Лекция 11 Сетевой уровень и маршрутизация
Введение
В предыдущей лекции, "Протокол TCP/IP", рассказывалось о протоколе управления передачей/межсетевом протоколе (TCP/IP) и его работе при обеспечении обмена информацией во взаимосвязанных сетях.
В данной лекции будут описываться применение маршрутизаторов и их работа при выполнении ключевых функций сетевого уровня (уровня 3) эталонной модели взаимодействия открытых систем (модели OSI). Кроме того, здесь будет объяснена разница между протоколами маршрутизации и маршрутизируемыми протоколами, а также показан способ, которым пользуются маршрутизаторы для прослеживания расстояния между узлами. Наконец, будут описаны подходы на основе вектора расстояния, учета состояния канала связи и гибридный, и как каждый из них решает общие проблемы маршрутизации.
Маршрутизаторы Cisco
Маршрутизаторы представляют собой устройства, которые реализуют сетевой сервис. Они обеспечивают интерфейсы для широкого диапазона каналов связи и подсетей и с самым широким диапазоном скоростей. Поскольку маршрутизаторы являются активными и интеллектуальными узлами сети, то они могут принимать участие в управлении сетью. Управление сетями достигается за счет обеспечения динамического контроля ресурсов и поддержки целей и задач сети, которые включают возможность установления связи, надежность в работе, управленческий контроль и гибкость.
В дополнение к базовым функциям коммутирования и маршрутизации маршрутизаторы также обеспечивают реализацию и других самоценных характеристик, которые помогают улучшить стоимостную эффективность сети. К таким характеристикам относятся выстраивание последовательности прохождения трафика на основе приоритетов и его фильтрация.
Обычно маршрутизаторы требуются для поддержки множества протокольных групп, каждая из которых имеет свой собственный протокол маршрутизации, и для обеспечения параллельной работы таких различных сред. На практике маршрутизаторы также имеют функции, которые позволяют создавать мостовые соединения, и, кроме того, могут играть роль усеченной формы концентратора. В данной главе будет рассказано об операциях и методиках конфигурирования маршрутизаторов Cisco на работу с протоколами и многими средами передачи данных (рис. 11.1).
Основные характеристики сетевого уровня
Сетевой уровень для сетей играет роль интерфейсов и обеспечивает своему пользователю, транспортному уровню, сервис по наилучшей сквозной доставке пакетов. Сетевой уровень пересылает пакеты из сети источника в сеть пункта назначения.
Определение пути сетевым уровнем
Каким путем должен пойти трафик через сети? Этот выбор пути происходит на сетевом уровне. Функция выбора пути позволяет маршрутизатору оценивать имеющиеся пути до пункта назначения и устанавливать наилучший в этом плане метод обработки пакетов.
Оценивая возможные луга, протоколы маршрутизации используют информацию о топологии сетей. Эта информация может конфигурироваться сетевым администратором или собираться посредством динамических процессов, исполняемых в сети.
Сетевой уровень для сетей играет роль интерфейсов и обеспечивает своему пользователю, транспортному уровню, сервис по наилучшей сквозной доставке пакетов. Сетевой уровень пересылает пакеты из сети-источника в сеть пункта назначения на основе таблицы IP-маршрутизации.
После того как маршрутизатор определит, какой путь использовать, он может переходить к коммутированию пакета: принимая пакет, полученный через один интерфейс, и перенаправляя его на другой интерфейс или порт, который соответствует наилучшему пути к пункту назначения пакета.
Путь коммуникации
Чтобы иметь практическую ценность, сеть должна непротиворечивым образом показывать пути, имеющиеся между маршрутизаторами. Как показано на рис. 11.2, каждая связь между маршрутизаторами имеет номер, который маршрутизаторы используют в качестве адреса. Эти адреса должны нести в себе информацию, которая может быть использована в процессе маршрутизации. Это означает, что адрес должен содержать информацию о пути соединений сред передачи данных, которую процесс маршрутизации будет использовать для пересылки пакетов от отправителя в конечный пункт назначения.
Используя эти адреса, сетевой уровень может обеспечить организацию релейного соединения, которое будет связывать независимые сети. Непротиворечивость адресов уровня 3 во всем многосетевом комплексе также улучшает использование полосы пропускания, исключая необходимость в широковещательных рассылках. Широковещательные рассылки приводят к накладным расходам в виде ненужных процессов и напрасно расходуют мощности устройств или каналов связи, которым вовсе не надо принимать эти широковещательные рассылки.
Благодаря использованию непротиворечивой сквозной адресации для представления пути соединений сред передачи данных сетевой уровень может находить путь до пункта назначения без ненужной загрузки устройств или каналов связи многосетевого комплекса широковещательными рассылками.
Адресация: сеть и хост-машина
Сетевой адрес состоит из сетевой части и части хост-машины, которые используются маршрутизатором в "облаке" сети. Обе они нужны для доставки пакетов от отправителя получателю.
Сетевой адрес используется маршрутизатором для идентификации сети отправителя или получателя пакета внутри сетевого комплекса. На рис. 11.3 показаны три номера сетей: 1.1, 2.1 и 3.1, исходящих из маршрутизатора.
Для некоторых протоколов сетевого уровня эти отношения задаются администратором сети, который назначает сетевые адреса в соответствии с планом адресации сетевого комплекса. Для других же протоколов сетевого уровня назначение адресов является частично или полностью динамическим.
Большинство схем адресации в сетевых протоколах использует некоторую форму адреса хост-машины или узла. На рис. 11.3 показаны три хост-машины, использующие номер сети 1.