Маршрутизация принциптері мен алгоритмдері

Лекция 18

Жоспар:

2. Маршрутизация кестесі.

3. Маршрутизация қызметі.

4. Маршрутизаторлардың сұрыпталуы.

1. Күрделі құрылымдық желілерде, яғни желінің екі соңғы тораптары арасындағы пакеттерді тасымалдауға арналған бірнеше балама маршруттар бар. Маршрут – бұл пакетті таратушыдан белгіленген пунктке дейін өтуге тиісті жол ауыстыру тізбегі.

Маршрутизатор - телекоммуникациялық құрылғы, олардың желіге жалғанатын бірнеше порттары болады. Маршрутизаторлардың әр портын желінің жеке торап­тары ретінде қарастыруға болады: оның меншікті желілік адресі және өзіне жалғанған ішкі желідегі меншікті жергілікті адресі бар. Яғни, маршрутизаторларды әрқайсысы өз желісіне кіретін бірнеше тораптардың жиынтығы деп қарастыруға болады. Біріккен құрылғыға сай маршрутизаторлардың жеке желілік адресі де, ешқандай жергілікті адресі де болмайды.

Бірнеше мүмкін болатындардың ішінен маршрутты таңдау мәселесін маршрутизаторлар сияқты желінің соңғы тораптары да шешеді. Маршрут осы құрылғылардағы желінің ағынды нұсқасы жөніндегі ақпараттың негізінде, сонымен қатар маршрутты таңдаудың көрсетілген шарты негізінде таңдалады. Әдетте, шарт ретінде маршрутты жеке пакетпен өту кідірісі немесе пакеттердің тізбегі үшін маршруттың орташа өткізгіштік қасиеті алынады. Сонымен қатар, жиі маршрутта өтілген аралық маршрутизаторлардың санын ғана есептейтін өте қарапайым шарт қолданылады.

Белгілену желісінің адресі бойынша пакеттің әрі қарай үлесудің жаңа (қолайлы) маршрутын таңдау мүмкін болу үшін әр соңғы торап және маршрутизаторлар маршрутизация кестесі деп аталатын арнайы ақпараттық құрылымды талдайды.

2. TCP/IP сүрлеуінде пакеттер қозғалуы кезіндегі бірқадамдық жақындау әр маршрутизатор және соңғы торап пакет тасымалдауының тек бір қадамын таңдауға қатысады. Сондықтан маршрутизация кестесінде маршрутизатордың ІР-адресінің тізбегі түріндегі пакеттің орын ауыстыру маршрутының түгелі емес, тек қана пакетті беріп жіберуге көзделген келесі маршрутизатордың адресі бір ІР-мекенжай түрінде көрсетіледі. Пакетпен қоса келесі маршрутизаторға маршрутизацияның қадамын таңдау жауапкершілігі беріледі.

Бір қадамдық жақындаудың баламасы болып пакетте өз жолында өтуі керек, маршрутизаторлардың барлық тізбегінде көрсетілуі табылады. Мұндай жақындау жіберушінің маршрутизациясы Source Routing деп аталады. Бұл жағдайда маршрутты таңдау пакет жолындағы соңғы тораппен немесе бірінші маршрутизатормен жүзеге асады, ал қалған маршрутизаторлар тек пакеттер комбинациясын жүзеге асыра отырып, яғни оларды бір порттан келесісіне тасымалдап, таңдалған маршрутты қайталайды.

TCP/IP стегінің маршрутизация кестесінің құрылымы маршрутизация кестесін тұрғызудың жалпы принциптеріне сай.

Кестенің бірінші бағанасында интержеліге кіретін желілер саны аталып өтіледі. Кестенің әр жолында желі нөмірінен кейін пакет бағытталатын келесі маршрутизатордың желілік адресі (нақтырақ, келесі маршрутизатордың сәйкес портының желілік адресі) көрсетіледі, өйткені, пакет желі жағына берілген нөмірмен жаңа мар­шрут арқылы жылжуы керек.

Пакетті келесі маршрутизаторға жібермес бұрын, ағынды маршрутизатор бірнеше меншікті порттардың қайсысына берілген пакетті орналастыратынын анықтау керек. Ол үшін маршрутизация кестесінің үшінші бағаны тағайындалған. Әр порт меншікті желілік адреспен теңестірілетінін қайта айтып кеткен жөн.

Маршрутизаторға жаңа пакет келіп түскенде, түскен кадрдан алынып тасталған белгілену желісінің нөмірі кестенің әр жолындағы желі нөмірімен тізбектей салыстырылады. Желі нөмірімен сай келген жол пакетті қай жақын тұрған маршрутизаторға бағыттау керектігін көрсетеді.

Егер маршруттар кестесінде белгілену желісінің бір адресіне сәйкес келетін жол біреуден көп болса, онда пакетті тасымалдау жөніндегі шешімді қабылдау кезінде «белгілену желісіне дейінгі қашықтық» өрісінде ең аз мән көрсетілген жол қолданылады. Мұнда, арақашықтық дегеніміз - желілік пакетте берілген сервис класына сәйкес колданылатын кез келген өлшеуіш. Егер маршрутиза­тор пакетті сервисінің бірнеше класын қолдаса, онда мар­шруттар кестесі әр сервис (маршрут таңдау шарты) түрі үшін жеке құрылады және қолданылады.

Пакет құрылымдық желінің кез келген желісіне адрестелуі мүмкін болғандықтан маршрутизация кестесі әрқайсысының құрылымдық желіге кіретін барлық желілер туралы жазбалары болуы керек деп көрінуі мүмкін. Ірі желінің жағдайындағы осындай жақындаудың маршрутизация кестесінің көлемі өте үлкен болуы мүмкін, ол оны қарап шығу уақытына әсер етеді, сақтау үшін көп талап етеді, т.с.с Сондықтан практикада маршру­тизация кестесіндегі жазбалар саны «автоматты мар­шрутизатор» (default) деген арнайы жазбаны қолдану есебінен азайтуға тырысады. Маршрутизаторлар кестесінде, әдетте, берілген маршрутизаторға тікелей жалғанған желі нөмірлерін сақтайды немесе жақын орналасқан барлық қалған желілерде осы желілерге жол салатын маршрутизаторға нұсқайтын «автоматты марш­рутизатор» деген кестеде жалғыз жазба жасауға болады. Автоматты қолданылатын маршрутизаторлар пакетті магистральді желіге тасымалдайды, ал магистральға қосылған маршрутизаторларда интержелінің құрамы жөнінде толық ақпарат болады.

Default маршрутынан басқа маршрутизация кестесінде екі арнайы жазба түрі - торап үшін ерекше мар­шрут туралы жазба және маршрутизатор порттарына тікелей жалғанған желі адрестері туралы жазба кездесуі мүмкін.

Маршрутизаторға тікелей жалғанған желілерге жататын маршрутизация кестесіндегі жазбаларда «белгілену желісіне дейінгі қашықтық» өрісінде нөлдер болады.

Торап үшін ерекше маршрутта желі нөмірінің орнын да толық IP-адрес, яғни тек желі нөмірінің өрісінде ғана емес, сонымен қатар торап нөмірінің өрісінде де нөлдік ақпараты бар адресі болады. Мұндай соңғы торап үшін маршрут желінің қалған барлық тораптары сияқты таңдалмайды деп ұйғарылған.

Маршрутизация мәселесін маршрутизаторлар шешпейді және соңғы тораптары - компьютерлер. Соңғы торапта орналасқан желілік деңгей құралдары пакет өңдеуде ең алдымен басқа желіге бағытталуын немесе берілген желінің қандай болсын торабына адрестелуін анықтау керек. Егер белгілену желісінің нөмірі берілген желі нөмірімен сәйкес келсе, онда берілген пакет үшін маршрутизация мәселесін шешу талап етілмейді. Егер жіберу және белгілену желілерінің нөмірлері сай келмесе, онда маршрутизация керек. Соңғы тораптардың маршрутизация кеетесі толығымен маршрутизатоларда сақталған маршрутизация кестелеріне ұқсас.

Соңғы тораптар кестелерінде TCP/IP сүрлеуін жергілікті тестілеу үшін қолданылатын 127.0.0.0 ерекше адреспен байланысқан жазба кездеседі. 127.0.0.0 нөмірлі желіге бағытталған пакеттер IP хаттамасымен желіге кезекті тасымалдау үшін құбырлық деңгейге жіберілмейді, жіберушіге қайтып келмейді.

0.0.0.0 перделі 0.0.0.0 жазбасы автоматты маршрутқа сәйкес келеді.

224.0.0.0 адресті жазбалар топтық адрестерді өңдеу үшін талап етеді.

Одан басқа, маршрутизация кестесіне кең хабарлы таратуларды өңдеуге арналған адрестер енгізілуі мүмкін.

Маршрутизатор және соңғы торап жұмысыныц тағы бір ерекшелігі маршрут таңдау кезіндегі маршрутиза­ция кестесін құру тәсілі болып табылады. Егер маршру­тизаторлар, әдетте, қызметтік ақпаратпен алмаса отырып, маршрутизация кестесін автоматты түрде құрса, онда соңғы тораптар үшін маршрутизация кестелері басқарушылардың қолдарымен құрылады.

Маршрутизация алгоритмі тораптар адресациясының жүйесіне перделер енгізілгенде қиындатылады.

ІР-адресі қабылданған пакеттен алынып тасталғаннан кейін IP модулі маршрутизация кестесінің барлық жазбаларын мына әрекеттерді жүзеге асырып, тізбектей қарастырады:

- берілген жазбадағы перде белгілену торабының ІР-адресіне үлестіріледі;

- нәтижеде алынған сан пакет үшін белгілену желісінің нөмірі болып табылады;

- алынған нәтиже «белгілену адресі» өрісінде орналасқан мәнмен салыстырылады;

- егер желі нөмірлері бір-біріне сәйкес келсе, онда пакет адресі берілген жазбаның сәйкес өрісінде орналасқан маршрутизаторға жіберіледі.

Маршрутизация хаттамалары жетілмегендігі үшін, маршрутизация кестелерін жаңарту үшін мәліметпен алмасу, кейде ақпараттық үлкен көлемдерін өңдеу кезіндегі жүктеме нәтижесінде магистральді маршрутизаторлар ақаулықтарына әкелетін болады. Осындай мәселені шешу үшін классыз доменаралық маршрутизация (Classless Inter Domain Routing, CIRD) технологиясы келді. Технологияның мәні мынада: интернеттің әр жеткізгішіне ІР-адресінің кеңістігінде адрестердің үздіксіз диапазоны белгілену керек. Қызметтің әр жеткізушісінің барлық желілерінің адрестерінде, мұндай жағдайда, жалпы үлкен бөлігі префикс болады, сондықтан магистральдардағы маршрутизация желінің толық адресі емес, кестенің көлемін азайтатын префикс негізінде жүзеге асырылуы мүмкін. CIRD-та ІР-адресін желі нөмірі және торап нөмірлерінің адрестеріне бөлу желі класын анықтайтын жоғары биттер негізінде емес, қызмет жеткізгіштерімен белгіленетін ұзындық айнымалысы негізінде болады.

3. Маршрутизаторлардың негізгі қызметі - әр портпен қабылданатын және буферленетін желілік хаттамалар пакеттерінің тақырыбын оқу және желілік мекен-жай бойынша пакеттің еру маршрутының жалғасуы туралы шешім қабылдау.

Маршрутизаторлар кызметтері OSI моделінің деңгейлеріне сәйкес 3 топқа бөлінуі мүмкін.

Интерфейстер деңгейі. Маршрутизатор төменгі деңгейде басқа желіге жалғанған құрылғылар сияқты электрлік сигналдар, сызықтық және логикалық кодтау, ажыраудың, сондай-ақ, жабдықтау деңгейлерімен үйлесуі мен қоса анықталған түрлермен, жабдықтау ортасымен физикалық интерфейсті қамтамасыз етеді. Маршрутизаторлардың әр түрлі модельдеріне локальді және глобальды желілерді жалғауға арналған порттар жиынтығын көрсететін физикалық интерфейстердің әр түрлі жиыны жиі қарастырылады. Жергілікті желіні жалғау үшін әр интерфейспен құбырлық деңгейдің анықталған хаттамасы тығыз байланысқан. Мысалы, Ethernet, Токеn Ring, FDDI. Глобальды желіге жалғануға арналған интерфейстерді өте жиі маршрутизаторда арналық деңгейдің әр түрлі хаттамалары жұмыс істеуі мүмкін физикалық деңгейдің кейбір стандарты ғана анықтайды. Мысалы, глобальды порт арналық деңгейлі хаттамаларымен жұмыс істей алатын V.35 интерфейсін мыналар қолдай алады: LAP-B (X.25 желілерінде қолданылады), LAP-F (frame relay желілерінде қолданылады), LAP-D (ISDN желілерінде қолданылады). Локальді және глобальды желілерінің интерфейстері арасындағы айырмашылық жергілікті желілердің технологиялары физикалық деңгейдің меншікті стандарттары бойынша жұмыс істейді, олар ереже бойынша басқа технологияларда қолданылмайды.

Маршрутизаторлардың бір немесе басқа модельдері қолдайтын физикалық интерфейстердің тізімі оның маңызды қолданбалы сипаттамасы болып табылады.

Маршрутизаторлар порттарына келіп түсетін кадрлар сәйкес хаттамаларымен физикалық және құбырлық деңгейлерді өңдегеннен кейін арналық денгейдің тақырыптарынан босатылады. Берілген кадр өрісінен алып тасталынған пакеттер желілік хаттаманың модуліне тасымалданады.

Желілік хаттаманың деңгейі. Өз кезегінде желілік хаттама пакеттен желілік деңгейдің тақырыбын алып тастап отырады және өрістерінің құрамын талдайды. Ең алдымен соңғы қосындысы тексеріледі, егер пакет зақымдалып келсе, онда ол алып тасталынады. Пакеттің желіде (пакет өмірінің уакыты) өткізген уақыты рұқсат етілетін шамадан асып кетпегендігі тексеріледі. Егер асып кетсе, онда пакет алып тасталынады. Осы кезеңде өрістердің құрамына жөндеулер енгізіледі, мысалы, пакет өмірінің уақыты өсіріледі, соңғы қосынды қайта саналады.

Желілік деңгейде маршрутизатордың ең маңызды қызметтерінің бірі - трафикті сүзу орындалады. Олар, мысалы, осы кәсіпорынның ішкі желілерінен келетін пакеттерден пакеттерге корпоративті желіге өтуді қамтамасыз етуі мүмкін. Берілген жағдайдағы сүзу желілік адрес бойынша өтеді, сондықтан мекен жайлары рұқсат етілген диапазонға келмейтін барлық пакеттер алып тас­талынады. Сонымен қатар маршрутизаторлар, ереже бойынша, транспорттық деңгейдің мәліметтерінің құрылымын талдай алады, сондықтан сүзгілер желіге анықталған қолданбалы қызметтердің мәліметтерін өткізбеуі мүмкін (мысалы telnet қызметі транспорттык мәліметтегі хаттама типінің өрісін талдап отыру кезінде).

Пакеттің келіп түсу жиілігі олар өңделетін қарқындылығынан жоғары болған жағдайда пакеттер кезек құруы мүмкін. Маршрутизаторлардың бағдарламалық жасақтамасы пакеттер кезегіне кызмет көрсетудің әр түрлі тәртібін жүзеге асырады: келіп түсу тәртібінде «бірінші келгенге - бірінші қызмет көрсетіледі» принцип бойынша (First Input First Output, FIFO) FIFO epeжесімен қызмет көрсетіліп жатқан кезде кездейсоқ ерте айқындай, бірақ ұзын кезектің кейбір шекті шама жеткен кезде қайта келіп түсіп жатқан пакеттер алынып тасталады (Random Early Detection, RED), coнымен қатар жоғары деңгейлі қызмет көрсетудің әр түрлі нұсқалары да болады.

Пакет маршрутын анықтау - желілік деңгейге жататын маршрутизатордың негізгі қызметі. Келесі маршрутизатордың желілік адресін құбырлық деңгейге жібермес бұрын, оны келесі маршрутизаторы бар технологияның жергілікті адресіне түрлендіру керек. Ол үшін желілік хаттама адрестердің рұқсат беру хаттамасына үндейді. Осындай типті хаттамалар желілік және жергілікті адрестер арасындағы сәйкестікті орнатады. Желілі адрестің локальді адресіне сәйкес кестесі әр желілік интерфейс үшін жеке құрылады. Адрестің рұқсат беру хаттамасы желілік және арналық деңгейлер арасында аралық орынды алады.

Желілік деңгейдегі пакет келесі маршрутизаторды жергілікті адресі және маршрутизатор портының нөмірі төменге, арналық деңгейге беріледі. Порттың көрсетілген нөмірі негізінде құралдарымен сәйкес пішімді кадрдағы пакет оралуы орындалатын маршрутизатордың интерфейстерінің бірімен коммутация жүзеге асырылады. Кадр тақырыбының белгілену адресінің өрісінде келесі маршрутизатордың локальді адресі орналасады. Дайын кадр желіге жіберіледі.

Маршрутизация хаттамаларының деңгейі. Желілі хаттамалар өзінің жұмысында маршрутизация кестесі белсенді қолданады, бірақ оның құрамын тұрғызумен де, қолдаумен де айналыспайды. Бұл қызметтер маршрутизация хаттамасын орындайды. Осы хаттамалар негізінде маршрутизаторлар желі топологиясы туралы ақпаратпен алмасады, содан соң бір немесе басқа шарттар бойынша маршруттарды анықтай отырып, алынған мәліметтерді талдайды. Талдау нәтижелері маршрутизация кестесінің құрылымын құрайды.

Жоғарыда аталған қызметтерден басқа маршрутизаторларға өзге де амалдар жүктелген, мысалы үзумен байланысты амал.

Жергілікті желінің маршрутизаторлары (үшінші деңгейдегі коммутаторлары) желі астыдағы ірі жергілікті желілерді бөлу үшін арналған. Осындай конфигурацияда модемді порттар 33,6 Кбит/с немесе цифрлық порт 64 Кбит/с сияқты төмен жылдамдықты порттар болмағандықтан, маршрутизацияның жоғары жылдамдығы – оларға қойылатын негізгі талап. Барлық порттар аз дегенде 10 Мбит/с жылдамдықты болады, ал көбісі 100 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істейді. Үшінші деңгейлі коммутаторлардың мысалы ретінде 3Com компаниясының CoreBuilder 3500, Nortel Networks компаниясының Accelar 1200, Plain tree компаниясының Waveswitch 9000, Foudry Networks компаниясының Turboiron Switching Router коммутаторларын алуға болады.

1. Желілік адаптерлер қалай жұмыс істейді?

2. Қайталағыштар, көппортты қайталағыштар дегеніміз не?

3. Көпір көмегімен желіні логикалық құрылымдастыру.

4. Коммутатор көмегімен желіні логикалық құрастыру.

5. Маршрутизатор дегеніміз не және оның қызметтерін атаңыз.