35849

Коммутаторы: принцип работы. Основные и дополнительные характеристики

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Эту информацию записывает в кадр станцияисточник кадра с помощью своего сетевого адаптера который реализует алгоритм маршрутизации от источника source routing. На данный момент обеспечиваются скорости от нескольких десятков кбит с например GPRS – 115 кбит с Протоколы маршрутизации. Протоколы маршрутизации например RIP OSPF NLSP следует отличать от собственно сетевых протоколов например IP IPX. Протоколы маршрутизации используют сетевые протоколы как транспортное средство.

Русский

2013-09-20

192 KB

59 чел.

Коммутаторы: принцип работы. Основные и дополнительные характеристики.

Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог - коммутатор (switching hub. switch) делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному' порту моста/коммутатора (рис. ). При поступлении кадра информации на какой-либо из портов мост/коммутатор повторит этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на нужном порт}', к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Разница между мостом и коммутатором состоит в том. что. при передаче информации нескольким адресатам одновременно, мост передаст кадр сначала на один порт, затем на другой и так далее (мост содержит один процессор), а коммутатор одновременно передаст данные на все порты, к которым подключены адресаты (на каждом порту – свой процессор). Другими словами, мост передает кадры последовательно (несколько тыс. кадров/с), а коммутатор параллельно (несколько млн. кадров/с).

Следует отметить, что в последнее время локальные мосты полностью вытеснены коммутаторами. Мосты используются только для связи локальных сетей с глобальными, то есть как средства удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость в параллельной передаче между несколькими парами портов просто не возникает.

При работе моста/коммутатора среда передачи данных каждого логического сегмента остается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому сегменту непосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред передачи данные различных логических сегментов, он передает кадры между логическими сегментами только при необходимости, то есть только тогда, когда взаимодействующие компьютеры находятся в разных сегментах.

Внутрисегментная передача. Если первая станция передает информацию третьей, то концентратор передает ее на все свои порты, в том числе и на коммутатор. Коммутатор игнорирует эту информацию и дальше не передаст.

Межсегментная передача. Если первая станция передает информацию станции 23. то концентратор передает ее на все свои порты. Коммутатор передает эту информацию только свой второй порт, на третий порт информация не передается.

Многоадресная передача. Если первая станция передает информацию на все станции, то и концентраторы и коммутатор передают ее на все свои порты сразу (на все направления).

Мосты/Коммутаторы принимают решение о том. на какой порт нужно передать кадр, анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основании информации о принадлежности того или иного компьютера определенному сегменту, подключенному к одному из портов моста/коммутатора, то есть на основании информации о конфигурации сети. Для того, чтобы собрать и обработать информацию о конфигурации подключенных к нему сегментов, мост/коммутатор должен пройти стадию "обучения", то есть самостоятельно проделать некоторую предварительную работу по изучению проходящего через него трафика. Определение принадлежности компьютеров сегментам возможно за счет наличия в кадре передаваемой информации не только адреса назначения, но и адреса источника, сгенерировавшего кадр. Используя информацию об адресе источника, мост/коммутатор устанавливает соответствие между номерами портов и адресами компьютеров и запоминает ее в своей таблице коммутации (MAC Address Table). В процессе изучения сети мост/коммутатор просто передает появляющиеся на входах его портов кадры на все остальные порты, работая некоторое время повторителем. После того, как мост/коммутатор узнает о принадлежности адресов сегментам, он начинает передавать кадры между портами только в случае межсегментной передачи. Мосты/коммутаторы копируют в свой буфер данные, если они передаются в другой сегмент, и пытается получить доступ к среде этого сегмента (например, используя метод CSMA/CD). Если, уже после завершения обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр с неизвестным адресом назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах. Новая станция, подключаясь к сети рассылает широковещательные кадры, заявляя о своём существовании.

Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются прозрачными (transparent), поскольку появление таких мостов/коммутаторов в сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Это позволяет не изменять их программное обеспечение при переходе от простых конфигураций, использующих только концентраторы, к более сложным, сегментированным

Мост/коммутатор может также быть запрограммированным администратором сети (администратор настраивает таблицы коммутации) и тогда ему нет необходимости проходить стадию обучения. Причем администратор может сделать только некоторые записи фиксированными, а остальные заполняются и изменяются автоматически. Каждая запись в таблице имеет свой срок жизни (без подтверждения), по окончании которого запись стирается, если не быта соответствующая ей пересылка информации. Таблица коммутации может содержать в среднем 4000-8000 адресов (4К-8К).

За простоту принципа работы прозрачного моста/коммутатора приходится расплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с использованием устройств данного типа - такие сети не могут иметь замкнутых маршрутов – петель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с петлями, при этом сеть засоряется зацикливающимися кадрами и ее производительность снижается.

Для автоматического распознавания петель в конфигурации сети разработан алгоритм покрывающего (остовного) дерева (Spanning Tree Algorithm. SТА). Этот алгоритм позволяет мостам/коммутаторам адаптивно строить дерево связей, когда они изучают топологию связей сегментов с помощью специальных тестовых кадров. При обнаружении замкнутых контуров некоторые связи объявляются резервными. Мост/коммутатор может использовать резервную связь только при отказе какой-либо основной. В результате сети, построенные на основе мостов/коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева, обладают некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счет использования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя.

Существует и другой класс мостов коммутаторов, передающих кадры данных между сегментами (портами) на основе полной информации о межсегментном маршруте, содержащемся в кадре. Эту информацию записывает в кадр станция-источник кадра с помощью своего сетевого адаптера, который реализует алгоритм маршрутизации от источника (source routing). При использовании мостов/коммутаторов с маршрутизацией от источника конечные узлы должны быть в курсе деления сети на сегменты, и сетевые адаптеры, в этом случае, должны в своём программном обеспечении иметь компонент, занимающийся выбором «маршрута» кадров по сегментам (портам), – многошаговая маршрутизация (распределённая маршрутизация). Такая «маршрутизация» выполняется на канальном уровне и, по сути, не является маршрутизацией в полном смысле этого понятия. Такие мосты/коммутаторы применяются для соединения колец Token Ring и FDDI.

Существуют также мосты/коммутаторы, объединяющие оба принципа работы мосты коммутаторы SRT (Source Route Transparent).

Существуют следующие группы коммутаторов:

- автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов; - модульные коммутаторы на основе шасси;

- коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек, объединяемые с помощью высокоскоростных каналов (функция Port Trunking, при этом может использоваться интерфейс MDI и специальные стойки, например 19").

Таким образом, мосты и коммутаторы выполняют функции канального и физического уровней модели OSI.

Коммутаторы могут иметь ряд дополнительных функций - это использование различных классов сервиса (class-of-service) и поддержка виртуальных сетей VLAN. Class-of-Service – эта функция позволяет администратору назначить различным типам кадров различные приоритеты их обработки. При этом коммутатор поддерживает несколько очередей необработанных кадров и может выть сконфигурирован, например, так, что он передает один низкоприоритетный пакет на каждые 10 высокоприоритетных пакетов. Это свойство может особенно пригодиться на низкоскоростных линиях и при наличии приложений, предъявляющих различные требования к допустимым задержкам.

Vlan-виртуальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра. Виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика (broadcast domain), по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet.

Агрегирование каналов

Агрегирование каналов (объединение портов в транк) используется для объединения нескольких портов вместе для образования высокоскоростного канала передачи данных. Включенные в транк порты называются членами транковой группы. Один из портов в группе выступает в качестве "связующего". Поскольку все члены группы в транке должны быть настроены для работы в одинаковом режиме, все изменения настроек, произведенные по отношению к "связующему" порту, относятся ко всем членам транковой группы. Таким образом, для настройки портов в группе необходимо только настроить связующий" порт. Протокол управления агрегированием каналов IEEE 802.lad Link Aggregation Control Protocol (LACP) используется для установления динамического агрегированного канала между коммутатором и другим сетевым устройством. При статической организации транка (по умолчанию для портов задан режим статического агрегирования) соединяемые коммутаторы должны быть настроены вручную и не допускают динамических изменений внутри транковой группы портов. Для динамической организации транка (объединяются LACP-совместимые порты) коммутатор должен поддерживать протокол LACP для установления агрегированного канала. Динамический агрегированный канал может быть установлен, если одна группа портов настроена как "активная" группа, в то время как другая настроена в качестве "пассивной" группы.

Данные, передаваемые конкретному узлу (по адресу назначения), всегда будут передаваться через один и тот же порт в транковой группе портов. Это позволяет пакетам одного потока данных прибывать в том порядке, в котором они были отправлены. Агрегированный канал может быть создан для соединения с любым другим коммутатором, поддерживающим механизм передачи данных одного сеанса связи между двумя узлами по единственному канату в составе транка.

Safeguard Engine

Safeguard Engine разработан для того, чтобы повысить надёжность новых коммутаторов и общую доступность и отказоустойчивость сети. В современных сетях достаточно много вирусов и вредоносного трафика. Обычно они генерируют много «интересного» для CPU трафика (такого как ARP широковещание, например). Весь этот трафик загружает CPU и не даёт ему возможности обрабатывать более важные задачи, такие как административный доступ, STP, SNMP опрос. D-Link Safeguard Engine позволяет идентифицировать и приоритезировать этот «интересный» для CPU трафик с целью отбрасывания ненужных пакетов для сохранения функциональности коммутатора.

IP-MAC-Port Binding (Привязка IP-MAC-порт)

Функция IP-MAC-Port Binding в коммутаторах D-Link позволяет контролировать доступ компьютеров в сеть на основе их IP и MAC-адресов, а также порта подключения. Если какая-нибудь составляющая в этой записи меняется, то коммутатор блокирует данный MAC-адрес с занесением его в блок-лист.


IP
-MAC-Port binding включает два режима работы: ARP (по умолчанию) и ACL.

ARP режим

ACL режим

Плюсы

Простота в использовании и независимость от ACL

Позволяет предотвратить несанкционированное подключение даже если нарушитель использует статический МАС адрес

Минусы

Невозможность фильтрации в случае если hacker/sniffer присвоит себе статический MAC адрес для спуфинга коммутатора

Тратится профиль ACL, а также необходимо продумывать целиком всю стратегию ACL


5.18 Беспроводные системы связи: беспроводное точечное подключение; сотовые системы связи: поколение 2,5
G; 3G; 4G.

IEEE 802.15 – технология Bluetooth. Рабочая частота – 2,4 ГГц; расстояние до 100 м.

Скорость передачи:

Версия 1.0: 732,2 кбит/с; 781 кбит/с; 1 Мбит/с; 2,1 Мбит/с

Версия 2.0: до 3 Мбит/с

Версия 3.0: до 24 Мбит/с

IEEE 802.15.4 – ZigBee, HomeRFLite

Частота 2,4 ГГц: 16 каналов по 250 кбит/с

Частота 915 МГц: 10 каналов по 40 кбит/с

Частота 868 МГц: 1 канал по 20 кбит/с

Используется ячеистая структура, расстояние от 70 до 100 метров. Метод доступа – CSMA. Низкое энергопотребление, низкая стоимость. Возможность подключения до 60 тысяч устройств.

IEEE 802.15.3a – UWB (Ultra WideBand) – Wireless USB

Используется сверхширокополосная связь. Расстояние до 10 м. Частота от 3,1 до 10,6 МГц. Скорость передачи данных: 400-500 Мбит/с на прием, 60 Мбит/с на отдачу.

 IEEE 802.15.3c

Частота 60 ГГц, скорость передачи – 16 Гбит/с, расстояние – 1 м.

Сотовые системы связи

Поколение

2,5G

3G

4G

Технология

CDMA, GPRS, EDGE

WCDMA, UMTS, WI-MAX, CDMA-2000

MC-DMA/OFDM, NoLA, LTE

Частота, МГц

800, 900, 1800

2000

40000, 60000

Услуги передачи неголосовых данных

SMS, MMS, WAP

MMS, графика, видео

Телеконференции, видео по запросу

Скорость

144-810 кбит/с

0,384-14 Мбит/с

50 Мбит/с-3,6Гбит/с

Период эксплуатации

С 2002 г.

С 2004 г.

С 2010г

4G

UMB (Ultra Mobile Broadband). Продвижением данной технологии занимается Qualcom. Каждому устройству присваивается IP адрес.

Входящая скорость – 288 Мбит/с

Исходящая скорость – 75 Мбит/с

Используется ортогональное частотное мультиплексирование OFDM (передача осуществляется по нескольким несущим одновременно). Стандарт совместим с 3G сетями и идет на смену CDMA-2000, 1xEV-DO.

LTE (Long Term Evolution). Стандарт, продвигаемый Ericsson, является развитием технологий GSM, UMTS.

Скорости: до 326 Мбит/с – входящая, до 86 Мбит/с – исходящая.

Поддержка не менее 200 активных соединений. Поддержка мобильных пользователей (скорость передвижения до 350 км/ч).

Одна базовая станция в штатном режиме имеет зону покрытия 30 км, но возможно и более 100 км.

Поддержка многоантенных систем MIMO.

IEEE 802.16mрелиз 2 технологии WiMax (mobile WiMax).

Скорость до 1 Гбит/с в беспроводных городских вычислительных сетях (WMAN), до 100 Мбит/с для мобильных сетей.

Поддержка многоантенной технологии MIMO. Поддерживается обратная совместимость с 802.16-2005.

  1.  
    Технологии
    RadioEthernet (IEEE802.11), стандарты IEEE802.16, IEEE802.20.

Стандарт IEEE 802.11

Развитие этой технологии началось в 1990 году. Разработка завершилась летом 1997 года выпуском его первой спецификации — IEEE 802.11. IEEE 802.11 стал базовым стандартом, определившим основные протоколы, необходимые для организации беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network. WLAN). В нем предусмотрено два основных типа архитектуры сетей: Ad-hoc и Infrastructure Mode. Простейшим из них является вариант Ad-hoc. который называют также IBSS (Independent Basic Service Set), он же Peer-to-Peer ("точка-точка"). В этом режиме связь устанавливается непосредственно между рабочими станциями пользователей по принципу "каждый с каждым", и создание какой-либо обшей сетевой инфраструктуры не требуется.

Но значительно большими возможностями обладают сети, работающие в режиме Infrastructure Mode. Их основу составляет сотовая архитектура, подобная той, что используется в мобильной связи. Такие сети могут состоять как из одной, так и из множества ячеек. Каждая отдельная сота беспроводной сети управляется своей базовой станцией, называемой точкой доступа (Access Point), которая взаимодействует с находящимися в пределах ее радиуса действия пользовательскими устройствами. В этом режиме устройства пользователей напрямую друг с другом не связываются, а действуют через точку доступа. Сами же точки доступа соединяются между собой либо с помощью кабельной сети, либо по специальным радиоканалам и могут иметь связь с другими сетями или выход в Интернет.

Теоретически, к каждой точке доступа может быть подключено до 255 пользователей (это ограничение IP-протокола), однако на практике данное число оказывается существенно меньше, от 20 до 50 пользователей. Для совместной работы в сети большого количества пользовательских устройств без взаимных помех стандартом определен специальный механизм их перехода в режим передачи данных с предварительным уведомлением (метод доступа), получивший название Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) - множественный доступ с обнаружением несущей и предотвращением коллизий.

Для повышения надежности передачи, а также для совместной работы в единой полосе частот устройств самого разного назначения с минимальными взаимными помехами в стандарте 802.11 предусмотрено использование радиоканалов с широкополосными сигналами, формируемыми по методу псевдослучайной скачкообразной перестройки рабочей частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) или прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum. DSSS).

Идея метода радиопередачи со скачкообразными перестройками частоты проста. Передача радиограмм не целиком, а отдельными частями, по очереди на разных частотах, затрудняла их перехват и забивание помехами. Аналогичным образом и в современной технологии FHSS данные посылаются короткими пакетами с переходом с одной частоты на другую в соответствии с заранее заданными правилами. Для этого рабочий диапазон частот разделен на 79 каналов с шириной полосы каждого в 1 МГц. При обмене информацией передатчики и приемники по заранее определенному алгоритму периодически (с интервалами в 20—400 мс) и синхронно переключаются на новый канал. Естественно, у разных пар – различные последовательности переключения частот (в общей сложности 22 варианта).

В технологии DSSS каждый бит передаваемой информации преобразуется по определенному алгоритму в последовательность из нескольких коротких импульсов ("чипов"- chip), образующих так называемый микрокадр. При приеме последовательность элементов декодируется с использованием того же алгоритма. Если в процессе передачи один или даже несколько элементов микрокадра окажутся искажены, то исходные данные во многих случаях все же можно восстановить по остальным принятым элементам. Разные пары "приемник- передатчик" в системе используют разные алгоритмы кодировки-декодировки. что обеспечивает возможность их одновременной работы без заметных взаимных помех (чужие кодовые последовательности будут восприниматься приемником как небольшой случайный шум).

В стандарте ШЕЕ 802.11 при передаче данных на скорости 1 Мбит/с используется двоичная относительная фазовая модуляция (DBPSK). При этом единичный бит информации для расширения спектра сигнала по технологии DSSS передается 11-чиповой последовательностью Баркера, а нулевой бит - инверсной последовательностью Баркера.

Информационная скорость 1 Мбит/с в стандарте IEEE 802.11 является обязательной (basic access rate), но опционально возможна передача и на скорости 2 Мбит С (enhanced rate). Для передачи данных на такой скорости используется уже квадратурная фазовая модуляция (DQPSK), что позволяет в два раза повысить информационную скорость передачи при той же ширине самого спектра - 22 МГц.

Согласно спецификации пакетирования данных они разбиваются на кадры с контрольной и адресной информацией длиной в 30 байт, блоком данных длиной до 2048 байт и 4-байтным CRC-блоком (контрольная сумма), что гарантирует обнаружение сбойных кадров при приеме. Стандарт рекомендует использовать пакеты длиной 1500 или 2048 байт.

Дальность связи между отдельными устройствами сетей стандарта 802.11 обычно не превышает 300 м. однако при использовании усилителей мощности в передатчиках и направленных антенн расстояние может составить от 40 до 80 км. Кроме того стандартом предусмотрен внутрисетевой и межсетевой хендовер (handover, передача абонента) - переключение работающих мобильных устройств с одной точки доступа на другую без обрыва связи, а также роуминг из одной сети в другую. При этом все основные настройки в пользовательском оборудовании остаются без изменений.

Для защиты передаваемой информации от перехвата стандартом предусмотрен комплекс мер безопасности под общим названием Wired Equivalent Privacy (WEP). Он охватывает средства противодействия несанкционированному' доступу к сети (процедур аутентификации), а также шифрование информации по алгоритму RCA с 40- или 128-битным ключом. Однако ввиду недостаточной реальной стойкости WEP специальной группой 802ЛИ разработаны и другие механизмы защиты на основе протокола аутентификации Extensible Authentication Protocol (ЕАР) с использованием сервера аутентификации, авторизации и учета RADIUS (Remote Access Dial-In User Service).

После создания базового стандарта работы в этом направлении не прекратились, и в настоящее время существует уже целое семейство стандартов IEEE 802.11, регламентирующих требования к различным сетям группы Radio Ethernet.

Спецификация

Год принятия

Скорость, Мбит/с

Рабочая частота, ГГц

Примечание

802.11b/b+

1999

5,5/11/22

2,4

Wi-Fi – Wireless Fidelity

802.11а

1999

54

5

Ортогональное частотное мультиплексирование OFDM

802.1lg

2002

54/108

2,4

Ортогональное частотное мультиплексирование OFDM

802.11n

янв. 2006

300/600

2,4

Ортогональное частотное мультиплексирование OFDM

В начале 2004 г. представлена технология WLAN-MIMO на 100 Мбит/с (прототип 802.11n) - многоканальная система на основе нескольких антенн, данные разбиваются на отдельные потоки.

Развитием технологии RadioEthernet для построения беспроводных ЛВС (WLAN) являются стандарты беспроводных городских сетей (WMAN) -IEEE 802.16 (WiMAX) и беспроводных глобальных сетей (WWAN) - IEEE 802.20.

IEEE 802.16 – WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

Стандарт

802.16

802.16-2004 (802.16a/d)

802.16-2005 (802.16e, Wi-Bro)

Дата

2001

2004(2003)

2005(2004)

Частота, ГГц

10-66

2-11

2-6

Радиус зоны покрытия

2-5 км

4-10 км

2-15 км

Скорость, Мбит/с

32-135

до 75

до 15

Модуляция

QPSK, 16 QAM, 64 QAM

OFDM 256, OFDMA, BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM

Тип сети

Стационарная

Подвижная (до 125 км/ч)

Зона покрытия

зона прямой видимости

вне зоны прямой видимости

Ширина канала

20, 25, 28 МГц

Регулируемая – от 1,25 до 20 МГц

IEEE 802.16m – релиз 2 технологии WiMax (mobile WiMax).

Скорость до 1 Гбит/с в беспроводных городских вычислительных сетях (WMAN), до 100 Мбит/с для мобильных сетей.

Поддержка многоантенной технологии MIMO. Поддерживается обратная совместимость с 802.16-2005.

IEEE 802.20 – WWAN (Wireless Wide Area Network)

Стандарт для обеспечения связи мобильным абонентам (скорость передвижения до 250 км/ч). Диапазон частот до 3,5 ГГц. Полоса пропускания 1,25 МГц на ячейку в случае fdd и 1,25 МГц на ячейку в случае tdd. Скорость: входящая – до 16 Мбит/с, исходящая – до 4 Мбит/с.

Стандарт поддерживается сотовыми сетями поколений 2,5G (GPRS, EDGE), 3G (CDMA2000, UMTS).

На данный момент обеспечиваются скорости от нескольких десятков кбит/с (например, GPRS – 115 кбит/с)

  1.  
    Протоколы маршрутизации.

Протоколы маршрутизации (например, RIP, OSPF, NLSP) следует отличать от собственно сетевых протоколов (например, IP, IPX). И те и другие выполняют функции сетевого уровня модели OSI — участвуют в доставке пакетов адресату через разнородную составную сеть. Но в то время как первые собирают и передают по сети чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, как это делают протоколы канального уровня. Протоколы маршрутизации используют сетевые протоколы как транспортное средство. При обмене маршрутной информацией пакеты протокола маршрутизации помещаются в поле данных пакетов сетевого уровня или даже транспортного уровня, поэтому с точки зрения вложенности пакетов протоколы маршрутизации формально следовало бы отнести к более высокому уровню, чем сетевой.

Каждый маршрутизатор может поддерживать несколько сетевых протоколов и протоколов маршрутизации.

Протоколы маршрутизации определяют топологию сети и сохраняют информацию о ней в таблице маршрутизации. Если маршрутизатор не применяет протокол маршрутизации, он хранит статические маршруты или использует отдельный протокол на каждом интерфейсе. Обычно маршрутизаторы работают с одним протоколом маршрутизации.

Информация о маршрутизации содержит метрику, то есть меру времени или расстояния, и несколько отметок о времени. Информация о пересылке включает в себя данные о выходном интерфейсе и адрес следующей системы по пути. Обычно маршрутизаторы хранят данные о нескольких возможных следующих транзитных маршрутизаторах в одной строке таблицы.

Протоколы маршрутизации выполняют две важнейшие функции.

Во-первых, с их помощью определяется оптимальный путь передачи пакета по сети. Обычно избирается путь, обеспечивающий минимальное время доставки при максимальной надежности.

Протокол маршрутизации предполагает постоянный сбор информации о состоянии маршрутов и обновление таблиц маршрутизации при изменении топологии сети, вследствие отказов или перегрузок. Таким образом, таблицы маршрутизации всегда содержат точную информацию о топологии сети.

Во-вторых, функцией протоколов маршрутизации является передача пакетов по сети. Получая очередной пакет, маршрутизатор считывает адрес назначения из заголовка пакета и определяет, в каком направлении (через какой узел) следует осуществить дальнейшую передачу пакета. Для принятия такого решения используется информация из таблицы маршрутизации.

Протоколы, используемые при создании таблицы маршрутизации, можно разделить на три категории:

- протоколы длины вектора расстояния;

- протоколы состояния канала;

- протоколы политики маршрутизации.

Протоколы длины вектора — простейший и наиболее распространенный тип протоколов маршрутизации. Большинство используемых сегодня протоколов этого типа ведет свое начало от протокола Routing Information Protocol компании Xerox (иногда они даже так и называются). Протоколы данного класса включают RIP (стека ТСР/IP), RIP (стека IPX/SPX), протокол управления таблицей маршрутизации AppleTalk RTMP и Cisco IGRP(Interior Gateway Routing Protocol).

Периодически каждый маршрутизатор копирует адреса получателей и метрику из своей таблицы маршрутизации и помещает эту информацию в рассылаемые соседям сообщения об обновлении. Соседние маршрутизаторы сверяют полученные данные со своими собственными таблицами маршрутизации и вносят необходимые изменения.

Этот алгоритм прост и, как кажется на первый взгляд, надежен. К сожалению, он работает наилучшим образом в небольших сетях при (желательно полном) отсутствии избыточности. Крупные сети не могут обойтись без периодического обмена сообщениями для описания сети, однако большинство из них избыточны. По этой причине в сложных сетях возникают проблемы при выходе линий связи из строя, так как несуществующие маршруты могут оставаться в таблице маршрутизации в течение длительного периода времени. Трафик, направленный по такому маршруту, не достигнет своего адресата.

Вторую категорию протоколов обслуживания среды составляют протоколы состояния канала. Протоколы состояния канала сложнее, чем протоколы длины вектора. Взамен они предлагают детерминистское решение типичных для их предшественников проблем. Вместо рассылки соседям содержимого своих таблиц маршрутизации каждый маршрутизатор осуществляет широковещательную рассылку списка маршрутизаторов, с которыми он имеет непосредственную связь, и напрямую подключенных к нему локальных сетей. Эта информация о состоянии канала рассылается в специальных объявлениях. За исключением широковещания периодических сообщений о своем присутствии в сети, маршрутизатор рассылает объявления о состоянии каналов только в случае изменения информации о них или по истечении заданного периода времени.

Недостатком таких протоколов состояния каналов, как OSPF, IS-IS и NLSP, является их сложность и высокие требования к памяти. Они трудны в реализации и нуждаются в значительном объеме памяти для хранения объявлений о состоянии каналов.

К третьей категории протоколов по обслуживанию среды относятся протоколы правил маршрутизации. Если протоколы маршрутизации на базе алгоритмов длины вектора и состояния канала решают задачу наиболее эффективной доставки сообщения получателю, то задача маршрутизации — наиболее эффективная доставка сообщения получателю по разрешенным путям. Такие протоколы, как BGP (Border Gateway Protocol) или IDRP (Interdomain Routing Protocol), позволяют операторам Internet получать информацию о маршрутизации от соседних операторов на основе контрактов или других нетехнических критериев. Алгоритмы, используемые для политики маршрутизации, опираются на алгоритмы длины вектора, но информация о метрике и пути базируется на списке операторов магистрали.

Одно из следствий применения протоколов такого рода заключается в том, что пути сообщения и ответа на него через Internet, вообще говоря, различны. В корпоративных же сетях intranet, не использующих политику маршрутизации, эти пути, как правило, совпадают.

Динамическая маршрутизация. Протоколы RIP, OSPF.

Динамическая маршрутизация. 

В маршрутизаторе с динамическим протоколом резидентно загруженная программа (демон - gated или routed для UNIX) изменяет таблицы маршрутизации на основе информации, полученной от соседних маршрутизаторов.

Динамические протоколы делят на две группы:

  •  EGP (External Gateway Protocol) - внешний протокол маршрутизации для использования между AS (автономными системами). В группу входят - RIP, OSPF, IGRP (CISCO), IS-IS.
  •  IGP (Interior Gateway Protocol) - внутреннего протокола маршрутизации для использования внутри AS. В группу входят - BGP, IDPR.

Протокол RIP 

RIP (Routing Information Protocol) - протокол маршрутной информации, использует алгоритм Белмана-Форда. Выбирается самый короткий маршрут (distance-vector).

Первый стандарт RIP RFC1058 (Routing Information Protocol C.L. Hedrick Jun-01-1988).

Последняя версия RIPv2 RFC2453 (RIP Version 2 G. Malkin November 1998).

Используется транспортный протокол UDP.

Порт сервера по умолчанию 520.

Маршрут характеризуется вектором расстояния до места назначения.

Протокол RIP очень популярен среди тех, кто имеет отношение к Internet. Это протокол с использованием алгоритма длины вектора, где маршрут определяется исходя из расстояния (числа транзитных узлов) на пути следования данных до точки назначения

В маршрутизаторе, работающем с RIP, вся информация хранится в виде таблицы маршрутизации, содержащей следующие поля:

- пункт назначения (в нем перечислены все конечные, в смысле адреса, локальные сети);

- следующий транзитный узел (оно определяет, на какой порт должен быть переслан пакет для отправки на следующий маршрутизатор);

- расстояние (число транзитных узлов, необходимых для того, чтобы достичь пункта назначения).

Таблица маршрутизации RIP содержит информацию о наилучшем пути к месту назначения. После получения новых данных от другого узла старая информация стирается, и на ее место записывается новая.

Выбор оптимального маршрута в RIP обеспечивается рассылкой соответствующих сообщений при изменении топологии сети. Например, если маршрутизатор выявляет отказ в одном из каналов связи, он вносит изменения в свою таблицу маршрутизации, а затем рассылает копии новой таблицы всем своим соседям. Соседи соответственно вносят изменения в свои таблицы и рассылают их копии своим соседям и так далее. В результате через короткое время необходимая информация достигает всех маршрутизаторов.

В соответствии с протоколом RIP каждый маршрутизатор автоматически посылает (примерно раз в 30 секунд) своим соседям пакет типа «ответ» со своей таблицей маршрутизации. Для передачи больших таблиц маршрутизации требуется несколько пакетов. Помимо этого в протоколе RIP предусмотрено, чтобы каждый маршрутизатор следил за тем, сколько времени прошло с момента получения последнего ответа; если ответ от кого-нибудь из соседей не поступает в течение длительного времени (обычно 90 секунд), соответствующий путь удаляется из таблицы маршрутизации данного устройства, а все соседи извещаются об этом событии.

В протоколе RIP предусмотрен ряд мер, призванных повысить стабильность работы протокола. Среди них: лимит числа промежуточных узлов (hop-count limit), временный отказ от приема информации (hold-down) и расщепление горизонта (split horizon). Лимит на число промежуточных узлов позволяет предотвратить зацикливание пакета при пересылке. Данный лимит в RIP равен 15, откуда следует, что этот протокол годится только для не слишком больших сетей. (Во второй версии протокола RIP это ограничение снято, и количество промежуточных узлов может достигать 255.)

Основным недостатком RIP является не слишком высокая функциональность: он не годится для больших сетей и не может эффективно определять альтернативные маршруты.

Недостатки RIP 

  •  Ограничение в 16 хопов (Hop -прыжок). Фактически ограничивает количество сетей.
  •  Медленная реакция на изменение сети. При этом могут возникнуть циклические маршруты.
  •  Самый короткий маршрут может быть перегружен (медленным).

 

Протокол OSPF 

OSPF (Open Shortest Path First) - открыть наикратчайший маршрут первым (алгоритм Дикстры), является протоколом состояния канала (link-state).

Протокол OSPF, основанный на алгоритме предпочтения кратчайшего пути, был разработан Болтом, Беранеком и Ньюменом (Кембридж, шт. Массачусетс) для сети ARPANet в 1978 году. OSPF способен осуществлять эффективную маршрутизацию пакетов с учетом изменений топологии сети, соответствующим образом меняя путь прохождения сетевого трафика. Кроме того, накладные расходы на пересылку данных об изменении топологии в OSPF меньше: рассылке подлежит не таблица маршрутизации в целом, а только информация об изменениях.

Протокол OSPF предусматривает, что новый маршрутизатор, начав работу в сети, рассылает «приветствия» всем своим соседям. Такие же сообщения периодически рассылают все маршрутизаторы, подтверждая тем самым свою работоспособность. В итоге новый маршрутизатор очень быстро «знакомится» со всеми своими соседями.

OSPF работает с запросами верхнего уровня [Type of Service (ToS) или Quality of Service (QoS)], содержащимися в заголовке пакетов IP. Вычисление кратчайшего пути в OSPF осуществляется на основе информации, содержащейся в ToS. Всего насчитывается восемь комбинаций битов ToS, описывающих все возможные сочетания уровней задержки, пропускной способности и надежности связи. OSPF в состоянии подобрать путь таким образом, чтобы удовлетворить любую из этих восьми комбинаций. Например, если в ToS указано, что данный пакет должен быть передан с малой задержкой, высокой пропускной способностью и малой надежностью, то OSPF-маршрутизатор подберет путь передачи, как можно лучше отвечающий всем этим требованиям.

Основные достоинства OSPF.

  •  Отсутствие ограничения на размер сети.
  •  Автономная система может быть поделена на области маршрутизации.
  •  Высокая скорость установления маршрутов.
  •  Маршрутизация учитывает тип сервиса IP (type-of-service - ToS), т.е. для разных сервисов могут быть разные маршруты.
  •  Каждому интерфейсу может быть назначена метрика на основании :

- пропускной способности

- времени возврата

- надежности

- загруженности (очередь пакетов)

- размера максимального блока данных, который может быть передан через канал.

Отдельная цена может быть назначена для каждого типа сервиса IP (ToS).

  •  Если маршруты имеют одинаковую цену, OSPF распределяет траффик поровну между этими маршрутами. Это называется балансировкой нагрузки (Load balancing).
  •  Поддерживает подсети (маску).
  •  Поддержка без адресных сетей (unnumbered) - каналы точка-точка между маршрутизаторами, не имеющими IP адресов. Такой подход позволяет сэкономить IP адреса.
  •  Использование аутентификации.
  •  Используется групповая (multicast) адресация вместо широковещательной.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50. Securities exchange. Most common and most unrestricted type of bank 304 KB
  Most common and most unrestricted type of bank, allowed the most latitude in its services and investments are called, despite the measures taken last year to cut their risky investments and the overall size of their portfolios.
51. История создания и специфика работы пистолета-пулемета Томпсона 533.92 KB
  Томми-ган, автомат Томпсона, пистолет-пулемет Томпсона, чикагское пианино, траншейная метла, дьявольская машина смерти и даже двигатель торговли – все это названия самого гангстерского в мире оружия, которое стало символом американских гангстерских воин и хорошо зарекомендовало себя на полях сражений.
52. Технический уровень производства алюминия с использованием электролиза 218 KB
  Плотность тока зависит от футеровки электролизера и площади поверхностей теплоотдачи корки электролита. Непрерывность процесса электролиза, определение производительности и удельного расхода сырья. Материальный баланс электролизера на силу тока 165 кА.
53. Оцінка навчальної гігієни Технічного коледжа ТНТУ ім. І. Пулюя 121.5 KB
  Опитування студентів групи ОКС-406 з використанням хронометражного листа, ознайомлення з планом виховної роботи куратора групи. Аналіз розміщення меблів в навчальних приміщеннях та дослідження освітленості класів.
54. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт в редакторі КОМПАС-ГРАФІК для Windows 996 KB
  Робота з панелями графічного креслярсько-конструкторського редактора КОМПАС-ГРАФІК для Windows, Ввід даних і виразів в поля Стічки параметрів об’єктів. Використання допоміжних побудов. Проставлення розмірів в КОМПАС-ГРАФІК для Windows.
55. Харьковский украинский драматический театр имени Т.Г. Шевченко 381.5 KB
  Блестящий исполнитель комических ролей в пьесах русских и зарубежных классиков - Н.В. Гоголя, А.С. Грибоедова, Ж.Б. Мольера, — М. Щепкин стоял у истоков украинского национального театра. В историю харьковского театра Л.Ю. Млотковский вошел как организатор строительства первого каменного здания театра.
56. Устройство подземной части здания. Проектирование фундамента 456 KB
  Выбор комплекта машин для производства земляных работ. Технико-экономическое сравнение вариантов. Сводная ведомость объема земляных работ, подсчет объемов по устройству монолитных фундаментов. Расчет технико-экономических показателей комплексного процесса.
57. Создание фирменного стиля модельной студии Модерн 654.5 KB
  Концепция нового фирменного стиля модельной студии Модерн, расценки на услуги рекламной фирмы (нанесение изображения на жилет и диск). Расчет суммы, необходимой на реализацию предложенного фирменного стиля модельной студии \"Модерн\"
58. Отруйні речовини та їх вплив на організм людини 181.78 KB
  Сильнодіючими отруйними речовинами називаються хімічні сполуки, які в певних кількостях, що перевищують ГДК, надають шкідливий вплив на людей, сільськогосподарських тварин, рослини, викликаючи у них ураження різного ступеня.