Маршрутизация (англ.Routing) - процесс определения маршрута следования информации в сетях связи.

Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощьюалгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощьюпротоколов маршрутизации(динамические маршруты).

Статическими маршрутами могут быть:

Маршруты, не изменяющиеся во времени;

Маршруты, изменяющиеся по расписанию.

Маршрутизация в компьютерных сетях типично выполняется специальными программно-аппаратными средствами - маршрутизаторами; в простых конфигурациях может выполняться и компьютерами общего назначения, соответственно настроенными.

В общедоступном значении слова маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через об"единенную сеть. При этом, как правило, на пути встречается по крайней мере один узел. Маршрутизация часто противопоставляется об"единению сетей с помощью моста, которое, в популярном понимании этого способа, выполняет точно такие же функции. Основное различие между ними заключается в том, что об"единение с помощью моста имеет место на Уровне 2 эталонной модели ISO, в то время как маршрутизация встречается на Уровне 3. Этой разницей об"ясняется то, что маршрутизация и об"единение по мостовой схеме используют различную информацию в процессе ее перемещения от источника к месту назначения. Результатом этого является то, что маршрутизация и об"единение с помощью моста выполняют свои задачи разными способами; фактически, имеется несколько различных видов маршрутизации и об"единения с помощью мостов.

Компоненты маршрутизации

Маршрутизация включает в себя два основных компонента: определение оптимальных трактов маршрутизации и транспортировка информационых групп (обычно называемых пакетами) через об"единенную сеть. В настоящей работе последний из этих двух компонентов называется коммутацией. Коммутация относительно проста. С другой стороны, определение маршрута может быть очень сложным процессом.

Определение маршрута

Определение маршрута может базироваться на различных показателях (величинах, результирующих из алгоритмических вычислений по отдельной переменной - например, длина маршрута) или комбинациях показателей. Программные реализации алгоритмов маршрутизации высчитывают показатели маршрута для определения оптимальных маршрутов к пункту назначения.

Для облегчения процесса определения маршрута, алгоритмы маршрутизации инициализируют и поддерживают таблицы маршрутизации, в которых содержится маршрутная информация. Маршрутная информация изменяется в зависимости от используемого алгоритма маршрутизации.

Алгоритмы маршрутизации заполняют маршрутные таблицы неким множеством информации. Ассоциации "Пункт назначения/следующая пересылка" сообщают роутеру, что определенный пункт назначения может быть оптимально достигнут путем отправки пакета в определенный роутер, представляющий "следующую пересылку" на пути к конечному пункту назначения. При приеме поступающего пакета роутер проверяет адрес пункта назначения и пытается ассоциировать этот адрес со следующей пересылкой

В маршрутных таблицах может содержаться также и другая информация. "Показатели" обеспечивают информацию о желательности какого-либо канала или тракта. Роутеры сравнивают показатели, чтобы определить оптамальные маршруты. Показатели отличаются друг oт друга в зависимости от использованной схемы алгоритма маршрутизации. Далее в этой главе будет представлен и описан ряд общих показателей.

Роутеры сообщаются друг с другом (и поддерживают свои маршрутные таблицы) путем передачи различных сообщений. Одним из видов таких сообщений является сообщение об "обновлении маршрутизации". Обновления маршрутизации обычно включают всю маршрутную таблицу или ее часть. Анализируя информацию об обновлении маршрутизации, поступающую ото всех роутеров, любой из них может построить детальную картину топологии сети. Другим примером сообщений, которыми обмениваются роутеры, является "об"явление о состоянии канала". Об"явление о состоянии канала информирует другие роутеры о состоянии кааналов отправителя. Канальная информация также может быть использована для построения полной картины топологии сети. После того, как топология сети становится понятной, роутеры могут определить оптимальные маршруты к пунктам назначения.

Коммутация

Алгоритмы коммутации сравнительно просты и в основном одинаковы для большинства протоколов маршрутизации. В большинстве случаев главная вычислительная машина определяет необходимость отправки пакета в другую главную вычислительную машину. Получив определенным способом адрес роутера, главная вычислительная машина-источник отправляет пакет, адресованный специально в физический адрес роутера (уровень МАС), однако с адресом протокола (сетевой уровень) главной вычислительной машины пункта назначения.

После проверки адреса протокола пункта назначения пакета роутер определяет, знает он или нет, как передать этот пакет к следующему роутеру. Во втором случае (когда роутер не знает, как переслать пакет) пакет, как правило, игнорируется. В первом случае роутер отсылает пакет к следующей роутеру путем замены физического адреса пункта назначения на физический адрес следующего роутера и последующей передачи пакета.

Следующая пересылка может быть или не быть главной вычислительной машиной окончательного пункта назначения. Если нет,то следующей пересылкой, как правило, является другой роутер, который выполняет такой же процесс принятия решения о коммутации. По мере того, как пакет продвигается через об"единенную сеть, его физический адрес меняется, однако адрес протокола остается неизменным. Этот процесс иллюстрируется на рисунке.

В изложенном выше описании рассмотрена коммутация между источником и системой конечного пункта назначения. Международная Организация по Стандартизации (ISO) разработала иерархическую терминологию, которая может быть полезной при описании этого процесса. Если пользоваться этой терминологией, то устройства сети, не обладающие способностью пересылать пакеты между подсетями, называются конечными системами (ЕS), в то время как устройства сети, имеющие такую способность, называются промежуточными системами (IS). Промежуточные системы далее подразделяются на системы, которые могут сообщаться в пределах "доменов мааршрутизации" ("внутридоменные" IS), и системы, которые могут сообщаться как в пределах домена маршрутизации, так и с другими доменами маршрутизации ("междоменные IS"). Обычно считается, что "домен маршрутизации" - это часть об"единенной сети, находящейся под общим административным управлением и регулируемой пределенным набором административных руководящих принципов. Домены маршрутизации называются также "автономными системами" (AS). Для опрелеленных протоколов домены маршрутизации могут быть дополнительно подразделены на "участки маршрутизации", однако для коммутации как внутри участков, так и между ними также используются внутридоменные протоколы маршрутизации.

Алгоритмы маршрутизации

Алгоритмы маршрутизации можно дифференцировать, основываясь на нескольких ключевых характеристиках. Во-первых, на работу результирующего протокола маршрутизации влияют конкретные задачи, которые решает разработчик алгоритма. Во-вторых, существуют различные типы алгоритмов маршрутизации, и каждый из них по-разному влияет на сеть и ресурсы маршрутизации. И наконец, алгоритмы маршрутизации используют разнообразные показатели, которые влияют на расчет оптимальных маршрутов. В следующих разделах анализируются эти атрибуты алгоритмов маршрутизации.

Цели разработки алгоритмов маршрутизации

При разработке алгоритмов маршрутизации часто преследуют одну или несколько из перечисленных ниже целей:

1. Оптимальность

2. Простота и низкие непроизводительные затраты

3. Живучесть и стабильность

4. Быстрая сходимость

5. Гибкость

Оптимальность

Оптимальность, вероятно, является самой общей целью разработки. Она характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать "наилучший" маршрут. Наилучший маршрут зависит от показателей и от "веса" этих показателей, используемых при проведении расчета. Например, алгоритм маршрутизации мог бы использовать несколько пересылок с определенной задержкой, но при расчете "вес" задержки может быть им оценен как очень значительный. Естественно, что протоколы маршрутизации дожны строгo определять свои алгоритмы расчета показателей.

Простота и низкие непроизводительные затраты

Алгоритмы маршрутизации разрабатываются как можно более простыми. Другими словами, алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности, с мимимальными затратами программного обеспечения и коэффициентом использования. Особенно важна эффективность в том случае, когда программа, реализующая алгоритм маршрутизации, должна работать в компьютере с ограниченными физическими ресурсами.

Живучесть и стабильность

Алгоритмы маршрутизации должны обладать живучестью. Другими словми, они должны четко функционировать в случае неординарных или непредвиденных обстоятельств, таких как отказы аппаратуры, условия высокой нагрузки и некорректные реализации. Т.к. роутеры расположены в узловых точках сети, их отказ может вызвать значительные проблемы.

Часто наилучшими алгоритмами маршрутизации оказываются те, которые выдержали испытание временем и доказали свою надежность в различных условиях работы сети.

Быстрая сходимость

Алгоритмы маршрутизации должны быстро сходиться. Сходимость - это процесс соглашения между всеми роутерами по оптимальным маршрутам. Когда какое-нибудь событие в сети приводит к тому, что маршруты или отвергаются, или ставновятся доступными, роутеры рассылают сообщения об обновлении маршрутизации. Сообщения об обновлении маршрутизации пронизывают сети, стимулируя пересчет оптимальных маршрутов и, в конечном итоге, вынуждая все роутеры придти к соглашению по этим маршрутам. Алгоритмы мааршрутизации, которые сходятся медленно, могут привести к образованию петель маршрутизации или выходам из строя сети.

Гибкость

Алгоритмы маршрутизации должны быть также гибкими. Другими словами, алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, предположим, что сегмент сети отвергнут. Многие алгоритмы маршрутизации, после того как они узнают об этой проблеме, быстро выбирают следующий наилучший путь для всех маршрутов, которые обычно используют этот сегмент. Алгоритмы маршрутизации могут быть запрограммированы таким образом, чтобы они могли адаптироваться к изменениям полосы пропускания сети, размеров очереди к роутеру, величины задержки сети и других переменных.

Типы алгоритмов

Алгоритмы маршрутизации могут быть классифицированы по типам. Например, алгоритмы могут быть:

1. Статическими или динамическими

2. Одномаршрутными или многомаршрутными

3. Одноуровневыми или иерархическими

4. С интеллектом в главной вычислительной машине или в роутере

5. Внутридоменными и междоменными

6. Алгоритмами состояния канала или вектора расстояний

Статические или динамические алгоритмы

Статические алгоритмы маршрутизации вообще вряд ли являются алгоритмами. 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.

Т.к. статические системы маршрутизации не могут реагировать на изменения в сети, они, как правило, считаются непригодными для современных крупных, постоянно изменяющихся сетей. Большинство доминирующих алгоритмов маршрутизации 1990гг. - динамические.

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 роутеры заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять статические маршруты там, где это уместно. Например, можно разработать "роутер последнего обращения" (т.е. роутер, в который отсылаются все неотправленные по определенному маршруту пакеты). Такой роутер выполняет роль хранилища неотправленных пакетов, гарантируя, что все сообщения будут хотя бы определенным образом обработаны.

Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы

Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям; одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Преимущества многомаршрутных алгоритмов очевидны - они могут обеспечить заначительно большую пропускную способность и надежность.

Одноуровневые или иерархические алгоритмы

Некоторые алгоритмы маршрутизации оперируют в плоском пространстве, в то время как другие используют иерархиии маршрутизации. В одноуровневой системе маршрутизации все роутеры равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации некоторые роутеры формируют то, что составляет основу (backbone - базу) маршрутизации. Пакеты из небазовых роутеров перемещаются к базовыи роутерам и пропускаются через них до тех пор, пока не достигнут общей области пункта назначения. Начиная с этого момента, они перемещаются от последнего базового роутера через один или несколько небазовых роутеров до конечного пункта назначения.

Системы маршрутизации часто устанавливают логические группы узлов, называемых доменами, или автономными системами (AS), или областями. В иерархических системах одни роутеры какого-либо домена могут сообщаться с роутерами других доменов, в то время как другие роутеры этого домена могут поддерживать связь с роутеры только в пределах своего домена. В очень крупных сетях могут существовать дополнительные иерархические уровни. Роутеры наивысшего иерархического уровня образуют базу маршрутизации.

Основным преимуществом иерархической маршрутизации является то, что она имитирует организацию большинства компаний и следовательно, очень хорошо поддерживает их схемы трафика. Большая часть сетевой связи имеет место в пределах групп небольших компаний (доменов). Внутридоменным роутерам необходимо знать только о других роутерах в пределах своего домена, поэтому их алгоритмы маршрутизации могут быть упрощенными. Соответственно может быть уменьшен и трафик обновления маршрутизации, зависящий от используемого алгоритма маршрутизации.

Алгоритмы с игнтеллектом в главной вычислительной машине или в роутере

Некоторые алгоритмы маршрутизации предполагают, что конечный узел источника определяет весь маршрут. Обычно это называют маршрутизацией от источника. В системах маршрутизации от источника роутеры действуют просто как устойства хранения и пересылки пакета, без всякий раздумий отсылая его к следующей остановке.

Другие алгоритмы предполагают, что главные вычислительные машины ничего не знают о маршрутах. При использовании этих алгоритмов роутеры определяют маршрут через об"единенную сеть, базируясь на своих собственных расчетах. В первой системе, рассмотренной выше, интеллект маршрутизации находится в главной вычислительной машине. В системе, рассмотренной во втором случае, интеллектом маршрутизации наделены роутеры.

Компромисс между маршрутизацией с интеллектом в главной вычислительной машине и маршрутизацией с интеллектом в роутере достигается путем сопоставления оптимальности маршрута с непроизводительными затратами трафика. Системы с интеллектом в главной вычислительной машине чаще выбирают наилучшие маршруты, т.к. они, как правило, находят все возможные маршруты к пункту назначения, прежде чем пакет будет действительно отослан. Затем они выбирают наилучший мааршрут, основываясь на определении оптимальности данной конкретной системы. Однако акт определения всех маршрутов часто требует значительного трафика поиска и большого об"ема времени.

Внутридоменные или междоменные алгоритмы

Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними. Природа этих двух типов алгоритмов различная. Поэтому понятно, что оптимальный алгоритм внутридоменной маршрутизации не обязательно будет оптимальным алгоритмом междоменной маршрутизации.

Алгоритмы состояния канала или вектора расстояния

Алгоритмы состояния канала (известные также как алгоритмы "первоочередности наикратчайшего маршрута") направляют потоки маршрутной информации во все узлы об"единенной сети. Однако каждый роутер посылает только ту часть маршрутной таблицы, которая описывает состояние его собственных каналов. Алгоритмы вектора расстояния (известные также как алгоритмы Бэлмана-Форда) требуют от каждогo роутера посылки всей или части своей маршрутной таблицы, но только своим соседям. Алгоритмы состояния каналов фактически направляют небольшие корректировки по всем направлениям, в то время как алгоритмы вектора расстояний отсылают более крупные корректировки только в соседние роутеры.

Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния каналов несколько меньше склонны к образованию петель маршрутизации, чем алгоритмы вектора расстояния. С другой стороны, алгоритмы состояния канала характеризуются более сложными расчетами в сравнении с алгоритмами вектора расстояний, требуя большей процессорной мощности и памяти, чем алгоритмы вектора расстояний. Вследствие этого, реализация и поддержка алгоритмов состояния канала может быть более дорогостоящей. Несмотря на их различия, оба типа алгоритмов хорошо функционируют при самых различных обстоятельствах.

Показатели алгоритмов (метрики)

Маршрутные таблицы содержат информацию, которую используют программы коммутации для выбора наилучшего маршрута. Чем характеризуется построение маршрутных таблиц? Какова особенность природы информации, которую они содержат? В данном разделе, посвященном показателям алгоритмов, сделана попытка ответить на вопрос о том, каким образом алгоритм определяет предпочтительность одного маршрута по сравнению с другими.

В алгоритмах маршрутизации используется много различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один отдельный (гибридный) показатель. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации:

Длина маршрута

Надежность

Задержка

Ширина полосы пропускания

Стоимость связи

Длина маршрута

Длина маршрута является наиболее общим показателем маршрутизации. Некоторые протоколы маршрутизации позволяют администраторам сети назначать произвольные цены на каждый канал сети. В этом случае длиной тракта является сумма расходов, связанных с каждым каналом, который был траверсирован. Другие протоколы маршрутизации определяют "количество пересылок", т.е. показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через изделия об"единения сетей (такие как роутеры).

Надежность

Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые каналы сети могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности. Оценки надежности обычно назначаются каналам сети администраторами сети. Как правило, это произвольные цифровые величины.

Задержка

Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через об"единенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого роутера на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет. Т.к. здесь имеет место конгломерация нескольких важных переменных, задержка является наиболее общим и полезным показателем.

Полоса пропускания

Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какого-либо канала. При прочих равных показателях, канал Ethernet 10 Mbps предпочтителен любой арендованной линии с полосой пропускания 64 Кбайт/сек. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.

M еню «IP Interfase Settings»

Сегментация трафика

Сегментация трафика служит для разграничения доменов на уровне 2.Данная функция позволяет настраивать порты таким образом, чтобы они были изолированы друг от друга, но в то же время имели доступ к разделяемым портам, используемым для подключения серверов и магистрали сети провайдера. Данная функция может быть использована при построении сетей провайдеров.

Пример использования функции Traffic Segmentation.

Все компьютеры (PC2 - PC24) имеют доступ к порту uplink, но не имеют доступа друг к друг на канальном уровне. Это решение можно использовать:

1.В проектах ETTH для изоляции портов конечных пользователей.

2.Для предоставления доступа к общему серверу

Задание

1. Соберите топологию сети представленную на рисунке

2. Изучите разделы «Адресация в IP-сетях», «IP маршрутизация» и меню «IP Interfase Settings»

3. Создать IPподсети. Назначить каждому ПКIPадрес из собственной подсети

4. Изучить раздел «Сегментация трафика» и меню «Traffic Segmentation»

5. Организовать на каждом из коммутаторов DES-3010Gпринцип «расчески» - каждый компьютер, подключенный к коммутатору, может обмениваться информацией только с внешним миром, но не с другими компьютерами, подключенными к этому коммутатору.

6. Подтвердите правильность сделанных настроек.

Вопросы для самоконтроля.

1. Типы адресов.

2. Уровни IP адреса.

3. Классы IP адресов. Привести примеры.

4. Особенности протоколов ARP и RARP.

5. Служба DNS

6. Функции DHCP-сервера.

7. Виды маршрутизации.

8. Компоненты маршрутизации

9. Определение маршрута

10. Коммутация

11. Алгоритмы маршрутизации

12. Цели разработки алгоритмов маршрутизации

13. Типы алгоритмов

14. Показатели алгоритмов (метрики)

15. Какие настройки можно организовать с помощью меню «IP Interfase Settings»?

16. Для чего служит сегментация трафика? Покажимте на примере.

16. Какие настройки можно организовать с помощью меню «Traffic Segmentation»?

Под маршрутизацией понимается процесс доставки сообщения из одной подсети в другую. Рассмотрим теперь принципы, на основании которых в сетях IP происходит выбор маршрута передачи пакета между сетями.

Сначала необходимо обратить внимание на тот факт, что не только маршрутизаторы, но и конечные узлы - компьютеры - должны принимать участие в выборе маршрута. Пример, приведенный на рисунке, демонстрирует эту необходимость. Здесь в локальной сети имеется несколько маршрутизаторов, и компьютер должен выбирать, какому из них следует отправить пакет.

Длина маршрута может существенно измениться в зависимости от того, какой маршрутизатор выберет компьютер для передачи своего пакета на сервер, расположенный, например, в Германии, если маршрутизатор 1 соединен выделенной линией с маршрутизатором в Копенгагене, а маршрутизатор 2 имеет спутниковый канал, соединяющий его с Токио.

В стеке TCP/IP маршрутизаторы и конечные узлы принимают решения о том, кому передавать пакет для его успешной доставки узлу назначения, на основании так называемых таблиц маршрутизации (routing tables). Следующая таблица представляет собой типичный пример таблицы маршрутов, использующей IP-адреса сетей:

В этой таблице в столбце "Адрес сети назначения" указываются адреса всех сетей, которым данный маршрутизатор может передавать пакеты. В стеке TCP/IP принят так называемый одношаговый подход к оптимизации маршрута продвижения пакета (next-hop routing) - каждый маршрутизатор и конечный узел принимает участие в выборе только одного шага передачи пакета. Поэтому в каждой строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут в виде последовательности IP-адресов маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет, а только один IP-адрес - адрес следующего маршрутизатора, которому нужно передать пакет. Вместе с пакетом следующему маршрутизатору передается ответственность за выбор следующего шага маршрутизации. Одношаговый подход к маршрутизации означает распределенное решение задачи выбора маршрута. Это снимает ограничение на максимальное количество транзитных маршрутизаторов на пути пакета.

В случае, если в таблице маршрутов имеется более одной строки, соответствующей одному и тому же адресу сети назначения, то при принятии решения о передаче пакета используется та строка, в которой указано наименьшее значение в поле "Расстояние до сети назначения".

При этом под расстоянием понимается любая метрика, используемая в соответствии с заданным в сетевом пакете классом сервиса. Это может быть количество транзитных маршрутизаторов в данном маршруте (количество хопов от hop - прыжок), время прохождения пакета по линиям связи, надежность линий связи, или другая величина, отражающая качество данного маршрута по отношению к конкретному классу сервиса. Если маршрутизатор поддерживает несколько классов сервиса пакетов, то таблица маршрутов составляется и применяется отдельно для каждого вида сервиса (критерия выбора маршрута).

Для отправки пакета следующему маршрутизатору требуется знание его локального адреса, но в стеке TCP/IP в таблицах маршрутизации принято использование только IP-адресов для сохранения их универсального формата, не зависящего от типа сетей, входящих в интерсеть. Для нахождения локального адреса по известному IP-адресу необходимо воспользоваться протоколом ARP.

Конечный узел, как и маршрутизатор, имеет в своем распоряжении таблицу маршрутов унифицированного формата и на основании ее данных принимает решение, какому маршрутизатору нужно передавать пакет для сети N. Решение о том, что этот пакет нужно вообще маршрутизировать, компьютер принимает в том случае, когда он видит, что адрес сети назначения пакета отличается от адреса его собственной сети (каждому компьютеру при конфигурировании администратор присваивает его IP-адрес или несколько IP-адресов, если компьютер одновременно подключен к нескольким сетям). Когда компьютер выбрал следующий маршрутизатор, то он просматривают кэш-таблицу адресов своего протокола ARP и, может быть, находит там соответствие IP-адреса следующего маршрутизатора его MAC-адресу. Если же нет, то по локальной сети передается широковещательный ARP-запрос и локальный адрес извлекается из ARP-ответа.

После этого компьютер формирует кадр протокола, используемого на выбранном порту, например, кадр Ethernet, в который помещает МАС-адрес маршрутизатора. Маршрутизатор принимает кадр Ethernet, извлекает из него пакет IP и просматривает свою таблицу маршрутизации для нахождения следующего маршрутизатора. При этом он выполняет те же действия, что и конечный узел.

Одношаговая маршрутизация обладает еще одним преимуществом - она позволяет сократить объем таблиц маршрутизации в конечных узлах и маршрутизаторах за счет использования в качестве номера сети назначения так называемого маршрута по умолчанию - default, который обычно занимает в таблице маршрутизации последнюю строку. Если в таблице маршрутизации есть такая запись, то все пакеты с номерами сетей, которые отсутствуют в таблице маршрутизации, передаются маршрутизатору, указанному в строке default. Поэтому маршрутизаторы часто хранят в своих таблицах ограниченную информацию о сетях интерсети, пересылая пакеты для остальных сетей в порт и маршрутизатор, используемые по умолчанию. Подразумевается, что маршрутизатор, используемый по умолчанию, передаст пакет на магистральную сеть, а маршрутизаторы, подключенные к магистрали, имеют полную информацию о составе интерсети.

Особенно часто приемом маршрутизации по умолчанию пользуются конечные узлы. Хотя они также в общем случае имеют в своем распоряжении таблицу маршрутизации, ее объем обычно незначителен, так как маршрутизация для компьютера - не основное занятие. Главная роль в маршрутизации пакетов в концепции протокола IP отводится, естественно, маршрутизаторам, которые должны обладать гораздо более полными таблицами маршрутизации, чем конечные узлы. Конечный узел часто вообще работает без таблицы маршрутизации, имея только сведения об IP-адресе маршрутизатора по умолчанию. При наличии одного маршрутизатора в локальной сети этот вариант - единственно возможный для всех конечных узлов. Но даже при наличии нескольких маршрутизаторов в локальной сети, когда проблема их выбора стоит перед конечным узлом, задание маршрута по умолчанию часто используется в компьютерах для сокращения объема их маршрутной таблицы.

Другим способом разгрузки компьютера от необходимости ведения больших таблиц маршрутизации является получение от маршрутизатора сведений о рациональном маршруте для какой-нибудь конкретной сети с помощью протокола ICMP.

Кроме маршрута default, в таблице маршрутизации могут встретиться два типа специальных записей - запись о специфичном для узла маршруте и запись об адресах сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора.

Специфичный для узла маршрут содержит вместо номера сети полный IP-адрес, то есть адрес, имеющий ненулевую информацию не только в поле номера сети, но и в поле номера узла. Предполагается, что для такого конечного узла маршрут должен выбираться не так, как для всех остальных узлов сети, к которой он относится. В случае, когда в таблице есть разные записи о продвижении пакетов для всей сети N и ее отдельного узла, имеющего адрес N,D, при поступлении пакета, адресованного узлу N,D, маршрутизатор отдаст предпочтение записи для N,D.

Записи в таблице маршрутизации, относящиеся к сетям, непосредственно подключенным к маршрутизатору, в поле "Расстояние до сети назначения" содержат нули.

Еще одним отличием работы маршрутизатора и конечного узла при выборе маршрута является способ построения таблицы маршрутизации. Если маршрутизаторы обычно автоматически создают таблицы маршрутизации, обмениваясь служебной информацией, то для конечных узлов таблицы маршрутизации создаются, как правило, вручную администраторами, и хранятся в виде постоянных файлов на дисках.

Существуют различные алгоритмы построения таблиц для одношаговой маршрутизации. Их можно разделить на три класса:

• алгоритмы фиксированной маршрутизации,
• алгоритмы простой маршрутизации,
• алгоритмы адаптивной маршрутизации.

Независимо от алгоритма, используемого для построения таблицы маршрутизации, результат их работы имеет единый формат. За счет этого в одной и той же сети различные узлы могут строить таблицы маршрутизации по своим алгоритмам, а затем обмениваться между собой недостающими данными, так как форматы этих таблиц фиксированы. Поэтому маршрутизатор, работающий по алгоритму адаптивной маршрутизации, может снабдить конечный узел, применяющий алгоритм фиксированной маршрутизации, сведениями о пути к сети, о которой конечный узел ничего не знает.

В состав пакета входит поле «время жизни», которое занимает 1 байт и указывает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни данного пакета измеряется в секундах и задается источником передачи средствами протокола IP. На шлюзах и в других узлах сети по истечении каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица; единица вычитается также при каждой транзитной передаче (даже если не прошла секунда). При истечении времени жизни пакет аннулируется.

Маршрутизация - это процедура определения пути следования пакета из одной сети в другую. Такой механизм доставки становится возможным благодаря реализации во всех узлах сети протокола межсетевого обмена IP. Любое сообщение, которое отправляется по сети, должно быть при отправке разделено на фрагменты. Каждый из фрагментов должен быть снабжен адресами отправителя и получателя, а также номером этого пакета в последовательности пакетов, оставляющих все сообщение в целом.

Такая система позволяет на каждом шлюзе выбирать маршрут, основываясь на текущей информации о состоянии сети, что повышает надежность системы в целом. При этом каждый пакет может пройти от отправителя к получателю по своему собственному маршруту. Порядок получения пакетов получателем не имеет значения. Однако, существует особый тип оборудования, называемый маршрутизаторами (routегs), который применяется в сетях со сложной конфигурацией для связи ее участков с различными сетевыми протоколами, а также для более эффективного разделения трафика и использования альтернативных путей между узлами сети. Основная цель применения маршрутизаторов -объединение разнородных сетей и обслуживание альтернативных путей.

Маршрутизаторы не просто осуществляют связь разных типов сетей и обеспечивают доступ к глобальной сети, но и могут управлять трафиком на основе протокола сетевого уровня (третьего в модели OSI), то есть на более высоком уровне по сравнению с коммутаторами. Необходимость в таком управлении возникает при усложнении топологии сети и росте числа ее узлов, если в сети появляются избыточные пути, когда нужно решать задачу максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета по назначению. При этом существует два основных алгоритма

Wide Area Network - досл. Сеть с широкой областью доступа определения наиболее выгодного пути и способа доставки данных: RIP и OSPF. При использовании протокола маршрутизации RIР, основным критерием выбора наиболее эффективного пути является минимальное число «хопов» (hops), т.е. сетевых устройств между узлами. Этот протокол минимально загружает процессор маршрутизатора и предельно упрощает процесс конфигурирования, но он не рационально управляет трафиком.

При использовании OSPF наилучший путь выбирается не только с точки зрения минимизации числа хопов, но и с учетом других критериев: производительности сети, задержки при передаче пакета и т.д. Сети большого размера, чувствительные к перегрузке трафика и базирующиеся на сложной маршрутизирующей аппаратуре, требуют использования протокола ОSРF. Реализации этого протокола возможна только на маршрутизаторах с достаточно мощным процессором, т.к. его реализация требует существенных процессинговых затрат.

Маршрутизация в сетях, как правило, осуществляться с применением пяти популярных сетевых протоколов - ТСР/IР, Nоvеll IРХ, АррlеТаlk II, DECnеt Phase IV и Хегох ХNS.

Основные широко используемые протоколы передачи данных.

Transmission Control Protocol (TCP) - базовый транспортный протокол, давший название всему семейству протоколов TCP/IP.

User Datagram Protocol (UDP) - второй транспортный протокол семейства TCP/IP.

Address Resolution Protocol (ARP) - протокол используется для определения соответствия IP-адресов и Ethernet-адресов.

Serial Line Internet Protocol (SLIP) - протокол передачи данных по телефонным линиям.

Point to Point Protocol (PPP) - протокол обмена данными «точка-точка».

File Transfer Protocol (FTP) - протокол обмена файлами.

TELNET - протокол эмуляции виртуального терминала.

Remote Process Control (RPC) - протокол управления удаленными процессами.

Domain Name System (DNS) - система доменных имен.

Routing Information Protocol (RIP) - протокол маршрутизации.

Network File System (NFS) - распределенная файловая система.

Промышленные протоколы и стандарты передачи данных

Классификация удаленных атак (УА) на распределенные вычислительные системы (РВС).

По характеру воздействия ∙ пассивное; ∙ активное.

По цели воздействия

· нарушение конфиденциальности информации либо ресурсов системы;

· нарушение целостности информации;

· нарушение работоспособности (доступности) системы.

По условию начала осуществления воздействия.

· Атака по запросу от атакуемого объекта.

· Атака по наступлению ожидаемого события на атакуемом объекте.

· Безусловная атака

По наличию обратной связи с атакуемым объектом

· с обратной связью;

· без обратной связи (однонаправленная атака).

По расположению субъекта атаки относительно атакуемого объекта

· внутрисегментное;

· межсегментное.

По уровню эталонной модели ISO/OSI

Модели OSI является маршрутизация. Устройства, которые связывают подсети между собой в единую составную сеть, называются маршрутизаторами. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть (internetwork или internet).

Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть, и несет наряду с другой служебной информацией данные о номере сети, которой предназначается этот пакет. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, в том числе альтернативные маршруты, если они имеются, что никак не умеют делать мосты и коммутаторы.

Сетевой уровень определяет маршрут пути следования пакета и перемещает его между подсетями. При передаче пакета из одной подсети в другую пакет сетевого уровня, инкапсулированный в прибывший канальный кадр первой подсети, освобождается от заголовков этого кадра и окружается заголовками кадра канального уровня следующей подсети. Информацией, на основе которой делается эта замена, являются служебные поля пакета сетевого уровня.

Резюмируем .

построение неоднородных сетей реализуют с помощью сетевого уровня.

сетевой уровень использует собственную адресацию, которая обеспечивает каждому узлу подсети составной сети свой универсальный сетевой адрес, который состоит из номера сети и номера узла. Благодаря такой системе адресации сетевой уровень может пересылать информации к узлу получателю "не обращая внимания" на внутреннюю структуру подсетей, с другой стороны для непосредственного продвижения пакетов к адресату, он использует технологию передачи данных конкретной подсети, через которую следуют эти пакеты.

поиск наилучшего пути следования пакетов в сети - маршрутизация - это основная задача сетевого уровня.

сети соединяются между собой с помощью маршрутизаторов. Маршрутизаторы занимаются сбором информации о топологии межсетевых соединений, и на ее основании пересылают данные в пункт назначения.

Основная функция маршрутизатора - чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, которые принимаются и буферизуются по каждому его порту, и принятие решения о дальнейшем маршруте следования того пакета в соответствии с указанным в нем сетевым адресом. Сетевой адрес пакета сетевого протокола включает, как правило, номер сети номер узла.

Маршрутизация статическая

Статическая маршрутизация является одним из способов задания маршрута следования пакетов в сетях. При этом протоколы маршрутизации не используются, а необходимая информация заносится системным администратором вручную в соответствующие таблицы маршрутизации. К статическим маршрутам также относится маршрут по умолчанию (default route).

Создание собственных таблиц и правил маршрутизации это и есть Policy-Routing , он же PBR (Policy-based Routing) . SBR (Source-based Routing) или Source-Routing в Linux является частным случаем Policy-Routing , в случае использования условия from в правиле маршрутизации.

iproute

iproute также известна как iproute2.

Пакет iproute состоит из нескольких утилит управления трафиком:

ip – управление собственно маршрутизацией;

tc – управление очередями маршрутизации;

Доступ ко всем возможностям дает только ip , использование утилиты route устарело (вы не сможете настроить например политики маршрутизации и не увидите их существование в выводе команды просмотра, если они уже настроены в системе).

Поиск маршрута для удаленного ip ip route get 192.168.35.55 192.168.35.55 via 192.168.35.254 dev tun1 src 10.26.95.254 cache ipid 0xf0ea

Для все MAC задает состояние failed, в дальнейшем ядро Ос удалит помеченные так MAC записи из arp таблицы. # ip neigh flush all

Вывести запись о маршруте по умолчанию: # ip r | grep default

Просмотр сетевых карт # ip link list

Сбросить кеш маршрутизатора # ip route flush cache

blackhole . Добавить «зануленный» маршрут (аналог «ip route … null0» в Cisco). Пакеты в сеть с таким маршрутом будут удалены с причиной «No route to host». Может быть полезно для подавление DoS-атака -атаки с хоста # ip route add blackhole 10.56.50.0/27

C помощью команды ip addr add можно установить на сетевом интерфейсе как основной IP адрес, так и несколько дополнительных адресов. Удалить IP адрес ip addr del 10.90.91.254 dev eth4 или удалить все с интерфейса wlan1 ip addr flush wlan1

Таблицы маршрутизации

Вывести таблицы маршрутизации. Ядро принимает решение о применении той или иной таблицы на основании адреса источника пакета. Эти таблицы применимы для всех пакетов.

# ip rule list 0: from all lookup local 32766: from all lookup main 32767: from all lookup default

Вывести содержимое таблицы local.

# ip route show table local

Таблица local . Пакет при выборе пути к месту назначения проверяется правилом с наименьшим приоритетом. Правило 0 отправит поиск маршрута в таблицу "local".

Таблица local проверяет не адресован ли пакет локальной машине (широковещательный или сетевой адреса интерфейсов). Таблицу local автоматически заполняют команды конфигурации сетевых интерфейсов.

Таблица main - является основной и именно она используется, если в команде, связанной с маршрутизацией, не указано какую таблицу использовать. При поднятии интерфейсов в неё прописываются маршруты к подсетям интерфейсов, стартовые скрипты также заносят в эту таблицу значение шлюза по-умолчанию. Использование команды route add администратором также может дополнить таблицу маршрутами. В общем случае, таблица main всегда содержит подходящий для пакета маршрут (например шлюз по-умолчанию).

Таблица default изначально пуста.

Модификация таблицы маршрутизации : Добавление маршрута через шлюз: ip route add 172.16.10.0/24 via 192.168.1.1 Добавление маршрута через интерфейс: ip route add 172.16.10.0/24 dev eth0 Маршрут с метрикой: ip route add 172.16.10.0/24 dev eth0 metric 100

Кроме add также поддерживаются и другие действия: del - удалить маршрут; replace - заменить маршрут другим; change - изменить параметры маршрута.

Policy-Routing. Маршрутизация для двух ISP

Пример 1. Создание таблицы для маршрутизации пакетов с определенного IP- адреса. Локальная сеть 10.26.95.0/24 имеет выход в Интернет с двух разных провайдеров – основной ISP1 (статика) и резервный ISP2 (Настройка DHCP сервера Linux, FreeBSD).

В файле /etc/iproute2/rt_tables для удобства задаются символьные имена таблиц, это не обязательно так как все таблицы имеют цифровые идентификаторы. Например echo "82 velton" >> / etc/ iproute2/ rt_tables

Маршрут по умолчанию для таблицы "82 velton" ip route add default via 82.117.232.1 table 82

Внесем правила маршрутизация для пользователя с IP 10.26.95.5, после чего эта таблица станет доступна в выводе команды ip rule list. Теперь все пользователи шлют пакеты через ISP1, кроме пользователя с IP 10.26.95.251 ip rule add from 10.26.95.251/ 32 table 82

Пример 2. Создание таблицы для маршрутизации, когда часть сетей (AS) нужно маршрутизировать через резервного провайдер ISP2. Например, это может быть дешевая точка обменом трафика или ресурсы провайдера. whois - найти все IPs вашего провайдера

Создаем как в предыдущем примере маршрут по умолчанию для таблицы "82 velton" ip route add default via 82.117.232.1 table 82

Прописываем статические маршруты на сети ISP2 ip route add 82.117.224.0/ 19 via 82.117.234.15 ip route add 85.90.192.0/ 19 via 82.117.234.15

Добавим rule для всех сетей ip rule add to 82.117.224.0/ 19 table 82 ip rule add to 85.90.192.0/ 19 table 82

Очистить кеш маршрутизатора для вступления в силу сделанных изменений ip route flush cache

В данный момент (вспомним нулевой выпуск) у нас в Москве использованы адреса 172.16.0.0-172.16.6.255. Предположим, что сеть может ещё увеличиться здесь, допустим, появится офис на Воробьёвых горах и зарезервируем ещё подсети до 172.16.15.0/24 включительно.
Все эти адреса: 172.16.0.0-172.16.15.255 - можно описать так: 172.16.0.0/20. Эта сеть (с префиксом /20) будет так называемой суперсетью , а операция объединения подсетей в суперсети называется суммированием подсетей (суммированием маршрутов, если быть точным, route summarization)

Приносим извинения за гигантские простыни, видео тоже с каждым разом становится всё длиннее и невыносимее. Постараемся в следующий раз быть более компактными.

Все заинтересованные, но незарегистрированные приглашаются на беседу в ЖЖ .
За подготовку статьи большое спасибо моему соавтору thegluck и моей жене за львиное терпение.

Для очень недовольных: эта статья не абсолют, она не раскрывает теоретические аспекты в полной мере и, потому не претендует на роль полноценной документации. С точки зрения авторов это вспомогательной средство для новичков, волшебный стимул, если желаете. На хабре у вас есть возможность поставить минус, а не доказывать нашу неправоту. Прошу вас, поступите именно так, потому что ваши недовольства встретят лишь вышеприведённые аргументы.