Информационные сети Протоколы сетевого уровня. ARP, RARP, ICMP. Маршрутизация Выполнили:Кирюхин Павел, Глумов Денис.

ARP Протоколы определяют, происходит ли передача данных через сетевой уровень к верхним уровням эталонной модели OSI. Для осуществления передачи необходимо, чтобы пакет содержал MAC и IP-адреса отправителя и получателя. Для решения вопросов определения MAC- адреса искомого устройство по известному IP-адресу применяется протокол преобразования адресов (address resolution protocol, ARP – RFC 826).

ARP-таблицы маршрутизаторов Если машина соединена с несколькими сетями, т.е. она является шлюзом, то в таблицу ARP вносятся строки, которые описывают как одну, так и другую IP-сети. При использовании Ethernet и IP каждая машина имеет как минимум один адрес Ethernet и один IP-адрес. Собственно Ethernet-адрес имеет не компьютер, а его сетевой интерфейс. Таким образом, если компьютер имеет несколько интерфейсов, то это автоматически означает, что каждому интерфейсу будет назначен свой Ethernet-адрес. IP-адрес назначается для каждого драйвера сетевого интерфейса. Каждой сетевой карте Ethernet соответствуют один MAC- адрес и один IP-адрес. IP-адрес уникален в рамках всего Internet.

Маршрутизаторы и ARP- таблицы Интерфейс, с помощью которого маршрутизатор подключается к сети, является частью данной сети. Для отправки и получения пакетов данных маршрутизаторы строят собственные ARP-таблицы, в которых отображаются IP-адреса на MAC-адреса. Маршрутизатор может быть подключен к нескольким подсетям и строит ARP-таблицы, описывающие все сети, подключенные к нему. Кроме карт соответствия IP-адресов MAC-адресам в таблицах маршрутизаторов отображаются порты. Для осуществления маршрутизации в сетях IP, маршрутизаторы содержат MAC- и IP-адреса других маршрутизаторов, которые используются для перенаправления пакетов.

Маршруты движения пакетов На рисунке показаны четыре сети, связанные тремя маршрутизаторами. Между узлами А и В данной сети пролегает два маршрута: первый через маршрутизаторы 1 и 3, второй через маршрутизаторы 1, 2 и 3.

Задачи маршрутизации Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее решение является одной из главных задач сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может с течением времени изменяться. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, таким как надежность передачи. В общем случае функции сетевого уровня шире, чем функции передачи сообщений по связям с нестандартной структурой, которые мы рассмотрели на примере объединения нескольких локальных сетей. Сетевой уровень также решает задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

Маршрутизируемый протокол Маршрутизируемый протокол – любой сетевой протокол, который обеспечивает в адресе сетевого уровня достаточно информации, чтобы передавать пакет от одной хост-машины к другой на основе принятой схемы адресации. Маршрутизируемый протокол определяет формат и назначение полей внутри пакета. В общем случае пакеты переносятся от одной станции к другой. Примеры маршрутизируемых протоколов – IP, IPX.

Протоколы маршрутизации Протокол маршрутизации – поддерживает маршрутизируемый протокол за счет предоставления механизмов коллективного использования маршрутной информации. Сообщения протокола маршрутизации циркулируют между маршрутизаторами для обмена информации и атуализации данных таблиц маршрутизации. Примеры протоколов маршрутизации: RIP – протокол маршрутной информации; IGRP – протокол внутренней маршрутизации между шлюзами; EIGR – усовершенствованный протокол внутренней маршрутизации между шлюзами; OSPF – протокол маршрутизации с выбором кратчайшего пути.

Алгоритмы маршрутизации Большинство алгоритмов маршрутизации можно свести к трем основным: Маршрутизация на основе вектора расстояния – определяется направление (вектор) и расстояние до каждого канала в сети; Маршрутизация на основе оценки состояния канала (выбор на основе кратчайшего пути), при которой воссоздается точная топология всей сети (по крайней мере, где размещается маршрутизатор); Гибридный подход, объединяющий вышеуказанные алгоритмы.

Алгоритмы маршрутизации по вектору расстояния Алгоритмы маршрутизации на основе вектора расстояния (алгоритмы Беллмана-Форда) предусматривают периодическую передачу копий таблицы маршрутизации от одного маршрутизатора другому. Такие передачи позволяют актуализировать изменения в топологии сети. Каждый маршрутизатор получает информацию от соседнего маршрутизатора. При добавлении информации в таблицу маршрутизации добавляется величина, отражающая вектор расстояния (например, число переходов) и далее информация передается следующему маршрутизатору.

Алгоритм маршрутизации по вектору расстояния и исследованию сети В данных алгоритмах каждый маршрутизатор начинает с идентификации или исследования своих соседей. Порт к каждой непосредственно подключенной сети имеет расстояние 0. Продолжая процесс исследования векторов расстояния в сети, маршрутизаторы открывают наилучший путь до сети пункта назначения на основе информации от каждого соседа. Каждая запись в талице маршрутизации имеет коммулятивное значение вектора расстояния, показывающая насколько далеко данная сеть находится в этом направлении.

Алгоритм маршрутизации по вектору расстояния и изменение топологии При изменении топологии сети, использующей протокол на основе вектора расстояния, таблицы маршрутизации должны быть обновлены. Обновление содержания таблиц маршрутизации выполняется шаг за шагом от одного маршрутизатора к другому. Алгоритмы с вектором расстояния заставляют каждый маршрутизатор отсылать всю таблицу маршрутизации каждому своему непосредственному соседу. Таблицы маршрутизации, генерируемые в рамках метода вектора расстояния, содержат информацию об общей стоимости пути (метрика) и логический адрес маршрутизатора, стоящего на пути к каждой известной ему сети.

Маршрутизация с учетом состояния канала связи Алгоритмы маршрутизации с учетом канала связи также называются алгоритмы выбора первого кратчайшего пути (shortest path first, SPF). Данные алгоритмы поддерживают базу данных топологической информации. Для выполнения маршрутизации по данному алгоритму используются специальные сообщения объявлений о состоянии канала (link state advertisements, LSA), база данных топологии, SPF- алгоритм, результирующее SPS-дерево и таблица маршрутизации, содержащая пути и порты к каждой сети.

Режим исследования сети В режиме исследования сети при маршрутизации с учетом состояния канала связи выполняются следующие процессы: Маршрутизаторы обмениваются LSA-сообщениями, начиная с непосредственно подключенных маршрутизаторов; Маршрутизаторы параллельно друг с другом топологическую базу данных, содержащую все LSA-сообщения; SPF-алгоритм вычисляет достижимость сетей, определяя кратчайший путь до каждой сети комплекса. Маршрутизатор создает эту логическую топологию кратчайших путей в виде SPF-дерева, помещая себя в корень. Это дерево отображает пути от маршрутизатора до всех пунктов назначения. Наилучшие пути и порты, имеющие выход на эти сети назначения, сводятся в таблицы маршрутизации. Также формируется базы данных с топологическими элементами и подробностями о статусе.

Обработка изменений топологии в протоколах маршрутизации Алгоритмы учета состояния канала связи полагаются на маршрутизаторы, имеющие общее представление о сети. Для достижения сходимости каждый маршрутизатор выполняет: Отслеживает своих соседей: имя, рабочее состояние и стоимость линии связи; Создает LSA-пакетов, в котором приводится перечень имен соседних маршрутизаторов и стоимость линий связи, а также данные о новых соседях и об изменениях в стоимости линий; Посылает LSA-пакет на другие маршрутизаторы; Получая LSA-пакет, записывает его в базу данных; Используя накопленные данные LSA-пакетов для создания полной карты топологии сети, маршрутизатор запускает на исполнение SPF-алгоритм и рассчитывает оптимальные маршруты до каждой сети.

Сравнение методов маршрутизации Процесс маршрутизации по вектору расстояния получает топологические данные из таблиц маршрутизации соседних маршрутизаторов. Процесс маршрутизации SPF получает широкое представление обо всей топологии сетевого комплекса, собирая данные из всех LSA-пакетов; Процесс маршрутизации по вектору расстояния определяет лучший путь с помощью сложения метрик по мере того как таблица движется от одного маршрутизатора к другому. При использовании маршрутизации SPF каждый маршрутизатор работает отдельно, вычисляя свой собственный оптимальный путь;

Сравнение методов маршрутизации В большинстве протоколов маршрутизации по вектору расстояния пакеты актуализации, содержащие сведения об изменениях топологии, являются периодически посылаемыми пакетами актуализации таблиц. Эти таблицы передаются от одного маршрутизатора к другому, что приводит к медленной сходимости; В протоколах маршрутизации SPF пакеты актуализации генерируются и рассылаются по факту возникновения изменения топологии. Относительно небольшие LSA-пакеты передаются всем маршрутизаторам, что приводит к более быстрой сходимости при любом изменении топологии сети.