Родичев Ю.А. Компьютерные сети - архитектура, технологии, защита

Подождите немного. Документ загружается.

241

делают RIP-маршрутизаторы, а передают в неизменном виде. В

результате распространения топологической информации все

маршрутизаторы сети располагают идентичными сведениями о

графе сети, которые хранятся в топологической базе данных каж-

дого маршрутизатора.

Второй этап состоит в нахождении оптимальных маршрутов с

помощью полученного графа. Каждый маршрутизатор считает

себя центром сети и ищет оптимальный маршрут

до каждой из-

вестной ему сети. В каждом найденном таким образом маршруте

запоминается только один шаг – до следующего маршрутизатора,

в соответствии с принципом одношаговой маршрутизации. Дан-

ные об этом шаге и попадают в таблицу маршрутизации. Задача

нахождения оптимального пути на графе является достаточно

сложной и трудоемкой.

После первоначального построения таблицы

маршрутизации

необходимо отслеживать изменения состояния сети и вносить

коррективы в таблицу маршрутизации. Для контроля состояния

связей и соседних маршрутизаторов OSPF-маршрутизаторы не

используют обмен полной таблицей маршрутизации. Вместо это-

го они передают специальные короткие сообщения HELLО. Если

состояние сети не меняется, то OSPF-маршрутизаторы корректи-

ровкой своих таблиц маршрутизации не занимаются и не

посы-

лают соседям объявления о связях. Если же состояние связи из-

менилось, то ближайшим соседям посылается новое объявление,

касающееся только данной связи, что, конечно, экономит пропу-

скную способность сети. Получив новое объявление об измене-

нии состояния связи, маршрутизатор перестраивает граф сети,

заново ищет оптимальные маршруты (не обязательно все, а толь-

ко те, на которых отразилось данное изменение) и корректирует

свою таблицу маршрутизации. Одновременно маршрутизатор

ретранслирует объявление каждому из своих ближайших соседей

(кроме того, от которого он получил это объявление). При появ-

лении новой связи или нового соседа маршрутизатор узнает об

этом из новых сообщений HELLO. В сообщениях HELLO указы-

вается достаточно детальная

информация о том маршрутизаторе,

который послал это сообщение, а также о его ближайших сосе-

дях, чтобы данный маршрутизатор можно было однозначно

идентифицировать. Сообщения HELLО отправляются через каж-

242

дые 10 с, чтобы повысить скорость адаптации маршрутизаторов к

изменениям, происходящим в сети. Небольшой объем этих сооб-

щений делает возможным такое частое тестирование состояния

соседей и связей с ними. К недостаткам протокола OSPF следует

отнести высокую вычислительную сложность, которая растет с

увеличением размерности сети.

На рис. 7.5 показана часть Интернета с автономными систе-

мами

и областями.

Рис. 7.5. Схема связи автономных систем

При выборе маршрута между различными автономными сис-

темами используется протокол BGP (Border Gateway Protocol–

пограничный межсетевой протокол). Для выбора маршрута меж-

ду различными автономными системами требуется другой прото-

кол, так как цели протоколов внутреннего и внешнего шлюзов

различны. Задача протокола внутреннего шлюза ограничивается

243

максимально эффективной передачей пакетов от отправителя к

получателю. Политикой этот протокол не интересуется. Прото-

кол внешнего шлюза вынужден помногу заниматься политикой.

Например, корпоративной автономной системе может понадо-

биться возможность принимать и посылать пакеты на любой сайт

Интернета. Однако прохождение через некую автономную сис-

тему пакета, отправитель и получатель которого находятся за

пределами автономной системы, может быть нежелательно, даже

если кратчайший путь между отправителем и получателем проле-

гает через эту автономную систему. С другой стороны, может

оказаться желательным транзит трафика через другие автоном-

ные системы. Протоколы внешнего шлюза вообще и протокол

BGP в частности разрабатывались для возможности учета раз-

личных стратегий при выборе

маршрута между автономными

системами.

Обычные стратегии выбора маршрутов включают в себя по-

литические, экономические соображения, а также соображения

безопасности. Политики настраиваются вручную на каждом BGP-

маршрутизаторе. Они не являются частью протокола. С точки

зрения BGP-маршрутизатора весь мир состоит из других BGP-

маршрутизаторов и соединяющих их линий связи. Два BGP-

маршрутизатора считаются соединенными, если

у них есть общая

сеть. Особая заинтересованность протокола BGP в транзитном

трафике отразилась в разделении всех сетей на три категории.

Первая категория представляет собой тупиковые сети, имеющие

только одно соединение с BGP-графом. Они не могут использо-

ваться для транзитного трафика. Вторую категорию представля-

ют многосвязные сети. Они могут применяться для транзитного

трафика

, если только, конечно, согласятся на это. Наконец, име-

ются транзитные сети, такие как магистрали, для которых тран-

зитный трафик является желательным, возможно с некоторыми

ограничениями. Пары BGP-маршрутизаторов общаются друг с

другом, устанавливая TCP-соединения. Таким образом, обеспе-

чивается надежная связь и скрываются детали устройства сети,

по которой проходит трафик.

244

7.5. Маршрутизация

для мобильных хостов

Сегодня миллионы людей обладают переносными компьюте-

рами и желают читать свою электронную почту, оставаясь в под-

ключенном к сети состоянии, даже находясь в пути. К сожале-

нию, адресная система протокола IP создает определенные труд-

ности для работы в сети, когда клиент находится далеко от дома.

Главным виновником проблемы является сама схема адресации

Каждый IP- адрес содержит три поля: класс, номер сети и номер

хоста. Например, рассмотрим машину с IP-адресом 160.80.40.20.

Маршрутизаторы, расположенные по всему миру, содержат таб-

лицы, в которых сообщается, которую линию следует использо-

вать, чтобы попасть в сеть 160.80. Когда приходит пакет с IP-

адресом получателя вида 160.80. ххх. ууу, он отправляется по

этой линии.

Если вдруг машина с этим адресом отвозится в ка-

кое-либо удаленное место, адресованные ей пакеты будут про-

должать направляться по ее домашнему адресу в ее локальную

сеть (или ее маршрутизатору). Электронная почта перестанет до-

ходить до владельца машины. Предоставление же машине нового

адреса, соответствующего ее новому расположению, является

нежелательным, так

как об этом изменении придется информиро-

вать большое количество людей, программ и баз данных. Мо-

бильные хосты привносят новое усложнение: чтобы направить

пакет к мобильному хосту, его нужно сначала найти.

Когда потребность в мобильных хостах значительно возросла,

проблемная группа проектирования Интернета (IETF, Internet

Engineering Task Force) создала рабочую группу для поиска реше-

ния проблемы. Основными

целями были признаны следующие.

1. Каждый мобильный хост должен иметь возможность ис-

пользовать свой домашний IP-адрес где угодно.

2. Изменения программного обеспечения фиксированных хос-

тов недопустимы.

3. Изменения программного обеспечения и таблиц маршрути-

заторов недопустимы.

4. Большая часть пакетов, направляемых мобильным хостам,

должны доставляться напрямую.

245

5. Не должно быть никаких дополнительных расходов, когда

мобильный хост находится дома.

Модель мира, обычно используемая разработчиками сетей,

представлена на рис. 7.6. Здесь мы видим глобальную сеть, со-

стоящую из маршрутизаторов и хостов, с которой соединены ло-

кальные и региональные сети и беспроводные соты. Пользовате-

ли, которые никогда не перемещаются, называются стационар-

ными. Они соединены с сетью медными проводами и оптически-

ми кабелями. Мы будем различать два других типа пользовате-

лей: мигрирующих пользователей, являющихся в основном ста-

ционарными пользователями, перемещающимися время от вре-

мени с одного фиксированного места на другое, но пользующи-

мися сетью, только когда физически соединены с нею. Блуж-

дающие пользователи

работают с переносными компьютерами и

им требуется связь с сетью прямо на ходу. Для обозначения по-

следних двух категорий пользователей мы будем использовать

термин мобильные пользователи.

Предполагается, что у всех пользователей есть постоянное

домашнее местоположение, которое никогда не меняется. У

пользователей также есть постоянный домашний адрес, которым

можно воспользоваться для

определения домашнего местополо-

жения. Целью маршрутизации в системах с мобильными пользо-

вателями является обеспечение возможности передачи пакетов

мобильным пользователям, используя их домашние адреса. При

этом пакеты должны эффективно достигать пользователей неза-

висимо от их расположения. Самое сложное здесь, конечно, –

найти пользователя.

В модели, показанной на рис. 7.6, мир разделен (географиче-

ски)

на области, что обычно будет означать локальную сеть или

беспроводную соту. Каждая область может содержать одного или

более внешних агентов, следящих за всеми мобильными поль-

зователями, посещающими область. Кроме того, в каждой облас-

ти имеется внутренний агент, следящий за временно покинув-

шими свою область пользователями. Когда в области появляется

новый пользователь

, либо, подсоединившись к ней (то есть, со-

единив свой компьютер с сетью), либо просто переместившись в

соту, его компьютер должен зарегистрироваться в данной облас-

ти, связавшись с местным внешним агентом.

246

Процедура регистрации обычно выглядит следующим образом.

1. Периодически каждый внешний агент рассылает пакет,

объявляя, таким образом, о своем существовании и местонахож-

дении. Вновь прибывший мобильный хост может ждать подобно-

го сообщения, но может и сам, не дождавшись его, передать па-

кет с запросом о наличии внешнего агента в данной области.

2. Мобильный

хост регистрируется в данной области, сообщая

внешнему агенту свой домашний адрес, текущий адрес уровня

передачи данных, а также информацию, подтверждающую его

подлинность.

Рис. 7.6. Схема подключения мобильных хостов

3. Внешний агент связывается с внутренним агентом мобиль-

ного пользователя и сообщает ему: «Один из ваших хостов нахо-

дится в нашей области». Это сообщение содержит адрес сети

внешнего агента, а также информацию, подтверждающую под-

линность мобильного хоста, чтобы убедить внутреннего агента,

что мобильный хост действительно находится

здесь.

4. Внутренний агент проверяет переданный ему идентифика-

тор безопасности мобильного хоста, содержащий временной

штамп, доказывающий, что идентификатор был создан всего не-

сколько секунд назад. Если проверка подлинности хоста прохо-

дит успешно, внутренний агент разрешает внешнему агенту про-

должать связь.

5. Получив подтверждение от внутреннего агента, внешний

агент заносит сведения о

мобильном хосте в свою таблицу и со-

247

общает ему, что он зарегистрирован. В идеальном случае, поки-

дая область, пользователь также должен сообщить об этом внеш-

нему агенту, однако на практике многие пользователи, закончив

свои дела, просто выключают свои компьютеры.

Когда пакет посылается мобильному пользователю, он на-

правляется в его домашнюю локальную сеть, как указывает до-

машний адрес пользователя

. Пакеты, посланные в домашнюю ло-

кальную сеть мобильного пользователя, перехватываются внут-

ренним агентом, который просматривает свою таблицу и узнает

из нее адрес внешнего агента локальной сети, в которой в данный

момент находится мобильный пользователь. Затем внутренний

агент выполняет следующие действия. Во-первых, он помещает

пакет, предназначающийся мобильному пользователю, в поле

по-

лезной нагрузки внешнего пакета, который посылается внешнему

агенту. Такая техника называется туннелированием. Получив па-

кет, внешний агент извлекает из поля данных оригинальный па-

кет, который пересылает мобильному пользователю в виде кадра

уровня передачи данных. Затем внутренний агент сообщает от-

правителю, что в дальнейшем следует посылать пакеты мобиль-

ному хосту не

на домашний адрес, а вкладывать их в поле данных

пакетов, явно адресованных внешнему агенту. Последующие па-

кеты теперь могут направляться напрямую пользователю через

внешнего агента, полностью минуя домашний адрес мобильного

пользователя.

Еще одна проблема состоит в том, что делать с невежливыми

мобильными хостами, которые уходят, не попрощавшись. Для

решения этой

проблемы регистрация хоста считается действи-

тельной только в течение ограниченного интервала времени. Ес-

ли она периодически не обновляется, то считается устаревшей,

после чего внешний агент может удалить запись о прибывшем

хосте из своих таблиц.

Еще одним вопросом является безопасность. Когда внутрен-

ний агент получает просьбу пересылать все пакеты, приходящие

на имя

«Катя», на некий IP-адрес, он не должен подчиняться,

пока он не убедится, что источником этого запроса является

именно «Катя», а не кто-либо, пытающийся выдать себя за Ка-

тю. Для этого применяются протоколы криптографической ау-

тентификации.

248

Наконец, еще один вопрос связан с уровнями мобильности.

Представьте себе самолет с установленной на борту сетью

Ethernet, используемой навигационными и авиационными компь-

ютерами. В этой сети есть стандартный маршрутизатор, общаю-

щийся с неподвижным Интернетом на земле по радиосвязи. В

один прекрасный день кому-нибудь приходит в голову идея уста-

новить Ethernet-разъемы

во всех подлокотниках кресел, так чтобы

пассажиры с мобильными компьютерами могли подключаться к

сети. Таким образом, мы получаем два уровня мобильности: ком-

пьютеры самолета, неподвижные относительно сети Ethernet, и

компьютеры пассажиров, являющиеся мобильными относительно

нее. Кроме того, бортовой маршрутизатор является мобильным

относительно наземных маршрутизаторов. Мобильность относи-

тельно системы, которая сама является мобильной

, может под-

держиваться при помощи рекурсивного туннелирования.

Контрольные вопросы к главе 7

1. Какие типы адресов используются в стеке TCP/IP? Опишите

каждый тип адресации.

2. Из каких частей состоит IP-адрес? Каковы основные форматы

IP-адресов?

3. В чем заключается принцип использования масок для адреса-

ции узлов IP-сети?

4. Для чего используется разбиение сети на подсети

5. Для чего служит протокол ICMP в сети интернет?

6. Какие протоколы сети Интернет служат для установления со-

ответствия между IP-адресом и локальным адресом?

7. Каков принцип организации доменных имен?

8. Проанализируйте статистику состояния основных тенденций

развития российского сегмента Интернет на основе данных

компании RU-CENTER (www.nic.ru).

9. Для чего используется протокол OSPF?

10. В чем заключается особенность

маршрутизации для мобиль-

ных хостов?

249

ГЛАВА 8

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Любая сетевая технология должна обеспечить надежную и

быструю передачу дискретных данных по линиям связи. И хотя

между технологиями имеются большие различия, они базируются

на общих принципах передачи дискретных данных. Эти принци-

пы находят свое воплощение в методах представления двоичных

единиц и нулей с помощью импульсных или синусоидальных

сигналов в линиях связи

различной физической природы, мето-

дах обнаружения и коррекции ошибок, методах компрессии и ме-

тодах коммутации.

8.1. Линии связи

8.1.1. Типы линий связи

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по

которой передаются электрические информационные сигналы,

аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Фи-

зическая среда передачи данных (физические носители информа-

ции) может представлять собой кабель, то есть набор проводов,

изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов,

а также земную атмосферу или космическое

пространство, через

которые распространяются электромагнитные волны. Физиче-

ские носители можно разделить на две группы: управляемые но-

сители, такие как медный провод и оптоволоконный кабель, и не-

управляемые, например радиоканалы наземной и спутниковой

связи, а также передача по лазерному лучу без кабеля. Упрощен-

ная схема классификации физических носителей информации

представлена на

рисунке 8.1.

250

Физическая среда

Управляемая Не управляемая

Витая

пара

Коаксиальный

кабель

Оптический

кабель

Излучение

лазера

Радиоканалы

Спутниковые

каналы

Наземные

каналы

Рис. 8.1. Классификация физических носителей информации

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную

конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в

несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной,

механической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъема-

ми, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему раз-

личного оборудования. В компьютерных сетях применяются три

основных типа кабеля: кабели

на основе скрученных пар медных

проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также воло-

конно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted

pair). Витая пара существует в экранированном варианте

(Shielded Twisted Pair, STP), когда пара медных проводов оберты-

вается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded