Введення у мережеві технології

Статичні та динамічні маршрути

Статична інформація адмініструється вручну. Мережевий адміністратор вводить її у конфігурацію маршрутизатора. Якщо зміна в топології мережі потребує актуалізації статичної інформації, адміністратор мережі повинен вручну оновити відповідний запис про статичному маршруті. Динамічна інформація працює по-іншому. Після введення адміністратором мережі команд, що запускають функцію динамічної маршрутизації, відомості про маршрути оновлюються процесом маршрутизації автоматично відразу після надходження нової інформації. Зміни інформації, що динамічно одержується, поширюються між маршутизаторами як частина процесу актуалізації даних.

Приклад маршруту за промовчанням

Адаптація до змін топології

Мал. 4.6.1 Динамічна маршрутизація дозволяє маршрутизаторам автоматично використовувати резервні маршрути

Мережа по-різному адаптується до змін у топології, залежно від того, використовується статична або динамічна інформація. Статична маршрутизація дозволяє маршрутизаторам правильно направляти пакет від мережі до мережі. Маршрутизатор переглядає свою таблицю маршрутизації і, слідуючи статичним даним, що міститься там, ретранслює пакет маршрутизатору D (Рис. 4.6.1). Маршрутизатор D робить те саме і ретранслює пакет маршрутизатору С. Маршрутизатор С доставляє пакет хост-машині одержувача. Але що станеться, якщо шлях між маршрутизаторами А і D стає непрохідним? Зрозуміло, що маршрутизатор А зможе ретранслювати пакет маршрутизатору D за статичним маршрутом. Зв'язок із мережею пункту призначення буде неможливим доти, доки маршрутизатор А не буде реконфігурований на ретрансляцію пакетів маршрутизаторуВ. Динамічна маршрутизація забезпечує більш гнучку та автоматичну поведінку. Відповідно до таблиці маршрутизації, що генерується маршрутизатором А, пакет може досягти свого пункту призначення за кращим маршрутом через маршрутизатор D. Однак до пункту призначення можливий і інший шлях через маршрутизатор В. Коли маршрутизатор А дізнається, що канал на маршрутизатор D порушено, він перебудовує свою таблицю маршрутизації, роблячи кращим шлях до пункту призначення через маршрутизатор, а маршрутизатори продовжують надсилати пакети по цьому каналу зв'язку. Коли шлях між маршрутизаторами А та D відновлюється, маршрутизатор А може знову змінити свою таблицю маршрутизації та вказати кращим шлях до мережі пункту призначення проти годинникової стрілки через маршрутизатори D та С. Протоколи динамічної маршрутизації можуть також перенаправляти трафік між різними шляхами мережі.

Операції динамічної маршрутизації

Успіх динамічної маршрутизації залежить від двох основних функцій маршрутизатора.

Веде таблицю маршрутизації.
Своєчасне поширення інформації – у вигляді пакетів актуалізації – серед інших маршрутизаторів (рис. 11.11).

У забезпеченні колективного користування інформацією маршрутах динамічна маршрутизація покладається на протокол маршрутизації. Протокол маршрутизації визначає набір правил, що використовуються маршрутизатором під час спілкування з сусідніми маршрутизаторами. Наприклад, протокол маршрутизації описує таке:

як надсилаються пакети актуалізації;
які відомості містяться у таких пакетах актуалізації;
коли слід надсилати цю інформацію;
як визначити одержувачів цих пакетів актуалізації.

Подання відстані здопомогою метрики

Мал. 4.6.2 Метрики маршрутизації

Коли алгоритм маршрутизації оновлює таблицю маршрутизації, його головною метою є визначення найкращої інформації включення до таблиці. Кожен алгоритм маршрутизації інтерпретує поняття якнайкраще по-своєму. Для кожного шляху в мережі алгоритм генерує число, яке називається метрикою. Як правило, чим менше величина цього числа, тим краще шлях. Метрики можуть розраховуватися на основі однієї характеристики шляху. Поєднуючи кілька характеристик, можна розраховувати і складніші метрики. Як показано на рис. 4.6.2, при обчисленні значення метрики використовується кілька характеристик шляху. Найбільш загальновживаними метриками, використовуваними маршрутизаторами, є наступні.

Кількість переходів — кількість маршрутизаторів, які мають пройти пакет, щоб дійти одержувача. Чим менша кількість переходів, тим кращий шлях. Для визначення суми переходів до пункту призначення використовується термін довжина шляху.
Смуга пропускання – пропускна здатність каналу передачі даних. Наприклад, для орендованої лінії 64 Кбіт/с зазвичай кращим є канал типу Т1 зі смугою пропускання 1,544 Мбіт/с.
Затримка - тривалість часу, потрібного для переміщення пакета відправника одержувачу.
Навантаження — обсяг дій, що виконується мережевим ресурсом, наприклад, маршрутизатором або каналом.
Надійність – темп виникнення помилок у кожному мережевому каналі. Тік - затримка в каналі передачі даних, що визначається в машинних тактах IBM-подібного ПК (приблизно 55 мілісекунд).
Вартість - довільне значення, зазвичай засноване на величині смуги пропускання, грошової вартості або внаслідок інших вимірювань,яке призначається мережевим адміністратором.

Протоколи маршрутизації

Більшість алгоритмів маршрутизації можна звести до трьох основних алгоритмів.

Підхід на основі маршрутизації по вектору відстані, відповідно до якого визначаються напрямок (вектор) та відстань до кожного каналу в мережі.
Підхід на основі оцінки стану каналу (також званий вибором найкоротшого шляху), при якому відтворюється точна топологія всієї мережі (або, принаймні, тієї частини, де розміщується маршрутизатор).
Гібридний підхід, що поєднує аспекти алгоритмів із визначенням вектора відстані та оцінки стану каналу.

У наступних розділах розглядаються процедури цих алгоритмів маршрутизації та проблеми, пов'язані з кожним із них, а також описані методики мінімізації цих проблем. Алгоритм маршрутизації є основою динамічної маршрутизації. Як тільки внаслідок зростання, реконфігурування чи відмови змінюється топологія мережі, база знань про мережу має змінюватися також; це перериває маршрутизацію. Необхідно, щоб знання відображали точне та несуперечливе уявлення про нову топологію. У тому випадку, коли всі маршрутизатори використовують несуперечливе уявлення про топологію мережі, має місце збіжність. Кажуть, що мережевий комплекс зійшовся, коли всі наявні в ньому маршрутизатори працюють з однією інформацією. Процес і час, потрібні для відновлення збіжності маршрутизаторів, змінюються залежно від протоколу маршрутизації. Для мережі бажано володіти властивістю швидкої збіжності, оскільки це зменшує час, коли маршрутизатори використовують для прийняття рішень про вибір маршруту застарілі знання, і ці рішення можуть бути неправильними, марнотратними за часом або тими ііншими одночасно.

Алгоритми маршрутизації за вектором відстані

Мал. 4.6.3 Маршрутизація на основі вектора відстані

Алгоритми маршрутизації з урахуванням вектора відстані (також відомі під назвою алгоритми Беллмана—Форда (Bellman-Ford algorithms)) передбачають періодичну передачу копій таблиці маршрутизації від одного маршрутизатора іншому. Пакети актуалізації, що регулярно посилаються між маршрутизаторами, повідомляють про всі зміни топології. Кожен маршрутизатор отримує таблицю маршрутизації від свого сусіда. Наприклад, на рис. 4.6.3 маршрутизатор Отримує інформацію від маршрутизатора А. Маршрутизатор В додає величину, що відображає вектор відстані (скажімо, кількість переходів), яка збільшує вектор відстані, а потім передає таблицю маршрутизації своєму сусідові — маршрутизатору С. Такий самий процес покроково виконується між сусідніми маршрутизаторами у всіх напрямках. Подібним чином алгоритм акумулює мережеві відстані і тому здатний підтримувати базу даних інформації про топологію мережі. Проте алгоритми з урахуванням вектора відстані неможливо маршрутизатору знати точну топологію всього мережного комплексу.

Алгоритми маршрутизації з урахуванням стану каналу зв'язку

Мал. 4.6.4 Маршрутизація з урахуванням стану каналу зв'язку