ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Дисциплина: Сети и телекоммуникации
Доклад на тему:
«Маршрутизатор. Классификация. Принцип работы»
Студент: Пиксина Н. С.
Группа: 17-ИУ-1
Преподаватель: Чернов Е.А
Москва-2020 год
Введение
Маршрутизамтор (проф. жарг. рамутер, румтер)-- специализированное устройство, которое пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации. Маршрутизатор(рис. 1, 2) может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором.
Различные типы маршрутизаторов отличаются количеством и типами своих портов, что собственно и определяет места их использования. Маршрутизаторы, например, могут быть использованы в локальной сети Ethernet для эффективного управления трафиком при наличии большого числа сегментов сети, для соединения сети типа Еthernet с сетями другого типа, например Тоkеn Ring, FDDI, а также для обеспечения выходов локальных сетей на глобальную сеть.
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 (при поддержке протокола IEEE 802.1 Spanning Тгее), когда нужно решать задачу максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета по назначению.
Маршрутизатор, использующийся на магистральных каналах. (рис. 1)
Маршрутизатор, для офисного или домашнего использования. (рис. 2)
Маршрутизатор
Назначение маршрутизаторов
Если бы существовала среда с безграничной пропускной способностью, способная обеспечить непосредственную связь всех компьютеров друг с другом в одной сети, никаких маршрутизаторов бы не понадобилось. В реальности же мы зачастую не можем обеспечить такую связь даже в пределах одного здания. Физические пределы, соображения надежности и безопасности заставляют дробить сети на подсети. Маршрутизаторы же выступают в роли некоего клея, их объединяющего.
Что это такое - маршрутизатор? Это компьютер, имеющий несколько сетевых интерфейсов, причем разные интерфейсы принадлежат разным сетям. (Всякого рода аппаратные маршрутизаторы, наподобие тех, что выпускают Bay Networks и Cisco, тоже являются компьютерами, пусть и специализированными.) Задача маршрутизатора - переправлять пакеты данных между интерфейсами. Сетевые интерфейсы могут быть разными - сетевые карты Ethernet, модемы на выделенных и коммутируемых линиях, X.25 PAD, ISDN и т. д.
В зависимости от сложности сети, нам требуется либо статическая, либо динамическая маршрутизация, либо их сочетание. Статическая маршрутизация применяется тогда, когда пути следования пакетов можно задать заранее. Один из жизненных примеров: сеть на тонком коаксиальном кабеле очень ненадежна, и, чтобы хоть немного повысить надежность, где-то в середине ее поставили компьютер с двумя сетевыми интерфейсами. Другой пример - подключение локальной сети к провайдеру Internet. Здесь известно, что все пакеты, не относящиеся к данной локальной сети, надо передать провайдеру, а он уже сам должен с ними разбираться.
Когда нужна динамическая маршрутизация? Возьмем такой пример (рис. 2). Пусть у нас имеются три сети (A, B и C), каждая из которых соединена с каждой маршрутизаторами по выделенной линии. Фактически, кстати, возникают еще три сети - это соединения AB, BC и AC (обозначим их AB, BC и AC). Из сети A мы желаем работать с компьютером в B. Пакеты могут достигнуть его двумя путями: либо через выделенную линию AB, либо проходя через AC, сеть C и далее через BC. Мы можем воспользоваться статической маршрутизацией и жестко задать маршрут (пакеты для B передавать только через AB), но хочется, чтобы при возможном разрыве связи AB пакеты автоматически пошли по альтернативному пути, а при восстановлении связи был восстановлен старый путь. Это и есть динамическая маршрутизация. Программы-демоны должны следить за состоянием сети и автоматически находить наиболее выгодный маршрут.
Сети A, B, C (рис. 3)
Протоколы маршрутизации
Протокол RIP (Routing Information Protocol) представляет собой один из старейших протоколов обмена маршрутной информацией, однако он до сих пор чрезвычайно распространен в вычислительных сетях. Помимо версии RIP для сетей TCP/IP, существует также версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.
В этом протоколе все сети имеют номера (способ образования номера зависит от используемого в сети протокола сетевого уровня), а все маршрутизаторы - идентификаторы. Протокол RIP широко использует понятие "вектор расстояний"
Вектора расстояний итерационно распространяются маршрутизаторами по сети, и через несколько шагов каждый маршрутизатор имеет данные о достижимых для него сетях и о расстояниях до них. Если связь с какой-либо сетью обрывается, то маршрутизатор отмечает этот факт тем, что присваивает элементу вектора, соответствующему расстоянию до этой сети, максимально возможное значение, которое имеет специальный смысл - "связи нет".
Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях.
Протокол OSPF вычисляет маршруты в IP-сетях, сохраняя при этом другие протоколы обмена маршрутной информацией.
Непосредственно связанные (то есть достижимые без использования промежуточных маршрутизаторов) маршрутизаторы называются "соседями". Каждый маршрутизатор хранит информацию о том, в каком состоянии по его мнению находится сосед. Маршрутизатор полагается на соседние маршрутизаторы и передает им пакеты данных только в том случае, если он уверен, что они полностью работоспособны. Для выяснения состояния связей маршрутизаторы-соседи достаточно часто обмениваются короткими сообщениями HELLO.
Для распространения по сети данных о состоянии связей маршрутизаторы обмениваются сообщениями другого типа. Эти сообщения называются router links advertisement - объявление о связях маршрутизатора (точнее, о состоянии связей). OSPF-маршрутизаторы обмениваются не только своими, но и чужими объявлениями о связях, получая в конце-концов информацию о состоянии всех связей сети. Эта информация и образует граф связей сети, который, естественно, один и тот же для всех маршрутизаторов сети.
Кроме информации о соседях, маршрутизатор в своем объявлении перечисляет IP-подсети, с которыми он связан непосредственно, поэтому после получения информации о графе связей сети, вычисление маршрута до каждой сети производится непосредственно по этому графу по алгоритму Дэйкстры. Более точно, маршрутизатор вычисляет путь не до конкретной сети, а до маршрутизатора, к которому эта сеть подключена. Каждый маршрутизатор имеет уникальный идентификатор, который передается в объявлении о состояниях связей. Такой подход дает возможность не тратить IP-адреса на связи типа "точка-точка" между маршрутизаторами, к которым не подключены рабочие станции.
Маршрутизатор вычисляет оптимальный маршрут до каждой адресуемой сети, но запоминает только первый промежуточный маршрутизатор из каждого маршрута. Таким образом, результатом вычислений оптимальных маршрутов является список строк, в которых указывается номер сети и идентификатор маршрутизатора, которому нужно переслать пакет для этой сети. Указанный список маршрутов и является маршрутной таблицей, но вычислен он на основании полной информации о графе связей сети, а не частичной информации, как в протоколе RIP.
Классификации
Маршрутизаторы делят на устройства верхнего, среднего и нижнего классов.
Маршрутизаторы верхнего класса (рис. 4) - магистральные маршрутизаторы (backbone routers). Самые высокопроизводительные, служат для объединения сетей предприятия (построения центральной сети). Центральная сеть может состоять из большого количества локальных сетей, разбросанных по разным зданиям и использующих самые разнообразные сетевые технологии, типы компьютеров и операционных систем. Магистральные маршрутизаторы - это наиболее мощные устройства, способные обрабатывать несколько сотен тысяч или даже несколько миллионов пакетов в секунду. Они поддерживают множество протоколов и интерфейсов, могут иметь до 50 портов локальных или глобальных сетей. Большое внимание уделяется в магистральных моделях надежности и отказоустойчивости маршрутизатора, которая достигается за счет системы терморегуляции, избыточных источников питания, заменяемых «на ходу» (hot swap) модулей, а также симметричного мультипроцессирования.
Маршрутизаторы верхнего класса (рис. 4)
Маршрутизаторы среднего класса (рис. 5) - маршрутизаторы региональных отделений. Соединяют региональные отделения между собой и с центральной сетью. Сеть регионального отделения, так же как и центральная сеть, может состоять из нескольких локальных сетей. Такие маршрутизаторы, как правило, представляют собой некоторую упрощенную версию магистрального маршрутизатора, поддерживаемые ими интерфейсы локальных и глобальных сетей менее скоростные. Данные маршрутизаторы поддерживают наиболее распространенные протоколы маршрутизации и транспортные протоколы. Это наиболее обширный класс выпускаемых маршрутизаторов, характеристики, которых могут приближаться к характеристикам магистральных маршрутизаторов, а могут и опускаться до характеристик маршрутизаторов удаленных офисов.
Маршрутизаторы среднего класса (рис. 5)
Маршрутизаторы нижнего класса (рис. 6) - маршрутизаторы удаленных офисов. Предназначаются для локальных сетей подразделений; они связывают небольшие офисы с сетью предприятия. такие маршрутизаторы могут поддерживать один - два интерфейса локальных сетей, рассчитаны на низкоскоростные выделенные линии или коммутируемые соединения. Маршрутизатор удаленного офиса может поддерживать работу по коммутируемой телефонной линии в качестве резервной связи для выделенного канала. Эти маршрутизаторы пользуются большим спросом в организациях, которым необходимо расширить имеющиеся межсетевые объединения. Существует очень большое количество типов маршрутизаторов удаленных офисов. Это объясняется как массовостью потенциальных потребителей, так и специализацией такого типа устройств, проявляющейся в поддержке одного конкретного типа глобальной связи. Существуют маршрутизаторы, работающие только по сети ISDN, существуют модели только для аналоговых выделенных линий и т. п.
Маршрутизаторы нижнего класса (рис. 6)
Принцип работы
Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в заголовке пакета, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута -- пакет отбрасывается.
Маршрутизатор (рис. 3) способен перераспределять трафик между сетями и подсетями, назначать IP-адреса подключаемым компьютерным и мобильным устройствам, ограничивать скорость передачи данных, устанавливать собственные лимиты на подключение, обеспечивать защиту подключений на основе встроенного брандмауэра и т. д. Грубо говоря, точку доступа можно представить в виде некой антенны, передающей или усиливающей сигнал, а маршрутизатор - в виде полноценного компьютерного устройства, выполняющего массу дополнительных функций.
Перераспределять трафика между сетями (рис. 7)
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/расшифровывание передаваемых данных и т. д.
Изначально маршрутизатор от моста отличался только тем, что на компьютере, соединяющем две или более части сети, было установлено другое программное обеспечение. Но между маршрутизатором и мостом существуют и принципиальные отличия.
Маршрутизаторы работают не с физическими адресами пакетов (МАС-адресами), а с логическими сетевыми адресами (IP-адресами).
Маршрутизаторы ретранслируют не всю приходящую ин формацию, а только ту информацию, которая адресована им лично, и отбрасывают широковещательные пакеты, разделяя тем самым широковещательную область сети. (Все абоненты должны знать о существовании в сети маршрутизатора)
Самое главное - маршрутизаторы поддерживают сети с множеством возможных маршрутов, путей передачи информации, так называемые ячеистые сети (meshed networks). Пример такой сети показан на рис. 9.10. Мосты же требуют, чтобы в сети не было петель, чтобы путь распространения информации между двумя любыми абонентами был единственным.
Именно маршрутизаторы чаще всего используются для связи локальных сетей с глобальными, в частности с сетью Internet, которая может рассматриваться как полностью маршрутизируемая сеть.