Маршрутизаторы. Принцип работы маршрутизатора. Протоколы маршрутизации.
Маршрутизатором называется устройство, работающее на сетевом уровне и принимающее, на основании определенных правил, занесенных в таблицу маршрутизации, решение о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети.
Или сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети.
Принцип работы.
Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.
Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т.д.
Протокол маршрутизации.
Сетевой протокол, используемый маршрутизаторами для определения возможных маршрутов следования данных в составной компьютерной сети. Применение протокола маршрутизации позволяет избежать ручного ввода всех допустимых маршрутов, что, в свою очередь, снижает количество ошибок, обеспечивает согласованность действий всех маршрутизаторов в сети и облегчает труд администраторов.
Протоколы маршрутизации делятся на два вида, зависящие от типов алгоритмов, на которых они основаны: Дистанционно-векторные протоколы, основаны на Distance Vector Algorithm (DVA); Протоколы состояния каналов связи, основаны на Link State Algorithm (LSA).
Так же протоколы маршрутизации делятся на два вида в зависимости от сферы применения: Междоменной маршрутизации; Внутридоменной маршрутизации.
23. Протокол ТСР/IP. Адресация в IP-сетях. Использование масок в IP-адресации. Порядок распределения IP адресов. Автоматизация процесса назначения IP адресов.
Протокол ТСР/IP
Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol) — набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.
Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия DOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:
* прикладного (application),
* транспортного (transport),
* сетевого (internet),
* уровня доступа к среде (network access).
Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.
Адресация в IP-сетях
Рассмотрим теперь адресацию в IP-сетях. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например:
128.10.2.30 — традиционная десятичная форма представления адреса,
10000000 00001010 00000010 00011110 — двоичная форма.
Адрес состоит из двух логических частей — номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса.
Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети занимает один байт, остальные три байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже. В сетях класса А количество узлов должно быть больше 216, но не превышать 224.
Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28...216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, т.е. по 2 байта.
Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла — 8 битов.
Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес — multicast.
Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.
Как маршрутизатор, так и компьютер, могут входить в несколько IP-сетей. В этом случае они должны иметь несколько IP-адресов (по числу сетевых связей). Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.
В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов: если IP-адрес состоит только из двоичных нулей:
0 0 0 0 ......... 0 0 0 0, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет: если в поле номера сети стоят нули:
0 0 0 0 ........ 0 Номер узла, то по умолчанию считается, что этот узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет; если все двоичные разряды IP-адреса равны единице: 1111 ........ 1 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast); если в поле адреса назначения стоят сплошные единицы:
Номер сети 1111 ......... 1 1, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast); адрес 127.0.0.1 зарезервирован для организации обратной связи при тестировании работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети. Этот адрес имеет название loopback.
Уже упоминавшаяся форма группового IP-адреса — multicast — означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу с номером, указанным в поле «групповой адрес multicast* . Узлы сами идентифицируют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Такие сообщения в отличие от широковещательных называются мультивещательными. Они очень актуальны для трансляции IPTV.
Члены какой-либо группы multicast не обязательно должны принадлежать одной сети. В общем случае они могут распределяться по совершенно различным сетям, ГР-трафик пройдет при этом через произвольное количество маршрутизаторов.
Основное назначение multicast-адресов — распространение информации по схеме «один-ко-многим». Хост (активный порт, генерирующий или потребляющий информацию), который хочет передавать одну и ту же информацию многим абонентам, с помощью специального протокола IGMP (Internet Group Management Protocol — аналога протокола ICMP) сообщает о создании в сети новой муль-тивещательной группы с определенным адресом. Маршрутизаторы, поддерживающие мультивещательность, распространяют информацию о создании новой группы в сетях, подключенных к портам этого маршрутизатора. Хосты, которые хотят присоединиться к вновь создаваемой мультивещательной группе, сообщают об этом своим локальным маршрутизаторам и те передают эту информацию хосту-распространителю.
Для того чтобы маршрутизаторы могли автоматически распространять пакеты с адресом multicast по составной сети, необходимо использовать в конечных маршрутизаторах модифицированные протоколы обмена маршрутной информацией, такие как, например, MOSPF (Multicast OSPF — аналог OSPF).