routing(1), Informatyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Co to jest routing?
Routing powstał wraz z rozwojem wielkości sieci komputerowych. Powstał problem jak połączyć ze sobą sieci
znajdujące się daleko od siebie. Routery są zatem urządzeniami, które pozwalają nam łączyć różne sieci za sobą.
Jak można się łatwo domyślić istnieje wiele możliwości połączenia wielu sieci ze sobą, stosuje się także
nadmiarowe połączenia w celu zwiększenia niezawodności funkcjonowania sieci. Routery mają za zdanie
przesyłać pakiety z jednej sieci do drugiej wybierając najbardziej optymalną trasę – pozwalającą na najszybsze
dotarcie wiadomości do adresata.
Routery są węzłami sieci operującymi w trzeciej (sieciowej) warstwie modelu OSI. Są to urządzenia
wyposażone najczęściej w kilka interfejsów sieciowych LAN, porty obsługujące sieci WAN, pracujący wydajnie
procesor i specjalne oprogramowanie zawiadujące ruchem pakietów przepływających przez router. Jak sama
nazwa wskazuje (route to trasa), routery wyznaczają pakietom marszruty, kierując je do odpowiedniego
interfejsu.
Chociaż routerem może być też zwykły komputer dysponujący kilkoma kartami sieciowymi i specjalnym
oprogramowaniem, to jest to najczęściej dedykowany komputer, dysponujący rozwiązaniami znacznie
zwiększającymi wydajność tego rodzaju węzłów sieci. Jest to szczególnie istotne w przypadku routerów
obsługujących duży ruch. Przez lata routing IP ewoluował od pakietów obsługiwanych programowo, poprzez
przekazywanie realizowane przez specjalizowane układy scalone ASIC, dalej przekazywanie przez układy ASIC
z szybkością danego interfejsu, aż do wprowadzanego obecnie przekazywania realizowanego przez procesory
sieciowe z szybkością interfejsu. Routery są stosowane zarówno w sieciach LAN, jak i sieciach WAN.
Router Cisco 2621
W sieciach LAN są używane, gdy siec komputerową chcemy podzielić na dwie lub więcej podsieci, czyli
poddać operacji segmentowania. Segmentacja sieci powoduje, że poszczególne podsieci są od siebie
odseparowane, zatem pakiety rozgłoszeniowe (broadcast) nie przenikają z jednej podsieci do drugiej dzięki
czemu zwiększamy przepustowość każdej z podsieci.
Routery dostępowe są węzłami sieci ekspediujące przez łącze WAN pakiety generowane przez stacje pracujące
w sieci LAN do innego routera pracującego po drugiej stronie tego łącza. Oczywiście może zdarzyć się i tak, że
jeden router obsługuje zarówno pakiety lokalne, jak i te kierowane na zewnątrz.
Routery nie interesują się adresami MAC ( w przypadku sieci Ethernet jest to 48 bitowa liczba przypisywana
każdej karcie sieciowej ), a po odebraniu pakietu odczytują i poddają analizie adres budowany w obszarze
warstwy sieciowej. W sieciach pracujących z protokołem IP do każdego komputera pracującego w sieci
przypisywany jest jego adres IP. Adres taki składa się zawsze z dwóch części: jedna definiuje adres sieci, a druga
to adres komputera pracującego w tej sieci. O tym jak długa jest część adresu IP przeznaczona na adres sieci
decyduje maska podsieci i tak np. adres 148.81.40.10 przy masce 255.255.255.0 oznacza, że stacja docelowa jest
zainstalowana w sieci 148.81.40.0, a adres stacji w tej sieci to 148.81.40.10. Rutery dokonują operacji logicznej
AND przychodzących do nich adresów IP z maskami jakie mają zdefiniowane na swoich interfejsach, obliczając
w ten sposób adres sieci i wysyłają dany pakiet do właściwej sieci. Gdy obliczony adres sieci nie należy do sieci
podłączonej do danego routera przekazuje on go wtedy do innego routera ( na tzw. adres default ), który
prawdopodobnie będzie lepiej wiedział dokąd skierować dany pakiet.
Routery posiadają tabele routingu i mają zdolność „uczenia się” topologii sieci, wymieniając informacje z
innymi routerami zainstalowanymi w sieci. Ponieważ prawie wszystkie operacje są z odbieraniem i wysyłaniem
pakietów do odpowiednich interfejsów są realizowane w routerze przez oprogramowanie, to tego rodzaju węzły
sieci pracują dużo wolniej niż np. przełączniki (switch). Protokoły routingu (trasowania) wyznaczają pakietom
marszruty opierając się na różnych algorytmach. Mogą to być algorytmy statyczne lub dynamiczne, single path
lub multipath, płaskie lub hierarchiczne, host inteligent lub router inteligent, intradomain lub interdomain i
opierające się na technologii link state lub distance vector.
Podstawowe zasady routingu
.
Algorytmy routingu wykorzystują różne metryki w celu określenia najlepszej ścieżki. Każdy algorytm routingu
na swój sposób dokonuje interpretacji najlepszego wyboru. Algorytm routingu generuje liczbę, zwaną wartością
metryki, dla każdej ścieżki w sieci. Zaawansowane algorytmy routingu opierają wybór trasy na wielu metrykach,
tworząc z nich pojedynczą metrykę złożoną. Zwykle mniejsze wartości metryk wskazują preferowane ścieżki.
Metryki mogą być obliczane na podstawie pojedynczego parametru charakteryzującego ścieżkę lub kilku
różnych parametrów. Poniżej przedstawiono parametry najczęściej wykorzystywane przez protokoły routingu:
·
Szerokość pasma
— przepustowość łącza w kontekście transmitowanych danych. Zwykle połączenie
Ethernet o paśmie 10 Mb/s jest bardziej pożądane od łącza dzierżawionego o paśmie 64 kb/s.
·
Opóźnienie
— czas potrzebny do przesłania pakietu w każdym łączu na drodze ze źródła do celu.
Opóźnienie zależy od szerokości pasma łączy pośrednich, ilości danych, które mogą być tymczasowo
przechowywane w każdym routerze, przeciążenia sieci oraz fizycznej odległości.
metryka liczona na podstawie opóźnień
D1+D2+D3
metryka liczona na podstawie przepustowości
64 kbps
·
Obciążenie
— aktywność występująca w ramach zasobu sieciowego, takiego jak router czy łącze.
·
Niezawodność
— zazwyczaj tym mianem określana jest stopa błędów występujących w danym łączu
sieciowym.
·
Liczba przeskoków
— liczba routerów, przez które musi być przesłany pakiet, zanim dotrze do punktu
docelowego. Każdy router, przez który muszą zostać przesłane dane, odpowiada pojedynczemu
przeskokowi. Ścieżka, której liczba przeskoków wynosi cztery, wskazuje, że dane przesyłane tą ścieżką
muszą pokonać cztery routery nim dotrą do punktu docelowego. Jeśli istnieje kilka różnych ścieżek,
preferowana jest ścieżka o najmniejszej liczbie przeskoków.
·
Impulsy zegarowe
— opóźnienie na łączu danych mierzone impulsami zegarowymi komputera IBM PC.
Jeden impuls to około 1/18 sekundy.
·
Koszt
— dowolna wartość przypisana przez administratora sieci, zwykle oparta na szerokości pasma,
wydatku pieniężnym lub innej mierze.
Protokoły routingu projektowane są z myślą o realizacji jednego lub kilku z poniższych
założeń:
·
Optymalizacja
— optymalizacja określa skuteczność protokołu routingu w wyborze najlepszej ścieżki.
Ścieżka zależeć będzie od metryk i ich wag wykorzystanych w obliczeniach. Na przykład jeden algorytm
może wykorzystywać metryki liczby przeskoków i opóźnienia, przypisując metrykom opóźnienia większą
wagę.
·
Prostota i niski narzut
— im prostszy jest algorytm, tym wydajniej będzie przetwarzany przez procesor i
pamięć routera. Ten parametr jest istotny, gdyż umożliwia rozrost sieci do dużych rozmiarów, takich jak
w przypadku Internetu.
·
Odporność na błędy i stabilność
— algorytm routingu powinien funkcjonować poprawnie w obliczu
niecodziennych albo nieprzewidzianych okoliczności, takich jak awarie sprzętu komputerowego, duże
obciążenie i błędy implementacji.
·
Elastyczność
— algorytm routingu powinien szybko dostosowywać się do różnorakich zmian
zachodzących w sieci. Zmiany te obejmują dostępność routerów, wielkość pamięci poszczególnych
routerów, zmiany pasma i opóźnień występujących w sieci.
·
Szybka zbieżność
— zbieżnością określa się proces uzgadniania dostępnych tras pomiędzy wszystkimi
routerami. Kiedy jakieś zdarzenie w sieci zmieni dostępność routera, niezbędne są aktualizacje w celu
przywrócenia łączności w sieci. Algorytmy routingu, które charakteryzuje niska zbieżność, mogą
spowodować, że dane nie zostaną dostarczone.
Algorytmy trasowania
:
·
Algorytm statyczny
— nie jest właściwie algorytmem. Wszystkie trasy routingu wyznacza na stałe sam
administrator systemu. Jeśli topologia sieci zmieni się, należy odpowiednio ręcznie zmienić konfigurację
routingu.
·
Algorytmy dynamiczne
— śledzą cały czas topologię sieci – pracują w czasie rzeczywistym i
modyfikują w razie potrzeby tabele routingu zakładane przez router.
·
Algorytmy single i multi path
— Niektóre protokoły trasowania wyznaczają pakietom kilka dróg
dostepu do stacji przeznaczenia, czyli wspierają multipleksowanie. Algorytm single path definiuje tylko
jedną ścieżkę dostępu do adresata. Algorytm multi path pozwala przesyłać pakiety przez wiele
niezależnych ścieżek, co nie tylko zwiększa szybkość transmisji pakietów, ale też chroni system routingu
przed skutkami awarii.
·
Algorytmy płaskie i hierarchiczne
— W pierwszym przypadku wszystkie routery są równorzędne.
Można to porównać do sieci typu peer-to-peer. Nie ma tutaj (ze względu na strukturę logiczną)
nadrzędnych i podrzędnych routerów. Algorytmy hierarchiczne postrzegają sieć jako strukturę
zhierarchizowaną, dzieląc je na domeny. Pakiety krążącymi w obrębie każdej domeny zawiaduje wtedy
właściwy router, przekazując je routerowi nadrzędnemu lub podrzędnemu.
·
Algorytmy host inteligent i router intelligent
— Niektóre algorytmy zakładają, że całą drogę pakietu do
stacji przeznaczenia wyznaczy od razu stacja nadająca ( source routing czyli host intelligent ). W tym
układzie router pełni tylko rolę przekaźnika odbierającego pakiet i przekazując go do innego miejsca. W
algorytmach router intelligent stacja wysyłajaca nie ma pojęcia, jaką drogę przemierzy pakiet zanim
dotrze do adresata. Obowiązek wyznaczenia pakietowi marszruty spoczywa na routerach.
·
Algorytmy trasowania intradomain
— operują wyłącznie w obszarze konkretnej domeny, podczas gdy
algorytmy interdomain zawiadują pakietami biorąc pod uwagę nie tylko zależności zachodzące między tą
domeną i innymi, otaczającymi ją domenami. Optymalne marszruty wyznaczane przez algorytm
intradomain nie muszą być ( i najczęściej nie są ) najlepsze, jeśli porównamy je z optymalnymi
marszrutami wypracowanymi przez algorytm interdomain widzący całą strukturę sieci.
·
Algorytm link state i distance vector
— Algorytm link state (stanu łącza) rozsyła informacje routingu do
wszystkich węzłów obsługujących połączenia międzysieciowe. Każdy ruter wysyła jednak tylko tę część
tabeli routingu, która opisuje stan jego własnych łączy. Algorytm distance vector wysyła w sieć całą
tabelę routingu, ale tylko do są siadujących z nim routerów. Algorytm link state jest skomplikowany i
trudny do konfigurowania oraz wymaga większej mocy obliczeniowej procesora. Odnotowuje za to
szybciej wszelkie zmiany zachodzące w topologii sieci.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

routing(1), Informatyka

Tematy