Введение в сетевые технологии. Маршрутизация

Маршрутизатор — это устройство, распределяющее пакеты по сети с помощью информации сетевого уровня. Маршрутизатор извлекает данные об адресации сетевого уровня из пакета данных. В маршрутизаторе также имеются алгоритмы, называемые протоколами маршрутизации, с помощью которых он строит таблицы. В соответствии с этими таблицами и определяется тот маршрут, по которому должен быть направлен пакет, чтобы достичь конечного пункта назначения. Если маршрутизатор является многопротокольным, т.е. понимает несколькоформатов адресов сетевого уровня и может работать с несколькими протоколами маршрутизации, к каковым и относятся маршрутизаторы компании Cisco, то он хранит отдельные таблицы маршрутизации для каждого из протоколов сетевого уровня, маршрутизация которого осуществляется.
Оценивая возможные пути, протоколы маршрутизации используют информацию о топологии сетей. Эта информация может конфигурироваться сетевым администратором или собираться посредством динамических процессов, исполняемых в сети.
Маршрутизируемый протокол — любой сетевой протокол, который обеспечивает в адресе сетевого уровня достаточно информации, чтобы позволить передать пакет от одной хост-машины к другой на основе принятой схемы адресации. Маршрутизируемый протокол определяет формат и назначение полей внутри пакета. В общем случае пакеты переносятся от одной конечной системы к другой. Примером маршрутизируемого протокола является межсетевой протокол IP.
Протокол маршрутизации — поддерживает маршрутизируемый протокол за счет предоставления механизмов коллективного использования маршрутной информации. Сообщения протокола маршрутизации циркулируют между маршрутизатора ми. Протокол маршрутизации позволяет маршрутизаторам обмениваться информацией с другими маршрутизаторами с целью актуализации и ведения таблиц. При мерами протоколов маршрутизации являются протокол маршрутной информации (RIP), протокол внутренней маршрутизации между шлюзами (IGRP), усовершенствованный протокол внутренней маршрутизации между шлюзами (EIGRP) и протокол маршрутизации с выбором кратчайшего пути (OSPF).

Статические и динамические маршруты

Статическая информация администрируется вручную. Сетевой администратор вводит ее в конфигурацию маршрутизатора. Если изменение в топологии сети требует актуализации статической информации, то администратор сети должен вручную обновить соответствующую запись о статическом маршруте.
Динамическая информация работает по-другому. После ввода администратором сети команд, запускающих функцию динамической маршрутизации, сведения о маршрутах обновляются процессом маршрутизации автоматически сразу после поступления из сети новой информации. Изменения в динамически получаемой информации распространяются между маршутизаторами как часть процесса актуализации данных.

Пример маршрута по умолчанию

Маршрут по умолчанию— запись в таблице маршрутизации, которая используется для направления кадров, которые не имеют в таблице маршрутизации явно указанного следующего перехода. Маршруты по умолчанию могут устанавливаться как результат статического конфигурирования, выполняемого администратором.
Вообще говоря, содержание сведений обо всех других сетевых комплексах, доступных через сеть Internet, излишне и неразумно, если не невозможно.
Вместо сведений о каждой конкретной сети каждому маршрутизатору компании X сообщается маршрут по умолчанию, с помощью которого он может добраться до любого неизвестного пункта назначения, направляя пакет в сеть Internet.

Адаптация к изменениям топологии

Рис. 4.6.1 Динамическая маршрутизация позволяет маршрутизаторам
автоматически использовать резервные маршруты

Сеть по-разному адаптируется к изменениям в топологии, в зависимости от того, используется статическая или динамическая информация.
Статическая маршрутизация позволяет маршрутизаторам правильно направлять пакет от сети к сети. Маршрутизатор просматривает свою таблицу маршрутизации и, следуя содержащимся там статическим данным, ретранслирует пакет маршрутизатору D (Рис. 4.6.1). Маршрутизатор D делает то же самое и ретранслирует пакет маршрутизатору С. Маршрутизатор С доставляет пакет хост-машине получателя.
Но что произойдет, если путь между маршрутизаторами А и D становится непроходимым? Ясно, что маршрутизатор А не сможет ретранслировать пакет маршрутизатору D по статическому маршруту. Связь с сетью пункта назначения будет невозможна до тех пор, пока маршрутизатор А не будет реконфигурирован на ретрансляцию пакетов маршрутизатору В.
Динамическая маршрутизация обеспечивает более гибкое и автоматическое поведение. В соответствии с таблицей маршрутизации, генерируемой маршрутизатором А, пакет может достичь своего пункта назначения по предпочтительному маршруту через маршрутизатор D. Однако к пункту назначения возможен и другой путь через маршрутизатор В. Когда маршрутизатор А узнает, что канал на маршрутизатор D нарушен, он перестраивает свою таблицу маршрутизации, делая предпочтительным путь к пункту назначения через маршрутизатор В, а маршрутизаторы продолжают слать пакеты по этому каналу связи.
Когда путь между маршрутизаторами А и D восстанавливается, маршрутизатор А может снова изменить свою таблицу маршрутизации и указать предпочтительным путь к сети пункта назначения против часовой стрелки через маршрутизаторы D и С. Протоколы динамической маршрутизации могут также перенаправлять трафик между различными путями в сети.

Операции динамической маршрутизации

Успех динамической маршрутизации зависит от двух основных функций маршрутизатора.

Представление расстояния с помощью метрики

Когда алгоритм маршрутизации обновляет таблицу маршрутизации, его главной целью является определение наилучшей информации для включения в таблицу. Каждый алгоритм маршрутизации интерпретирует понятие наилучшая по-своему. Для каждого пути в сети алгоритм генерирует число, называемое метрикой. Как правило, чем меньше величина этого числа, тем лучше путь.
Метрики могут рассчитываться на основе одной характеристики пути. Объединяя несколько характеристик, можно рассчитывать и более сложные метрики. Как показано на рис. 4.6.2, при вычислении значения метрики используется несколько характеристик пути.
Наиболее общеупотребительными метриками, используемыми маршрутизаторами, являются следующие.

Протоколы маршрутизации

Большинство алгоритмов маршрутизации можно свести к трем основным алгоритмам.

Алгоритмы маршрутизации по вектору расстояния

Рис. 4.6.3 Маршрутизации на основе вектора расстояния

Алгоритмы маршрутизации на основе вектора расстояния (также известные под названием алгоритмы Беллмана—Форда (Bellman-Ford algorithms)) предусматривают периодическую передачу копий таблицы маршрутизации от одного маршрутизатора другому. Регулярно посылаемые между маршрутизаторами пакеты актуализации сообщают обо всех изменениях топологии.
Каждый маршрутизатор получает таблицу маршрутизации от своего соседа. Например, на рис. 4.6.3 маршрутизатор В получает информацию от маршрутизатора А. Маршрутизатор В добавляет величину, отражающую вектор расстояния (скажем, количество переходов), которая увеличивает вектор расстояния, и затем передает таблицу маршрутизации своему соседу — маршрутизатору С. Такой же процесс пошагово выполняется между соседними маршрутизаторами во всех направлениях.
Подобным образом алгоритм аккумулирует сетевые расстояния и поэтому способен поддерживать базу данных информации о топологии сети. Однако алгоритмы на основе вектора расстояния не позволяют маршрутизатору знать точную топологию всего сетевого комплекса.

Алгоритмы маршрутизации с учетом состояния канала связи

Рис. 4.6.4 Маршрутизация с учетом состояния канала связи

Вторым основным алгоритмом, используемым для маршрутизации, является алгоритм с учетом состояния канала связи. Алгоритмы маршрутизации с учетом состояния канала связи, также известные под названием алгоритмов выбора первого кратчайшего пути (shortest path first (SPF) algorithms), поддерживают сложную базу данных топологической информации. И если алгоритмы с маршрутизацией по вектору расстояния работают с неконкретной информацией о дальних сетях, то алгоритмы маршрутизации с учетом состояния канала собирают полные данные о дальних маршрутизаторах и о том, как они соединены друг с другом.
Для выполнения маршрутизации с учетом состояния канала связи используются сообщения объявлений о состоянии канала (link-state advertisements, LSA), база данных топологии, SPF-алгоритм, результирующее SPS-дерево и таблица маршрутизации, содержащая пути и порты к каждой сети (рис. 4.6.4).

Сравнение маршрутизации по вектору расстояния и маршрутизации с учетом состояния канала связи.

Сравнивать маршрутизацию по вектору расстояния и маршрутизацию с учетом стояния канала связи можно в нескольких ключевых областях:

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Маршрутизация по вектору расстояния	Маршрутизация с учетом состояния канала связи
Видит топологию сети глазами соседних маршрутизаторов	Получает общий вид топологии всей сети
Суммирует вектор расстояния от одного маршрутизатора к другому	Вычисляет кратчайший путь до других маршрутизаторов
Частые периодические обновления топологической информации, медленная сходимость	Обновления инициируются фактом изменения топологии; быстрая сходимость
Передает копии таблицы маршрутизации только соседним маршрутизаторам	Передает пакеты с информацией об актуальном состоянии канала связи всем другим маршрутизаторам