routing.pdf

Co to jest routing?

Routing powstał wraz z rozwojem wielkości sieci komputerowych. Powstał problem jak połączyć ze sobą sieci

znajdujące się daleko od siebie. Routery są zatem urządzeniami, które pozwalają nam łączyć różne sieci za sobą.

Jak można się łatwo domyślić istnieje wiele możliwości połączenia wielu sieci ze sobą, stosuje się także

nadmiarowe połączenia w celu zwiększenia niezawodności funkcjonowania sieci. Routery mają za zdanie

przesyłać pakiety z jednej sieci do drugiej wybierając najbardziej optymalną trasę – pozwalającą na najszybsze

dotarcie wiadomości do adresata.

Routery są węzłami sieci operującymi w trzeciej (sieciowej) warstwie modelu OSI. Są to urządzenia

wyposażone najczęściej w kilka interfejsów sieciowych LAN, porty obsługujące sieci WAN, pracujący wydajnie

procesor i specjalne oprogramowanie zawiadujące ruchem pakietów przepływających przez router. Jak sama

nazwa wskazuje (route to trasa), routery wyznaczają pakietom marszruty, kierując je do odpowiedniego

interfejsu.

Chociaż routerem może być też zwykły komputer dysponujący kilkoma kartami sieciowymi i specjalnym

oprogramowaniem, to jest to najczęściej dedykowany komputer, dysponujący rozwiązaniami znacznie

zwiększającymi wydajność tego rodzaju węzłów sieci. Jest to szczególnie istotne w przypadku routerów

obsługujących duży ruch. Przez lata routing IP ewoluował od pakietów obsługiwanych programowo, poprzez

przekazywanie realizowane przez specjalizowane układy scalone ASIC, dalej przekazywanie przez układy ASIC

z szybkością danego interfejsu, aż do wprowadzanego obecnie przekazywania realizowanego przez procesory

sieciowe z szybkością interfejsu. Routery są stosowane zarówno w sieciach LAN, jak i sieciach WAN.

Router Cisco 2621

W sieciach LAN są używane, gdy siec komputerową chcemy podzielić na dwie lub więcej podsieci, czyli

poddać operacji segmentowania. Segmentacja sieci powoduje, że poszczególne podsieci są od siebie

odseparowane, zatem pakiety rozgłoszeniowe (broadcast) nie przenikają z jednej podsieci do drugiej dzięki

czemu zwiększamy przepustowość każdej z podsieci.

Routery dostępowe są węzłami sieci ekspediujące przez łącze WAN pakiety generowane przez stacje pracujące

w sieci LAN do innego routera pracującego po drugiej stronie tego łącza. Oczywiście może zdarzyć się i tak, że

jeden router obsługuje zarówno pakiety lokalne, jak i te kierowane na zewnątrz.

Routery nie interesują się adresami MAC ( w przypadku sieci Ethernet jest to 48 bitowa liczba przypisywana

każdej karcie sieciowej ), a po odebraniu pakietu odczytują i poddają analizie adres budowany w obszarze

warstwy sieciowej. W sieciach pracujących z protokołem IP do każdego komputera pracującego w sieci

przypisywany jest jego adres IP. Adres taki składa się zawsze z dwóch części: jedna definiuje adres sieci, a druga

to adres komputera pracującego w tej sieci. O tym jak długa jest część adresu IP przeznaczona na adres sieci

decyduje maska podsieci i tak np. adres 148.81.40.10 przy masce 255.255.255.0 oznacza, że stacja docelowa jest

zainstalowana w sieci 148.81.40.0, a adres stacji w tej sieci to 148.81.40.10. Rutery dokonują operacji logicznej

AND przychodzących do nich adresów IP z maskami jakie mają zdefiniowane na swoich interfejsach, obliczając

w ten sposób adres sieci i wysyłają dany pakiet do właściwej sieci. Gdy obliczony adres sieci nie należy do sieci

podłączonej do danego routera przekazuje on go wtedy do innego routera ( na tzw. adres default ), który

prawdopodobnie będzie lepiej wiedział dokąd skierować dany pakiet.

Routery posiadają tabele routingu i mają zdolność „uczenia się” topologii sieci, wymieniając informacje z

innymi routerami zainstalowanymi w sieci. Ponieważ prawie wszystkie operacje są z odbieraniem i wysyłaniem

pakietów do odpowiednich interfejsów są realizowane w routerze przez oprogramowanie, to tego rodzaju węzły

sieci pracują dużo wolniej niż np. przełączniki (switch). Protokoły routingu (trasowania) wyznaczają pakietom

marszruty opierając się na różnych algorytmach. Mogą to być algorytmy statyczne lub dynamiczne, single path

lub multipath, płaskie lub hierarchiczne, host inteligent lub router inteligent, intradomain lub interdomain i

opierające się na technologii link state lub distance vector.

Podstawowe zasady routingu .

Algorytmy routingu wykorzystują różne metryki w celu określenia najlepszej ścieżki. Każdy algorytm routingu

na swój sposób dokonuje interpretacji najlepszego wyboru. Algorytm routingu generuje liczbę, zwaną wartością

metryki, dla każdej ścieżki w sieci. Zaawansowane algorytmy routingu opierają wybór trasy na wielu metrykach,

tworząc z nich pojedynczą metrykę złożoną. Zwykle mniejsze wartości metryk wskazują preferowane ścieżki.

Metryki mogą być obliczane na podstawie pojedynczego parametru charakteryzującego ścieżkę lub kilku

różnych parametrów. Poniżej przedstawiono parametry najczęściej wykorzystywane przez protokoły routingu:

Szerokość pasma — przepustowość łącza w kontekście transmitowanych danych. Zwykle połączenie

Ethernet o paśmie 10 Mb/s jest bardziej pożądane od łącza dzierżawionego o paśmie 64 kb/s.

Opóźnienie — czas potrzebny do przesłania pakietu w każdym łączu na drodze ze źródła do celu.

Opóźnienie zależy od szerokości pasma łączy pośrednich, ilości danych, które mogą być tymczasowo

przechowywane w każdym routerze, przeciążenia sieci oraz fizycznej odległości.

metryka liczona na podstawie opóźnień

D1+D2+D3

metryka liczona na podstawie przepustowości

64 kbps

Obciążenie — aktywność występująca w ramach zasobu sieciowego, takiego jak router czy łącze.

Niezawodność — zazwyczaj tym mianem określana jest stopa błędów występujących w danym łączu

sieciowym.

Liczba przeskoków — liczba routerów, przez które musi być przesłany pakiet, zanim dotrze do punktu

docelowego. Każdy router, przez który muszą zostać przesłane dane, odpowiada pojedynczemu

przeskokowi. Ścieżka, której liczba przeskoków wynosi cztery, wskazuje, że dane przesyłane tą ścieżką

muszą pokonać cztery routery nim dotrą do punktu docelowego. Jeśli istnieje kilka różnych ścieżek,

preferowana jest ścieżka o najmniejszej liczbie przeskoków.

Impulsy zegarowe — opóźnienie na łączu danych mierzone impulsami zegarowymi komputera IBM PC.

Jeden impuls to około 1/18 sekundy.

Koszt — dowolna wartość przypisana przez administratora sieci, zwykle oparta na szerokości pasma,

wydatku pieniężnym lub innej mierze.

Protokoły routingu projektowane są z myślą o realizacji jednego lub kilku z poniższych

założeń:

Optymalizacja — optymalizacja określa skuteczność protokołu routingu w wyborze najlepszej ścieżki.

Ścieżka zależeć będzie od metryk i ich wag wykorzystanych w obliczeniach. Na przykład jeden algorytm

może wykorzystywać metryki liczby przeskoków i opóźnienia, przypisując metrykom opóźnienia większą

wagę.

Prostota i niski narzut — im prostszy jest algorytm, tym wydajniej będzie przetwarzany przez procesor i

pamięć routera. Ten parametr jest istotny, gdyż umożliwia rozrost sieci do dużych rozmiarów, takich jak

w przypadku Internetu.

Odporność na błędy i stabilność — algorytm routingu powinien funkcjonować poprawnie w obliczu

niecodziennych albo nieprzewidzianych okoliczności, takich jak awarie sprzętu komputerowego, duże

obciążenie i błędy implementacji.

Elastyczność — algorytm routingu powinien szybko dostosowywać się do różnorakich zmian

zachodzących w sieci. Zmiany te obejmują dostępność routerów, wielkość pamięci poszczególnych

routerów, zmiany pasma i opóźnień występujących w sieci.

Szybka zbieżność — zbieżnością określa się proces uzgadniania dostępnych tras pomiędzy wszystkimi

routerami. Kiedy jakieś zdarzenie w sieci zmieni dostępność routera, niezbędne są aktualizacje w celu

przywrócenia łączności w sieci. Algorytmy routingu, które charakteryzuje niska zbieżność, mogą

spowodować, że dane nie zostaną dostarczone.

Algorytmy trasowania :

Algorytm statyczny — nie jest właściwie algorytmem. Wszystkie trasy routingu wyznacza na stałe sam

administrator systemu. Jeśli topologia sieci zmieni się, należy odpowiednio ręcznie zmienić konfigurację

routingu.

Algorytmy dynamiczne — śledzą cały czas topologię sieci – pracują w czasie rzeczywistym i

modyfikują w razie potrzeby tabele routingu zakładane przez router.

Algorytmy single i multi path — Niektóre protokoły trasowania wyznaczają pakietom kilka dróg

dostepu do stacji przeznaczenia, czyli wspierają multipleksowanie. Algorytm single path definiuje tylko

jedną ścieżkę dostępu do adresata. Algorytm multi path pozwala przesyłać pakiety przez wiele

niezależnych ścieżek, co nie tylko zwiększa szybkość transmisji pakietów, ale też chroni system routingu

przed skutkami awarii.

Algorytmy płaskie i hierarchiczne — W pierwszym przypadku wszystkie routery są równorzędne.

Można to porównać do sieci typu peer-to-peer. Nie ma tutaj (ze względu na strukturę logiczną)

nadrzędnych i podrzędnych routerów. Algorytmy hierarchiczne postrzegają sieć jako strukturę

zhierarchizowaną, dzieląc je na domeny. Pakiety krążącymi w obrębie każdej domeny zawiaduje wtedy

właściwy router, przekazując je routerowi nadrzędnemu lub podrzędnemu.

Algorytmy host inteligent i router intelligent — Niektóre algorytmy zakładają, że całą drogę pakietu do

stacji przeznaczenia wyznaczy od razu stacja nadająca ( source routing czyli host intelligent ). W tym

układzie router pełni tylko rolę przekaźnika odbierającego pakiet i przekazując go do innego miejsca. W

algorytmach router intelligent stacja wysyłajaca nie ma pojęcia, jaką drogę przemierzy pakiet zanim

dotrze do adresata. Obowiązek wyznaczenia pakietowi marszruty spoczywa na routerach.

Algorytmy trasowania intradomain — operują wyłącznie w obszarze konkretnej domeny, podczas gdy

algorytmy interdomain zawiadują pakietami biorąc pod uwagę nie tylko zależności zachodzące między tą

domeną i innymi, otaczającymi ją domenami. Optymalne marszruty wyznaczane przez algorytm

intradomain nie muszą być ( i najczęściej nie są ) najlepsze, jeśli porównamy je z optymalnymi

marszrutami wypracowanymi przez algorytm interdomain widzący całą strukturę sieci.

Algorytm link state i distance vector — Algorytm link state (stanu łącza) rozsyła informacje routingu do

wszystkich węzłów obsługujących połączenia międzysieciowe. Każdy ruter wysyła jednak tylko tę część

tabeli routingu, która opisuje stan jego własnych łączy. Algorytm distance vector wysyła w sieć całą

tabelę routingu, ale tylko do są siadujących z nim routerów. Algorytm link state jest skomplikowany i

trudny do konfigurowania oraz wymaga większej mocy obliczeniowej procesora. Odnotowuje za to

szybciej wszelkie zmiany zachodzące w topologii sieci.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: