!_Лекция_12_Маршрутизация_в_телекоммуникационных_сетях

1.

ВНИМАНИЕ!
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ СВЯЗИ, ФОТО,
ВИДЕО И ЗВУКОЗАПИСИ ЗАПРЕЩЕНО!

2.

ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Ф. МОЖАЙСКОГО
35 кафедра сетей и систем связи космических комплексов
Сети и телекоммуникации
Лекция
Доцент 35 кафедры
кандидат технических наук доцент
подполковник Акмолов Алексей Феликсович

3.

Контроль освоения обучающимися учебного материала
предыдущего занятия
Контрольный вопрос № 1:
Дайте понятие MAC-адрес.
MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде,
также Hardware Address) — уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице
активного оборудования телекоммуникационных сетей (постоянный – физический адрес
устройства).
Контрольный вопрос № 2:
В чем заключается задача протокола IP
Задача протокола IP – осуществление маршрутизации дейтаграмм (определение
оптимального пути следования дейтаграмм с помощью алгоритмов маршрутизации от
узла-отправителя сети к любому другому узлу сети на основании IP адреса).
Контрольный вопрос № 3
Что такое DNS и в чем его задача
Доменная система имен (Domain Name System)
Основная задача DNS в соответствие числовому Интернет-адресу компьютера ставится
уникальное доменное имя.
3

4.

Сети и телекоммуникации
4
Лекция № 12. Маршрутизация в телекоммуникационных сетях
Цель: Получить представление о принципах статической,
простой
и
динамической
маршрутизации
в
телекоммуникационных сетях.
Учебные вопросы:
1.Общие
свойства
и
классификация
маршрутизации.
2.Протокол RIP (Routing Information Protocol).
3.Протокол OSPF (Open Shortest Path First).
протоколов

5.

Основные понятия о маршрутизации
5
Маршрутизация - передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети.
Маршрутизатор (шлюз) - узел сети с несколькими IP-интерфейсами (содержащими свой MACадрес и IP-адрес), подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий на основе решения
задачи маршрутизации перенаправление дейтаграмм из одной сети в другую для доставки от
отправителя к получателю.
Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он
имеет собственный сетевой адрес и собственный локальный адрес в той подсети,
которая к нему подключена.
Для маршрутизации пакета маршрутизатор должен владеть следующей информацией:
•Адрес назначения
•Соседний маршрутизатор, от которого он может узнать об удаленных сетях
•Доступные пути ко всем удаленным сетям
•Наилучший путь к каждой удаленной сети
•Методы обслуживания и проверки информации о маршрутизации

6.

Таблица маршрутизации
Маршрут передачи пакета выбирается на основании информации о текущей
конфигурации сети и указанного критерия выбора маршрута
-задержка прохождения маршрута отдельным пакетом,
-средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов.
-количество пройденных в маршруте промежуточных маршрутизаторов (хопов).
Таблица маршрутизации — электронная таблица (база данных), хранящаяся
на маршрутизаторе, описывает соответствие между адресами назначения
и интерфейсами, через которые следует отправить пакет данных до следующего
маршрутизатора (выбор оптимального маршрута дальнейшего следования пакета).
Принцип работы с таблицей маршрутизации
Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, номер сети назначения, извлеченный
из поступившего кадра, последовательно сравнивается с номерами сетей из каждой
строки таблицы. Строка с совпавшим номером сети указывает, на какой ближайший
маршрутизатор следует направить пакет.
6

7.

Учебный вопрос № 1
Общие свойства и классификация протоколов
маршрутизации
7

8.

Классификация протоколов маршрутизации
8
Одношаговый алгоритм маршрутизации - каждый маршрутизатор отвечает за выбор
только одного шага маршрута, а окончательный маршрут складывается в результате работы
всех маршрутизаторов, через которые проходит данный пакет.
- алгоритмы фиксированной (статической) маршрутизации;
- алгоритмы простой маршрутизации;
- алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации.
Многошаговый алгоритм (маршрутизация от источника (Source Routing)) - узелисточник задает в отправляемом в сеть пакете полный маршрут его следования через
все промежуточные маршрутизаторы.
Особенности: нет необходимости строить и анализировать таблицы
маршрутизации, что ускоряет прохождение пакета по сети, разгружает
маршрутизаторы, но увеличивает нагрузку на конечные узлы.

9.

Пример маршрутизируемой сети с одним маршрутизатором
Маршрутизатор может управлять подсетями, которые
непосредственно подключены к его интерфейсам.
192.168.1.1
Подсеть 192.168.1.0
192.168.2.1
Подсеть 192.168.2.0
9

10.

Особенности алгоритмов фиксированной (статической) маршрутизации
1. Все записи в таблице маршрутизации являются статическими.
2.Администратор сети сам решает, на какие маршрутизаторы надо передавать
пакеты с теми или иными адресами, и вручную заносит соответствующие записи в
таблицу маршрутизации.
3.Таблица маршрутизации создается в процессе загрузки и в дальнейшем
используется без изменений до тех пор, пока ее содержимое не будет
отредактировано вручную (если в сети отказывает какой-либо маршрутизатор и его
функции возлагаются на другой маршрутизатор).
4. Применяются в сетях с небольшим числом маршрутизаторов (от 3 до 5).
10

11.

Пример маршрутизируемой сети со статическими маршрутами
Роутер1 не видит
подсеть 192.168.2.0
Подсеть 10.10.1.0
11
Роутер0 не видит
подсеть 192.168.1.0
Подсеть 192.168.1.0
Подсеть 192.168.2.0
Для того, чтобы маршрутизатор увидел другие сети, к которым непосредственно не
подключены его интерфейсы, ему нужно указать имя сети, её маску и интерфейс
соседнего маршрутизатора, с которого он будет получать информацию из этой сети, с
помощью команды ip route.

12.

Алгоритмы простой маршрутизации
12
таблица маршрутизации либо вовсе не используется, либо строится без участия
протоколов маршрутизации.
случайная маршрутизация - прибывший пакет посылается в первом попавшем
случайном направлении, кроме исходного.
лавинная маршрутизация - пакет широковещательно
возможным направлениям, кроме исходного.
посылается
по
всем
маршрутизация по предыдущему опыту - выбор маршрута осуществляется по
таблице, которая строится по принципу моста путем анализа адресных полей
пакетов, появляющихся на входных портах.

13.

Алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации
13
обеспечивают автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения
конфигурации сети. В таблицах маршрутизации имеется информация об интервале времени,
в течение которого данный маршрут будет оставаться действительным (время жизни
маршрута (Time To Live, TTL).
Дистанционно-векторные алгоритмы (DVA). Каждый маршрутизатор периодически и
широковещательно рассылает по сети пакет с расстояниями от данного маршрутизатора до
всех известных ему сетей. Такие пакеты называют объявлениями, так как с их помощью
маршрутизатор объявляет остальным маршрутизаторам известные ему сведения о
конфигурации сети. Расстояние в DVA обычно измеряют в числе хопов (транзитов). Пример:
протокол RIP.
Алгоритмы состояния связей (LSA) обеспечивают на каждом маршрутизаторе построение
точного графа сети. Все маршрутизаторы работают на основании одного графа, что делает
процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Маршрутизатор
периодически обменивается короткими пакетами HELLO со своими соседями.
Объявления о состоянии связей протоколов LSA передаются только в том случае, когда по
сообщению HELLO было установлено изменение какой-либо связи. В результате служебный
трафик протокола LSA менее интенсивный, чем протоколов DVA. Пример: протокол OSPF.

14.

Учебный вопрос № 2
Протокол RIP (Routing Information Protocol)
14

15.

Routing Information Protocol
15
Протокол RIP - внутренний протокол маршрутизации дистанционно-векторного типа.
Имеются две версии протокола RIP: первая и вторая.
Протокол RIPv1 не поддерживает масок и распространяет между маршрутизаторами
только информацию о номерах сетей и расстояниях до них, а информацию о масках этих
сетей не распространяет, считая, что все адреса принадлежат к стандартными классам А,
В или С.
В большинстве реализации RIP используется простейшая метрика - количество хопов, то
есть количество промежуточных маршрутизаторов, которые нужно преодолеть пакету до
сети назначения или метрика, учитывающая пропускную способность, вносимые
задержки и надежность сетей.
Метрика должна обладать свойством аддитивности - метрика составного пути должна быть
равна сумме метрик составляющих этого пути.

16.

Пример использования протокола динамической маршрутизизации RIP
для построения территориально-распределенной сети
16
Протокол RIP поддерживает максимум 15 переходов. Сеть RIP, включающая более 15
переходов (15 маршрутизаторов) рассматривается как недоступная.

17.

Пример сети с RIP-маршрутизаторами
17

18.

Этапы построения таблицы маршрутизации с помощью протокола RIP
на примере составной сети
Этап 1 - создание минимальных таблиц
Этап 2 - рассылка минимальных таблиц соседям
маршрутизатор M1передает маршрутизатору М2 и МЗ следующее сообщение:
сеть 201.36.14.0, расстояние 1;
сеть 132.11.0.0, расстояние 1;
сеть 194.27.18.0, расстояние 1.
Этап 3 - получение RIP-сообщений от соседей и обработка полученной информации
18

19.

Этапы построения таблицы маршрутизации с помощью протокола RIP
на примере составной сети
Этап 4 - рассылка новой, уже не минимальной, таблицы соседям
Каждый маршрутизатор отсылает новое RIP-сообщение всем своим соседям. В этом
сообщении он помещает данные о всех известных ему сетях - как непосредственно
подключенных, так и удаленных, о которых маршрутизатор узнал из RIP-сообщений.
Этап 5 - получение RIP-сообщений от соседей и обработка полученной информации
19

20.

Особенности протокола RIP
20
Протокол RIP не может обрабатывать маски подсети переменной длины (VLSM), что
в условиях нехватки IP-адресов является серьезным недостатком.
Периодические широковещательные рассылки полной таблицы маршрутизации
потребляют значительную долю пропускной способности.
В RIP решения о маршрутизации основываются на числе переходов, путь с
наименьшим числом переходов до места назначения всегда более предпочтителен, даже
если более длинный путь обладает большей совокупной пропускной способностью канала
и меньшими задержками.
Сети RIP являются однородными, понятие областей или границ отсутствует, с
появлением бесклассовой маршрутизации и интеллектуального использования
агрегирования и суммирования, сети RIP морально устарели.

21.

Учебный вопрос № 3
Протокол OSPF (Open Shortest Path First)
21

22.

Open Shortest Path First
Протокол OSPF (Open Shortest Path First, открытый протокол «кратчайший путь
первыми»).
Этапы построения таблицы маршрутизации:
1. Каждый маршрутизатор строит граф связей сети, в котором вершинами графа
являются маршрутизаторы и IP-сети, а ребрами - интерфейсы маршрутизаторов.
Все маршрутизаторы для этого обмениваются со своими соседями той
информацией о графе сети, которой они располагают к данному моменту времени.
2. Нахождение оптимальных маршрутов с помощью полученного графа.
(используется итеративный алгоритм Дийкстры). Каждый маршрутизатор считает
себя центром сети и ищет оптимальный маршрут до каждой известной ему сети. В
каждом найденном таким образом маршруте запоминается только один шаг - до
следующего маршрутизатора, в соответствии с принципом одношаговой
маршрутизации. Данные об этом шаге и попадают в таблицу маршрутизации.
К недостатку протокола OSPF следует отнести его вычислительную сложность,
которая быстро растет с увеличением размерности сети, то есть количества сетей,
маршрутизаторов и связей между ними.
22

23.

Построение таблицы маршрутизации по протоколу OSPF
23
Граф сети, построенный протоколом OSPF
После инициализации OSPF-маршрутизаторы знают только о связях с
непосредственно подключенными сетями, как и RIP-маршрутизаторы. Они распространяют
эту информацию своим соседям. Одновременно они посылают сообщения HELLO по всем
своим интерфейсам, так что почти сразу же маршрутизатор узнает идентификаторы своих
ближайших соседей, что пополняет его топологическую базу новой информацией, которую
он узнал непосредственно. Далее топологическая информация начинает распространяться
по сети от соседа к соседу и через некоторое время достигает самых удаленных
маршрутизаторов.

24.

Особенности протокола OSPF
24
В OSPF число переходов не ограничено.
OSPF использует мультиадресную рассылку IP для отправки обновлений
состояния канала, что уменьшает объем обработки на маршрутизаторах, которые не
прослушивают пакеты OSPF. Кроме того, обновления отправляются только при
изменениях маршрутизации, а не периодически, что обеспечивает более эффективное
использование пропускной способности.
В OSPF изменения
периодически как в RIP
маршрутизации
распространяются
мгновенно,
а
не
OSPF предлагает логическое определение сетей, подразумевающее разделение
маршрутизаторов на области, что позволяет ограничить распространение обновлений
по сети.
OSPF поддерживает аутентификацию маршрутизации
различных методов аутентификации на основе пароля.
с
использованием
OSPF обеспечивает передачу и маркировку внешних маршрутов, введенные в
автономную систему, при этом отслеживаются внешние маршруты, введенные
внешними протоколами, такими как BGP.

25.

Задание на самостоятельную работу
Задание 1:
Изучить структуру вычислительной сети на основе Эталонной
модели взаимодействия открытых систем
Рекомендуемая литература:
Е.Н.Косяков, А.В.Родионов, К.Ю.Цветков. Сети связи и системы
коммутации: учебник. - СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2012. –
С. 23–31.
Задание 2:
Изучить функциональное назначение уровней вычислительной
сети на основе Эталонной модели взаимодействия открытых
систем
Рекомендуемая литература:
Е.Н.Косяков, А.В.Родионов, К.Ю.Цветков. Сети связи и системы
коммутации: учебник. - СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2012. –
С. 17–19.
25

26.

Контроль освоения обучающимися учебного материала
Контрольный вопрос № 1:
Дайте понятие MAC-адрес.
MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде,
также Hardware Address) — уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице
активного оборудования телекоммуникационных сетей (постоянный – физический адрес
устройства).
Контрольный вопрос № 2:
В чем заключается задача протокола IP
Задача протокола IP – осуществление маршрутизации дейтаграмм (определение
оптимального пути следования дейтаграмм с помощью алгоритмов маршрутизации от
узла-отправителя сети к любому другому узлу сети на основании IP адреса).
Контрольный вопрос № 3
Что такое DNS и в чем его задача
Доменная система имен (Domain Name System)
Основная задача DNS в соответствие числовому Интернет-адресу компьютера ставится
уникальное доменное имя.
26

27.

Сети и телекоммуникации
Лекция закончена!
Спасибо за внимание!
27