Учебная дисциплина «Компьютерные коммуникации и сети» для студентов специальности «Профессиональное обучение» Лекция 17 ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛОВ СЕТЕВОГО УРОВНЯ Учебные вопросы: 1. Основы объединения компьютерных сетей на основе сетевого уровня. 2. Принципы маршрутизации в компьютерных сетях 3. Протоколы маршрутизации 4. Принцип функционирования маршрутизаторов

Список рекомендуемой литературы: Основная 1.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер, – 958с.: ил. ISBN Оглтри, Терри. Модернизация и ремонт сетей, 4-е издание.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом « Вильямс », – 1328с. : ил. ISBN Дополнительная 1.Куроуз Дж., Росс К. Компьютерные сети, 4-е изд. – СПб.: Питер, Тненбаум Э. Компьютерные сети, 4-е изд. – СПб.: Питер, Дуглас Э. Камер. Сети ТСР/IP. Том 1. Принципы, протоколы и структура. – Вильямс, Шринивас Вегешна. Качество обслуживания в сетях IP. – Вильямс, 2003.

В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уровня входит решение следующих задач: 1)передача пакетов между конечными узлами в составных сетях; 2)выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию; 3)согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.

Принцип построения сложных сетей только на основе повторителей, мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения и недостатки: Во-первых, в топологии получившейся сети должны отсутствовать петли. Во-вторых, логические сегменты сети, расположенные между мостами или коммутаторами, слабо изолированы друг от друга, а именно не защищены от так называемых широковещательных штормов. В-третьих, в сетях, построенных на основе мостов и коммутаторов, достаточно сложно решается задача управления трафиком на основе значения данных, содержащихся в пакете. В-четвертых, реализация транспортной подсистемы только средствами физического и канального уровней, к которым относятся мосты и коммутаторы, приводит к недостаточно гибкой, одноуровневой системе адресации. В пятых, возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же эти возможности ограничены.

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork или internet). Рисунок 1 - Архитектура составной сети

Заголовок сетевого уровня должен содержать информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа: номер фрагмента пакета, необходимый для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами пакетов; время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения «заблудившихся» пакетов; качество услуги - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах - например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно, в ущерб времени доставки.

Маршрутизаторы – это элементы компьютерной сети, решающие задачу выбора маршрута к конечным узлам из нескольких возможных вариантов. Маршрут выбирается на основании имеющейся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети, а также на основании указанного критерия выбора маршрута. Критерии выбора маршрута: 1)величина задержки при прохождении маршрута отдельным пакетом или средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов. 2)количество пройденных в маршруте промежуточных маршрутизаторов (хопов).

Рисунок 2 - Принципы маршрутизации в составной сети

Таблица 1 - Таблица маршрутизации маршрутизатора 4

Таблица 2 - Таблица маршрутизации конечного узла В

Таблица 3 - Таблица маршрутизации конечного узла А Конечные узлы в еще большей степени, чем маршрутизаторы, пользуются приемом маршрутизации по умолчанию. Хотя они также в общем случае имеют в своем распоряжении таблицу маршрутизации, ее объем обычно незначителен, что объясняется периферийным расположением всех конечных узлов. 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 часто создаются вручную администраторами и хранятся в виде постоянных файлов на дисках.

В соответствии с одношаговым алгоритмом маршрутизации она выполняется по распределенной схеме - каждый маршрутизатор ответственен за выбор только одного шага маршрута, а окончательный маршрут складывается в результате работы всех маршрутизаторов, через которые проходит данный пакет. В соответствии с многошаговым подходом (маршрутизация от источника (Source Routing)) узел-источник задает в отправляемом в сеть пакете полный маршрут его следования через все промежуточные маршрутизаторы. При использовании многошаговой маршрутизации нет необходимости строить и анализировать таблицы маршрутизации. Это ускоряет прохождение пакета по сети, разгружает маршрутизаторы, но при этом большая нагрузка ложится на конечные узлы.

Одношаговые алгоритмы в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации делятся на три класса: алгоритмы фиксированной (или статической) маршрутизации; алгоритмы простой маршрутизации; алгоритмы адаптивной (или динамической) маршрутизации. Выделяют три типа простой маршрутизации: случайная маршрутизация, когда прибывший пакет посылается в первом попавшем случайном направлении, кроме исходного; лавинная маршрутизация, когда пакет широковещательно посылается по всем возможным направлениям, кроме исходного (аналогично обработке мостами кадров с неизвестным адресом); маршрутизация по предыдущему опыту, когда выбор маршрута осуществляется по таблице, но таблица строится по принципу моста путем анализа адресных полей пакетов, появляющихся на входных портах.

Адаптивные протоколы обмена маршрутной информацией, применяемые в настоящее время в вычислительных сетях, в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов: дистанционно-векторные алгоритмы (Distance Vector Algorithms, DVA); алгоритмы состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

Основная функция маршрутизатора - чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту (например, IPX, IP, AppleTalk или DECnet), и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла. Рисунок 3 - Функциональная модель маршрутизатора

Контрольные вопросы: 1.Перечислите и поясните недостатки принципа построения сложных сетей только на основе повторителей, мостов и коммутаторов. 2.Какую информацию в себе содержит заголовок сетевого уровня. Дайте пояснения. 3.Дайте понятие маршрутизатора и поясните критерии, которыми оценивается его работа. 4.Изобразите произвольную компьютерную сеть, состоящую из трех узлов и приведите таблицу маршрутизации сети для произвольного узла. 5.Поясните сущность одношагового и многошагового алгоритмов маршрутизации. 6.Поясните сущность фиксированной маршрутизации. 7.Перечислите и поясните основные типы простой маршрутизации. 8.Перечислите и поясните адаптивные протоколы обмена маршрутной информацией. 9.Перечислите и поясните основные функции маршрутизатора.