127, третьего с 210.20.30.192 по 210.20.30.255. маской данной сети будет – 255.255.255.192..
Построим таблицы маршрутизации для каждого из компьютеров сети. При этом учтем, что адрес 0.0.0.0 будет указывать на шлюз маршрутизации , если ни одна запись таблицы не будет удовлетворять адресу назначения отправляемой датаграммы (так называемый шлюз по умолчанию).
Хост P
Адрес сети |
Маска |
Шлюз |
Интерфейс |
0.0.0.0 |
0.0.0.0. |
210.20.30.10 |
210.20.30.1 |
210.20.30.0 |
255.255.255.192 |
210.20.30.1 |
210.20.30.1 |
Хост Q
Адрес сети |
Маска |
Шлюз |
Интерфейс |
0.0.0.0 |
0.0.0.0. |
210.20.30.10 |
210.20.30.2 |
210.20.30.0 |
255.255.255.192 |
210.20.30.2 |
210.20.30.2 |
Хост R
Адрес сети |
Маска |
Шлюз |
Интерфейс |
0.0.0.0 |
0.0.0.0. |
210.20.30.254 |
210.20.30.200 |
210.20.30.0 |
255.255.255.192 |
210.20.30.10 |
210.20.30.10 |
210.20.30.64 |
255.255.255.192 |
210.20.30.70 |
210.20.30.70 |
210.20.30.192 |
255.255.255.192 |
210.20.30.200 |
210.20.30.200 |
Хост S
Адрес сети |
Маска |
Шлюз |
Интерфейс |
0.0.0.0 |
0.0.0.0. |
210.20.30.70 |
210.20.30.81 |
210.20.30.64 |
255.255.255.192 |
210.20.30.81 |
210.20.30.81 |
Хост T
Адрес сети |
Маска |
Шлюз |
Интерфейс |
0.0.0.0 |
0.0.0.0. |
210.20.30.70 |
210.20.30.82 |
210.20.30.64 |
255.255.255.192 |
210.20.30.82 |
210.20.30.82 |
Хост G
Адрес сети |
Маска |
Шлюз |
Интерфейс |
210.20.30.0 |
255.255.255.0 |
210.20.30.200 |
210.20.30.254 |
Хост R является регулировщиком потока датаграмм между ветками сети и Internet.
Работа механизма маршрутизации.
Пусть хост S отправляет датаграмму в Internet, например, по адресу 140.51.120.30.Так как адрес не принадлежит ветке S, над ним проводится операция AND с маской 255.255.255.192 для определения подсети, которой он может принадлежать. Так как такой сети нет, датаграмма отправляется на шлюз по умолчанию для данного хоста, а именно на 210.20.30.70, который используется как шлюз до хоста R. Теперь он займется выбором пути данной датаграммы.
После того, как датаграмма попала на хост R, хост проверяет ее адрес назначения – 140.51.120.30, на принадлежность какой-нибудь из подсетей, указанных в его таблице маршрутизации. Такой сети там не оказывается. Хост R отправляет датаграмму на свой шлюз по умолчанию – 210.20.30.254 через свой интерфейс 210.20.30.200. Далее эта датаграмма попадает в Internet и переправляется получателю.
Если получатель датаграммы отправил ответную датаграмму, то она пройдет соответственно через адреса 210.20.30.200 210.20.30.70 210.20.30.