Павликевич М.Й Телекомунікаційні мережі ч2. Мережі ІР

Подождите немного. Документ загружается.

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

6. РОУТІНГ В IP-МЕРЕЖАХ

6.1. Роутінг (маршрутування) – основні поняття

В системах пакетної комутації термін роутінг (маршрутування - routing) стосується до

процесу вибору шляху (маршруту), вздовж якого передають пакети, та організації процесу

пересилання пакетів вздовж визначеного шляху. Термін роутер (роутер- router) стосується до

комп’ютера, який здійснює пошук такого шляху. Станції в мережі ідентифікуються іменами,

адресами та маршрутами. Ім’я визначає, чим є об’єкт, адреса - де він розташований, маршрут - як

його осягнути.

Роутінг (маршрутування):

 Процес визначення і призначення маршруту (шляху) або методу, який повинен бути

використаний для встановлення сполучення або пересилання повідомлень.

Маршрут:

 В операціях комунікаційних систем – це географічний шлях, який є наслідком виклику або

повідомлення, і прокладений через кола (канали), використані для встановлення послідовності

сполучень.

 Визначає шлях, який перебувають виклики або повідомлення в комунікаційній мережі.

Примітка: В мережах, які використовують протокол TCP/IP, кожна IP-данограма маршрутується окремо.

Маршрут слідування данограми може містити багато роутерів і багато фізичних мереж.

Роутер:

 У комунікації даних – це функціональний пристрій, який вживається для

взаємосполучення двох або більше мереж.

Примітка 1. Роутери діють на Мережному рівні еталонної моделі OSI.

Примітка 2. Роутери читають Мережні адреси всіх пакетів, які танспортуються через мережу, і

висилають тільки ті пакети, які адресовані до інших мереж.

Примітка 3. В офіційних документах (RFC), які описують TCP/IP, роутер називають шлюзом (gateway).

Роутінг необхідний , виходячи з таких міркувань:

 Сполучення різнорідних мереж. Оскільки IP діє на Мережному рівні еталонної моделі OSI, то

при сполученні різнорідних (як за топологією, так і за IP-адресами) IP-мереж необхідний роутінг

замість операцій мостів (бріджингу), які здійснюються на Канальному рівні.

 Стратегія проектування. Роутінг необхідний як частина стратегії проектування, оскільки

мережа повиння будуватися за модульним принципом. При цьому існує збірка мереж, які

необхідно об’єднати разом, і роутінг є тим засобом, який може забезпечити таке об’єднання.

 Захищеність. Виходячи з потреб організації, необхідно встановити певні правила захищеності

для мережі. Ці правила є нічим іншим, як запобіганням доступу певних користувачів до певних

даних. Контроль за доступом звичайно здійснюється на Мережному рівні і називається

фільтрацією. Роутер здійснює функцію фільтрації за допомогою впровадження певних правил,

сформованих мережним адміністратором.

 Сполучення з віддаленими об’єктами. Технології WAN, які використовуються для сполучення з

віддаленими об’єктами (наприклад, з філіями організації), у більшості випадків впроваджуються

через роутери. Роутер діє через придатний інтерфейс WAN, залежно від типу мережі, вибраної

для транспортування інформації на Канальному та Фізичному рівнях (X.25, Frame Relay, ISDN

тощо), та через інтерфейс LAN (наприклад, Ethernet), так що віддалений об’єкт може бути

сполучений з центром.

Таким чином, об’єднання мереж (internet) складається із фізичних мереж, з’єднаних між

собою через роутери. Кожен роутер з’єднаний безпосередньо з двома або більше мережами.

Відзначимо, що вузол-станція звичайно під’єднаний до однієї фізичної мережі. Однак можливі вузли-

станції, під’єднані до декількох мереж (multi-homed host). Стандарт TCP/IP проводить чітку різницю

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

між функціями вузла-станції (host) і функціями роутера. Основна різниця між роутером і станцією

(навіть коли вона приєднана до декількох мереж одночасно - multihomed), з точки зору маршрутизації

є те, що станція ніколи не пересилає пакети між своїми мережними інтерфейсами, тоді як для роутера

це (IP forwarding) основна його функція. Мережа, яка пробує одночасно сумістити функції вузла і

роутера в одному комп’ютері, виявляє, що цей комп’ютер здійснює несподівані взаємодії з іншими

вузлами в мережі. Тому слід відділяти функції вузла-станції та роутера і прийняти, що вузол-станція

не здійснює функції роутера з пересилання пакетів від однієї мережі до іншої.

Роутінг забезпечує можливість переміщення інформації через об’єднання мереж від джерела

до призначення. Доки повідомлення пересилається в межах однієї фізичної мережі або підмережі, то

будь-які проблеми роутінгу вирішуються за допомогою технологій, властивих даному типу мережі.

Наприклад, стандарт Ethetnet визначає спосіб, у який довільна станція-джерело може комунікуватися

із станцією-призначенням всередині цієї ж мережі. IP-роутінг впроваджується передовсім тоді, коли

повідомлення необхідно пересилати від станції джерела, розташованої в одній мережі, до

призначення, розміщеного в іншій мережі, можливо, з іншою мережною технологією на Фізичному

та Канальному рівнях. Тоді повідомлення пересилається через шлюз (роутер), який об’єднує ці дві

мережі, коли вони суміжні, або через ряд проміжних вузлів-роутерів, якщо мережі несуміжні. Тільки

коли повідомлення поступає до роутера, який міститься у тій самій мережі, що й призначення, то

застосовується власна мережна технологія для доручення цього повідомлення до станції-

призначення.

Роутінг в об’єднанні мереж, як правило, спричиняє потребу застосування протоколів Рівня 3

(Мережного рівня) еталонної моделі OSI. Мережний рівень використання як мережних адрес, так і

фізичних, точніше, MAC-адрес індивідуальних станцій (вузлів). Адреса станції Мережного рівня та

MAC-адреса мережного адаптера є принципово різними типами адрес, тому перед передаванням вони

повинні бути “розв’язані”, тобто між ними повинна бути встановлена взаємно однозначна

відповідність.

Роутінг часто протиставляється бріджінгу (операціям мостів), який виконує подібні завдання.

Основна різниця між ними полягає в тому, що бріджінг діє на Рівні 2 (Канальний рівень), тоді як

роутінг працює на Рівні 3 (Мережний рівень) еталонної моделі OSI. Ця відмінність забезпечує

роутінг і бріджінг різною інформацією для використання при переміщенні інформації від джерела до

призначення. В результаті бріджінг і роутінг виконують свої завдання різним чином і у дійсності

існують окремі відмінні види роутінгу і бріджінгу.

Отже, ми зосереджуємося на міжмережній маршрутизації або IP-роутінгу (internet routing,

IP routing). Це називають ще IP-пересиланням (IP-forwarding) або IP-комутацією (IP-switching), а

необхідну інформацію називають роутінговою інформацією IP (IP routing information).

Роутінг включає два основні види дій (компоненти роутінгу):

 встановлення шляху (маршруту) пересилання пакетів, оптимального згідно з вибраним критерієм

(метрикою);

 транспорт пакетів через об’єднання мереж. Це ж саме також називають комутацією (switching) на

Рівні 3.

Комутація відносно проста, з іншого боку, визначення маршруту може бути дуже складне.

6.1.1. Встановлення маршруту

Можливі різні способи для знаходження маршрутів між мережами. Одним із вживаних

способів категоризування цих способів є тип інформації, якою необхідно обмінюватися між

роутерами для знаходження маршруту. Приймається, що кожен об’єкт (станція або роутер), які є

беруть участь у роботі протоколу роутінгу, зберігають інформацію про всі призначення всередині

системи. Загалом інформація про всі об’єкти, під’єднані до одної мережі, підсумована в окремому

вході (рядку) таблиці - бази даних роутінгу, яка описує маршрути до всіх призначень у цій мережі. Це

підсумування можливе тому, що в IP-мережах роутінг прозорий для станцій. Кожен вхід у цій базі

даних роутінгу містить адресу наступного стрибка, тобто роутера, до якого повинні висилатися

данограми, призначені для об’єкта. Вважається, що конкретне призначення може бути осягнене

оптимальним чином через висилання пакету до роутера, який репрезентує “наступний стрибок” на

шляху до призначення. Коли роутер приймає вхідний пакет, то він перевіряє адресу призначення і

пробує осягнути цю адресу через наступний стрибок. Основна відмінність між роутером і типовою

станцією з точки зору роутінгу полягає в тому, що станція звичайно має мало інформації щодо

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

структури мережі, до якої вона під’єднана. Більшість станцій мають тільки два маршрути у своїй

таблиці роутінгу: маршрут до локальної мережі і маршрут за замовчуванням (default route) до

найближчого роутера. Станція висилає всі нелокальні данограми до локального роутера для

подальшого їх доручення. Роутери також можуть маршрутувати данограми на підставі часткової

інформації, однак, тільки за певних передумов.

Вхід таблиці роутінгу може включати “метрику”, яка визначає повну відстань до об’єкта.

Метрика – це стандарт вимірювання, наприклад, довжина шляху, яка вживається в алгоритмах

роутінгу для визначення оптимального шляху до призначення. Довжина шляху або відстань у цьому

контексті є загальним поняттям, яке охоплює часову затримку при пересиланні повідомлень, грошову

вартість пеерсилання повідомлень, якість зв’язку і багато іншого. Загалом вид інформації про

маршрути залежить від застосованого алгоритму роутінгу. Формально, якщо можливе безпосереднє

сполучення між об’єктами i та j (тобто без пересилання через інший роутер між ними), то із стрибком

між i та j можна пов’язати вартість (метрику) d(i,j), яка повинна задовільняти таким постулатам:

d(i,i) = 0;

d(i,j) > 0 для i



d(i,j)



d(i,k) + d(k,j)

Хоч роутінг в основному базується на інформації про мережі, однак водночас необхідне

зберігати маршрути до індивідуальних станцій. При розгляді алгоритму в абстрактних термінах

зручно говорити про вхід таблиці роутінгу для мережі як скорочення для входів таблиці для всіх

об’єктів, під’єднаних до цієї мережі. Це має сенс тому, що ми розглядаємо мережу як таку, що не має

видимої внутрішньої структури із IP-рівня (при розгляді її з позиції мережної частини IP-адреси).

Тоді всім об’єктам у даній мережі можна приписати ту саму відстань.

Вище було вказано, що кожен об’єкт зберігає таблицю роутінгу з одним входом для кожного

можливого призначення в системі. Наприклад, реальне впровадження може вимагати збереження

такої інформації для кожного призначення:

 адреса: у IP-впровадженнях цього алгоритму це може бути IP-адреса станції або мережі;

 шлюз: перший шлюз (роутер) вздовж маршруту до призначення;

 інтерфейс: фізична мережа, яка повинна бути використана для досягнення першого шлюзу

(роутера);

 метрика: число, яке позначає відстань до призначення;

 таймер: інтервал часу від моменту, коли даний вхід був змодифікований.

Крім того, може бути включені різні прапорці та інша додаткова інформація.

База даних (таблиця) роутінгу ініціюється описом об’єктів, які безпосередньо під’єднані до

системи. Роутери обслуговують свої таблиці роутінгу, пересилаючи різні повідомлення між

суміжними (сусідніми) роутерами. Повідомлення модифікації маршруту є одним з таких

повідомлень. Модифікація маршруту загалом містить всю таблицю роутінгу або її частину.

Аналізуючи модифікації маршрутів від усіх суміжних роутерів, даний роутер може побудувати

детальну картину мережної топології.

Для визначення оптимального маршруту роутери порівнюють метрики. Різноманітні вживані

метрики буде розглянено пізніше. У звичайному випадку, коли всі об’єкти даної мережі вважаються

однаковими, метрика d(i,j) однакова для всіх призначень у даній мережі, щоб отримати метрику для

всього маршруту, слід додати вартості окремих стрибків, які утворюють маршрут.

Нехай D(i,j) представляє метрику найкращого маршруту від об’єкта i до об’єкта j, а d(i,j) –

вартість одного стрибка, тобто безпосереднього переходу від об’єкта i до об’єкта j. d(i,j) безмежна,

якщо об’єкти i та j не є суміжними. Оскільки вартості адитивні, то найкраща метрика визначається

виразом





     

 

.,,,min,

;,0,

jijkDkidjiD

iiiD







і найкращий маршрут розпочинається пересиланням пакету від об’єкта i до такого суміжного об’єкта

k , для якого









jkDkid ,,



має мінімальне значення. Зауважимо, що при обчисленнях можна

обмежитися тільки до значень k, які відповідають об’єктам, суміжним із об’єктом i, оскільки для

інших k значення d(i,k) безмежне і впроваджений доданок ніколи не приведе до мінімуму.

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

Обчислення метрики може бути здійснене на підставі простого алгоритму, який базується на

викладеному вище. Об'єкт i звертається до своїх сусідів k, щоб вони вислали свої значення відстаней

до призначення j . Коли об'єкт i отримує значення від об’єкта k, то він додає d(i,k) до кожного числа.

Це значення вартості переходу через мережу між i та k. Тоді об'єкт i порівнює значення від усіх своїх

сусідів і вибирає найменше. Цей алгоритм збігається до коректних значень D(i,j) за скінченний час

при відсутності змін у топології (наприклад, відмова роутера означає зміну топології мережі). Не

здійснюється жодних припущень щодо початкових значень D(i,j) , за винятком того, що вони не

від’ємні, а також щодо того, коли здійснюється висилання повідомлень про відстані. Тому алгоритм

може обслуговувати зміни. Коли система змінюється, то алгоритм роутінгу розпочинає зміни до

нової рівноваги, використовуючи старий стан як вихідний пункт.

Підсумуємо, що здійснює станція або шлюз G. Для кожного призначення у системі G може зберігати

поточне значення метрики до цього призначення, тобто повну вартість його досягнення, а також

ідентифікацію сусідніх шлюзів, на даних від яких базується ця метрика. Якщо призначення є

мережею, безпосередньо сполученою із G, то G просто використовує вхід, який показує вартість

використання мережі і факт, що непотрібно жодного шлюза для досягнення призначення. Можна

просто показати, що як тільки обчислення збігаються до коректного значення метрики, то сусід,

записаний за допомогою такої техніки, фактично є першим шлюзом на шляху до призначення.

Загалом поєднання адреси призначення, метрики і шлюза (роутера) звичайно називають маршрутом

до даного призначення із даною метрикою з використанням даного шлюза.

Для будь-якого об’єкта, який є учасником роботи протоколу роутінгу, виконується наступна

процедура:

 Зберігається таблиця із входом для кожного можливого призначення у системі. Вхід містить

відстань D до призначення і перший шлюз G на маршруті. Концептуально можливий вхід для

самого об’єкта з метрикою 0.

 Періодично висилаються модифікації роутінгу до кожного сусіда. Модифікація – це система

повідомлень, які містять інформацію із таблиці роутінгу – вхід для кожного призначення із

відстанню до цього призначення.

 Коли модифікація роутінгу прибуває від сусіда G



, слід додати вартість, пов’язану із мережею,

спільною із G



. Це може бути мережа, через яку поступають модифікації. Далі слід обчислити

результуючу метрику D



і порівняти її із значенням у поточному вході таблиці роутінгу. Якщо

нове значення D



для призначення N менше від наявного значення D, то прийняти новий

маршрут, тобто змінити вхід таблиці роутінгу для N із метрикою D



і шлюзом G



. Якщо роутер,

від якого прийшла модифікація, від повідає роутеру для чинного маршруту, тобто якщо G



= G, то

слід використати нову метрику, навіть коли вона більша від чинної.

Вище описано алгоритм, якого дотримуються станції та роутери для пересилання данограм, і

показано, що для цього застосовуються таблиці роутінгу. Кожен вхід таблиці роутінгу визначає

мережну частину адреси призначення і вказує адресу наступного вузла вздовж шляху, використаного

для досягнення цієї мережі. Однак вище не дана відповідь на питання: як роутер отримує значення,

які повинні бути поміщені в таблицях. Відповідь залежить від складності архітектури мережі та її

розміру. Загалом встановлення маршрутів включає їх ініціювання та модифікацію. Кожен роутер при

старті повинен встановити початкову систему маршрутів і повинен їх модифікувати при виникненні

змін, наприклад, при відмові мережного інтерфейсу. Спосіб ініціювання маршрутів залежить від

операційної системи. Можливі, наприклад, зберігання таблиці роутінгу на жорсткому диску і

поміщення її в оперативну пам’ять при старті, початок роботи з порожньої таблиці та заповнення її

шляхом виконання певних наперед визначених команд, виведення початкової системи маршрутів з

множини адрес локальної мережі, до якої під’єднаний вузол, і запитування додаткових маршрутів у

сусідніх вузлів. Після побудови початкової таблиці роутінгу роутер мусить пристосовуватися до змін

маршрутів.

У малих мережах з повільними змінами мережний адміністратор може встановлювати і модифікувати

маршрути вручну. У великому середовищі з частими змінами це необхідно здійснювати автоматично.

Відповідно до цього алгоритми рацтінгу поділяють на статичні та динамічні.

Статичні алгоритми роутінгу найбільш жорсткі з усіх. Відображення таблиць роутінгу

здійснює мережний адміністратор перед початком роутінгу і тільки він може змінювати їх.

Алгоритми, які використовують статичний роутінг, прості для проектування і добре працюють в

середовищах, де мережний трафік відносно прогнозований і будова мережі відносно проста. Оскільки

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

системи із статичним роутінгом не можуть реагувати на зміни в мережі, вони в загальному

вважаються непридатними у сьогоднішніх великих, постійно змінни мережах. Переважна більшість

алгоритмів роутінгу, які застосовуються у 90-х роках, є динамічними.

Динамічні алгоритми роутінгу достосовуються до змінних обставин у мережі в реальному

часі. Це здійснюється через аналіз вхідних повідомлень про модифікацію роутінгу. Якщо

повідомлення відзначає, що з’явилися зміни в мережі, то програмне забезпечення роутера

перераховує маршрути і висилає нові модифікаційні повідомлення. Ці повідомлення поширюються

крізь мережу, спонукаючи роутери виконувати свої алгоритми роутінгу і відповідно змінювати

таблиці роутінгу.

Алгоритми динамічного роутінгу можуть використовувати статичні маршрути. Наприклад,

роутер останнього звертання (роутер, до якого висилаються всі незмаршрутизовані пакети) може

бути призначеним. Цей роутер діє як склад для всіх незмаршрутизованих пакетів, забезпечуючи, що

всі повідомлення будуть нарешті обслужені певним чином.

6.1.2. Комутація.

Алгоритми комутації відносно прості та в основному такі самі у більшості протоколів

роутінгу. У більшості випадків станція визначає, що вона повинна вислати пакет до іншої станції або

роутера. Отримавши певним чином адресу роутера, станція-джерело висилає пакет, адресований до

конкретної MAC-адреси, однак з адресою Мережного рівня станції-призначення.

Перевіривши Мережну адресу призначення, роутер визначає, чи він знає, як переслати пакет

за адресою наступного стрибка. Якщо роутер не знає, як переслати пакет, він звичайно відкидає його,

в іншому випадку роутер змінює MAC-адресу призначення на адресу наступного стрибка і висилає

пакет.

Наступний стрибок може бути або не бути остаточною адресою станції призначення. Якщо ні,

то наступний стрибок звичайно є іншим роутером, який здійснює аналогічний процес прийняття

рішення. Коли пакет переміщається через мережу, то його MAC-адреса змінюється, але Мережна

адреса залишається постійною. Цей процес зображений на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Процес комутації на Рівні 3.

Вище описано комутацію між прикінцевими системами джерела та призначення. ISO

опрацювала ієрархічну термінологію, придатну для описання цього процесу. Використовуючи цю

термінологію, мережні пристрої, нездатні до висилання пакетів між підмережами, називають

прикінцевими системами (End System – ES), тоді як пристрої, що мають цю здатність – проміжними

системами (Intermediate System - IS). IS надалі ділять на такі, що маршрутизують всередині домену

(indomain IS), і такі, що здійснюють міждоменний роутінг (interdomain IS). Домен роутінгу загалом

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

складається з частини об’єднання мереж, адміністрованої окремою організацією з окремими

правилами адміністрування. Домени роутінгу також називають автономними системами. З певними

протоколами домени роутінгу можуть також бути поділені на області роутінгу, але протоколи

міждоменного роутінгу можуть вживатися для комутації як всередині області так і між областями.

6.1.3. Маршрутовані протоколи і протоколи роутінгу

Поширена плутанина між поняттями маршрутованих протоколів та протоколів роутінгу

(маршрутизації). Маршрутованими протоколами є протоколи, які дозволяють маршрутувати свої

пакети через об’єднання мереж. Прикладами таких протоколів є Internet Protocol (IP), DECnet,

AppleTalk, NetWare, OSI, Banyan VINES і Xerox Network System (XNS). Протоколи роутінгу

(маршрутизації) – це протоколи, які впроваджують алгоритми маршутування. Приклади таких

протоколів – це Interior Gateway Routing Protocol (IGRP), Enhanced Interior Gateway Routing Protocol

(EIGRP), Open Shortest Path First (OSPF), Exterior Gateway Protocol (EGP), Border Gateway Protocol

(BGP), OSI Routing, Advanced Peer-to-Peer Networking, Intermediate System to Intermediate System (IS-

IS) та Routing Information Protocol (RIP).

6.2. Прямий і непрямий роутінг.

Концептуально IP-маршрутування є простим, особливо для робочої станції. Якщо

призначення безпосередньо під’єднане до робочої станції (наприклад, через PPP-зв’язок), або

міститься в одному і тому ж сегменті мережі (наприклад Ethernet), то IP-данограма безпосередньо

пересилається до місця призначення, інакше станція пересилає IP-данограму до роутера і

покладається на те, що він доручить данограму за призначенням. Відповідно до цього розрізняють

прямий і непрямий роутінг.

6.2.1. Прямий роутінг і використання ARP

Прямиий (локальний) роутінг або пряме доручення – це пересилання IP-данограми від одного

вузла безпосередньо до іншого в рамках однієї фізичної мережі з використанням однієї фізичної

передавальної системи (наприклад, тільки Ethernet). Пряме доручення, як правило, не використовує

роутерів. Передавач упаковує IP-данограму в фізичні рамки, позначає IP-адресу призначення

фізичною адресою і висилає ці рамки безпосередньо за призначенням. Передавач може встановити,

що можна використати пряме доручення за співпадінням мережних префіксів IP-адрес: власної та

адресата, тобто коли мережні частини адрес ідентичні. Пряме доручення здійснюється у такій

послідовності:

1) Станція-джерело порівнює мережну частину адреси призначення з мережною частиною адреси

власної мережі.

2) Якщо ці мережні частини адрес тотожні, то станція здійснює пошук у власній таблиці протоколу

ARP або здійснює ARP-запит для знаходження фізичної адреси станції-призначення.

3) Коли інформація отримана, станція відображає фізичну адресу на IP-адресу і висилає цю

інформацію на Канальний рівень для подальшого інкапсулювання в рамку Ethernet і пересилання.

Наприклад, розглянемо малу IP-мережу, яка містить один Ethernet-сегмент і три вузли

(рис.3.33). Нехай мережна IP-адреса цього Ethernet-сегмента дорівнює 200.1.2. Номери станцій A, B і

C відповідно дорівнюють 1, 2, 3. Це адреси класу C і тому всього у мережному сегменті можна мати

до 254 вузлів. Кожен із цих вузлів має відповідну Ethernet-адресу довжиною 6 байтів (48 бітів). На

цьому і наступних рисунках мережна частина IP-адреси виділена товстим шрифтом.

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

Рис. 6.2. Приклад прямого роутінгу в односегментній мережі.

Приймемо, що станція A висилає пакет до станції C і що вона знає IP-адресу станції C. Щоб

вислати такий пакет через Ethernet, станція A повинна знати Ethernet-адресу станції C. Для цього

станція A вживає протокол ARP, який має внутрішню таблицю IP-адрес і відповідних їм Ethernet-

адрес. При відсутності потрібного входу в таблиці протокол ARP висилає широкомовну Ethernet-

рамку через сегмент до всіх вузлів у сегменті (6.3, а).

Рис. 6.3. Розв’язання адрес за допомогою ARP: (а)ARP-запит, (б) ARP-відповідь.

Якщо один із вузлів має потрібну IP-адресу (в даному випадку це вузол C), то він повідомляє свою

Ethernet-адресу станції A у рамці-відповіді (рис.6.3, б). Тоді станція A модифікує свою таблицю ARP і

використовує Ethernet-адресу для скерування пакету, інкапсульованого в рамку Ethernet,

безпосередньо до станції C.

6.2.2. Непрямий роутінг

Непрямий (віддалений) роутінг або непряме доручення стосується до ситуації, коли станція-

джерело і станція-призначення мають різні мережні адреси. У цьому випадку використовується

роутер. Непряме доручення значно складніше від прямого, бо в загальному випадку вузол-передавач

мусить ідентифікувати роутер, до якого слід переслати IP-данограму, а цей роутер повинен вислати

данограму в напрямку до мережі-призначення.

Нехай станція-джерело висилає повідомлення за фізичною адресою роутера, визначивши на

Мережному рівні мережну адресу віддаленої мережі. Завдання роутера полягає, по-перше, в

утриманні таблиці роутінгу і, по-друге, у висиланні пакету до наступного придатного роутера. Цей

процес продовжується до досягнення мережі-призначення. Якщо мережна адреса станції повинна

бути пов’язана з її фізичною адресою, то роутер здійснює кроки, вказані вище в п.п. 1) та 2).

Щоб коректно передавати IP-данограми, станція і роутер керуються інформацією щодо

призначення (мережі, підмережі, станції) і способу її досягнення. Ця інформація утримується в

таблиці роутінгу у кожній станції або в роутері. Станції звичайно зберігають тільки мінімум

інформації, залишаючи роутерам основний обсяг інформації про роутінг. Зокрема, станції зберігають

фізичні адреси роутерів, під’єднаних до локального сегменту мережі. Зауважимо, що для економії

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

місця в пам’яті та більшої ефективності при маршрутизації роутери звичайно використовують адреси

мереж, а не безпосередньо адреси станцій в мережах.

Станція передає до роутера всі пакети, призначені для мереж поза даним локальним сегментом.

Таблиця роутінгу містить входи до всіх мереж, безпосередньо сполучених з даною мережею. Ця

таблиця може містити маршрути до окремих станцій і маршрути за замовчуванням. Кожний вхід

таблиці роутінгу має щонайменше два поля:

 одне поле містить адресу мережі або станції призначення Рівня 3;

 інше поле містить IP-адресу наступного роутера або шлюза, до якого повинна бути вислана

данограма з даною адресою призначення, якщо призначенням не є суміжна мережа.

Наступний роутер або шлюз повинен бути розташований у суміжній мережі., тобто у мережі,

безпосередньо сполученій з даною. Якщо станція-джерело встановить, що станція-призначення

данограми не міститься у суміжній мережі, то здійснюються такі кроки:

1) Програмне роутінгове забезпечення станції перевіряє свою таблицю роутінгу, щоб побачити, чи

ця таблиця містить вхід для станції-призначення. Якщо такий вхід знайдено, то данограма

висилається до станції-призначення.

2) Якщо вхід для станції-призначення не знайдено, то здійснюється перевірка таблиці роутінгу на

наявність у ній входу для мережі-призначення данограми. Якщо такий вхід знайдено, то

данограма висилається до відповідного роутера або шлюза.

3) Якщо вхід для мережі-призначення не знайдено, то таблиця роутінгу перевіряється на наявність

входу для роутера або шлюза за замовчуванням. Якщо такий вхід знайдено, то данограма

висилається до відповідного роутера або шлюза.

4) Якщо відсутні роутер або шлюз за замовчуванням, то генерується повідомлення про помилку.

Коли данограма прийнята роутером або шлюзом, описаний процес (п.п. 1-4) повторюється.

Для прикладу розглянемо дві окремі сегменти мережі Ethernet – Net 0 і Net 1, сполучені через

роутер R (рис.6.4), кожен сегмент із своєю мережною адресою класу C.

Рис. 6.4. Приклад непрямого роутінгу між двома мережними сегментами.

Позначено: Ether(x) - Ethernet-адреса станції x; IP(x) - IP-адреса станції x.

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

Приймемо такий розподіл адрес:

Підмережа Net 0

200.1.2.0/24

Під

мережн

а маска для

Net 0

255.255.255.0

адреса порта

роут

ера

у підмережі

Net 0

200.1.2.1/24

адреси станцій

у підмережі

Net

200.1.2.2/24

...200.1.2.254/2

Під

мережн

і маски станцій

у підмережі

Net 0

255.255.255.0

Підмережа Net 1

200.1.3.0/24

Під

мережн

а маска для

Net 1

255.255.255.0

адреса порта

роут

ера

у підмережі

Net 1

200.1.3.1/24

адреси станцій

у підмережі

Net

200.1.3.2/24.

..200.1.3.254/2

Під

мережн

і маски станцій

у підмережі

Net 1

255.255.255.0

Така адресація необхідна для того, щоб роутер знав, котрий його мережний інтерфейс слід

використати для досягнення певного вузла і яка мережна адреса приписана кожному інтерфейсу

роутера. Роутінг можна здійснити на підставі такої таблиці:

Вузол

Призначення

Мережн

а маска

Шлюз

Інтерфейс

200.1.3.0

255.255.255.0

200.1.2.1

200.1.2.2

200.1.2.0

255.255.255.0

200.1.2.2

200.1.3.0

255.255.255.0

200.1.2.1

200.1.2.3

200.1.2.

255.255.255.0

200.1.2.3

200.1.2.0

255.255.255.0

200.1.2.1

200.1.3.0

255.255.255.0

200.1.3.1

200.1.2.0

255.255.255.0

200.1.3.1

200.1.3.2

200.1.3.0

255.255.255.0

200.1.3.2

200.1.2.0

255.255.255.0

200.1.3

200.1.3.3

200.1.3.0

255.255.255.0

200.1.3.3

Якщо станція A висилає пакет до станції E, то вона повинна спочатку вислати його до роутера

R, який пересилає пакет до станції E, як це показано стрілками на рис.6.4. Це здійснюється таким

чином, що рамка Ethernet, яку станція A висилає до роутера R, має Ethernet-адресу призначення

відповідного інтерфейсу роутера, але інкапсульований пакет містить IP-адресу призначення для

станції E. Роутер приймає рамку, виділяє IP-адресу призначення, інкапсулює пакет в рамку з Ethernet-

адресою станції E та висилає його у сегмент 200.1.3. При потребі роутер R виявляє Ethernet-адресу

станції E, використовуючи протокол ARP. Зауважимо, що станція A не може безпосередньо

визначити Ethernet-адресу станції E, бо остання розташована в іншій мережі, що встановлюється

через порівняння мережних адрес обидвох сегментів.

Слід завжди пам’ятати що IP адреса призначення, в даному випадку адреса станції E, ніколи не

змінюється в пакеті (крім випадків використання примусового маршруту). Адреса призначення рамки

на Канальному рівні завжди змінюється для того, щоб IP-данограму можна було переслати до

відповідних роутерів.

З останнього прикладу видно, чому роутер R повинен мати дві IP-адреси – по одній для

кожного інтерфейсу. Саме завдяки цьому станції в сегменті 200.1.2, зокрема, станція A, знають, що

відповідний інтерфейс роутера належить до даного сегменту і можуть знати Ethernet-адресу цього

інтерфейсу. Роутер, у свою чергу, знає мережні адреси кожного свого інтерфейсу і тому може

спрямовувати IP-пакети до потрібних мереж.

2. Мережі IP.

_______________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

М. Павликевич. Телекомунікаційні мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності

"Інформаційні мережі зв'язку, 2009.

6.2.3. Таблиці IP-роутінгу та їх використання

Коли станція отримує данограму через мережний інтерфейс, то спочатку перевіряється, чи IP-

адреса призначення не є однією з її адрес IP-рівня (unicast, multicast чи broadcast). Якщо так, то

данограма передається до відповідного модуля, TCP чи UDP, відповідно до значення поля protocol у

заголовку IP-данограми. Якщо ж IP-данограма не призначена для IP-рівня даної станції, то

виконуються такі дії:

1) якщо комп’ютер є робочою станцією (IP forwarding заборонено), то IP данограма ігнорується;

2) якщо комп’ютер є роутером (IP forwarding дозволено), то IP данограма пересилається далі, за

маршрутом, визначеним записами в таблиці роутінгу.

Роутінг на IP-рівні в більшості випадків передбачає використання таблиць роутінгу (routing

table), які вживаються для вибору правильного маршруту пересилання IP-данограм.

Типовий запис в таблиці роутінгу має такий вигляд:

 IP-адреса призначення (destination). Це може бути як повна адреса станції, так і адреса мережі (це

відзначається відповідним прапорцем для даного запису). Різниця між IP адресою мережі та

станції в тому, що для адреси станції поле HostID ніколи не може дорівнювати 0, тоді як для

адреси мережі воно повинно бути рівне 0.

 Мережна маска (netmask) – визначає довжину префікса IP-адреси (NetID).

 IP адреса порта роутера (gateway) або безпосередньо приєднаної мережі (визначається

прапорцем), куди будуть передаватися пакети, у випадку коли роутер скористається даним

записом в таблиці маршрутизації.

 Прапорці (flags). Один з них визначає чи адреса призначення (destination) є адресою комп’ютера,

чи адресою мережі. Інший, чи то, куда пакети будуть передаватися (gateway), є роутером, чи

безпосередньо приєднаним мережним інтерфейсом.

 Мережний інтерфейс (interface або netif), через який буде передаватися IP-данограма, якщо даний

запис буде використано для маршрутизації.

 Таймер (expire), який, якщо він встановлений, вказує на те, скільки секунд даний запис може

вважатися за дійсний.

Послідовність дій системи при IP-маршрутизації визначає такі кроки:

1. Пошук в таблиці маршрутизації (в полі destination) запису, що співнадає з повною IP-адресою

призначення (NetID та HostID); у даному випадку застосовується маска 255.255.255.255. Якщо

такий запис знайдено, то подальший пошук припиняється, а IP-данограма передається або до

порта роутера (gateway), або до безпосередньо під’єднаного мережного інтерфейсу (Netif), залежно

від того як встановлено прапорець. Якщо запис не знайдений, то робиться наступний крок

пошуку;

2. В таблиці маршрутизації шукається запис, в якому забезпечується співпадіння NetID. Процедура

пошуку повинна підтримувати можливість перевірки мережної маски (netmask). Якщо такий запис

знайдено, то IP-данограма пересилається або до відповідного порта роутера, або до мережного

інтерфейсу. Якщо пошук закінчився невдало, то передять до наступного кроку пошуку.

3. Пошук спеціального запису під назвою “default” або IP-адреси 0.0.0.0. При виявленні такого

запису IP-данограма висилається до вказаного роутера (gateway), якщо ж такий запис відсутній, то

переходять до наступного кроку.

4. Оскільки ні один з попередніх кроків не привів до успіху, то IP данограма вважається такою, що

не може бути доручена. Тоді ужитковий процес, який згенерував цю данограму, дістає

повідомлення про помилку “комп’ютер недосяжний” (host unreachable) або “мережа недосяжна”

(network unreachable).

6.2.4. Машрути за замовчуванням

У більшості випадків немає потреби записувати конкретні адреси інтерфейсів роутера вручну.

У попередньому прикладі достатньо встановити роутер R як шлюз (роутер) за замовчуванням (default

gateway) для всіх вузлів в обидвох мережах. Шлюз за замовчуванням – це IP-адреса роутера, до якої

висилаються всі пакети, які не можуть бути доручені через прямий роутінг. Детальніше це пояснено

нижче.