Маршрутизаторы в сетях ЭВМ. Сравнительный анализ и пути развития.

К таким протоколам вполне пригоден протокол ICMP. К сожалению многие из указанных параметров довольно сильно искажены. В частности результаты измерения задержки зависят от загрузки канала (вариация времени ожидания в очереди).





Рис. 9. Маршрутизаторы, подключенные к локальной сети

Рассмотрим трафик на пути А-Н. Допустим на основании анализа состояния канал выбран путь через узел Е. В этом случае он может оказаться перегружен, что приведет к большим задержкам пакетов на пути А-Н. Последующий анализ ситуации может привести к тому, что более оптимальным может оказаться маршрут через узел F. Если будет принято решение переключить трафик на маршрут ACFH, может перегрузиться участок АСF и история повторится. Данный сценарий описывает типичную ситуацию с осцилляциями маршрута. Следует знать, что осцилляции маршрутов не так безобидны, как это может показаться.
На сегодняшний день многие протоколы маршрутизации не имеют встроенных средств аутентификации (контроля доступа), что делает их уязвимыми.
В локальных или корпоративных сетях можно разослать некоторую информацию всем остальным ЭВМ-пользователям сети: штормовое предупреждение, изменение курса акций, телеконференции с большим числом участников и т.д. Для отправителя необходимо знать адреса всех N заинтересованных пользователей, а также отправить им соответствующее сообщение. Но данная схема крайне не эффективна, обычная же широковещательная адресация предлагает решение в N раз лучше с точки зрения загрузки сети (посылается одно, а не N сообщений). Широковещательная адресация сработает только тогда, когда в локальной сети нет маршрутизаторов, в противном случае широковещательные адреса МАС-типа заменяются на IP-адреса (что, впрочем, не слишком изящное решение) или применяется мультикастинг адресация. Для мультикастинг адресации в Интернет применяются специальные адреса D-класса. Такие адреса позволяют организовать до 250 миллионов групп адресатов, которые функционируют одновременно. При отправке пакета по такому адресу доставка не гарантируется и некоторые члены группы могут не получить этот пакет. Маршрутизация для мультикастинга представляет собой отдельную задачу. Так как здесь надо проложить маршрут от отправителя к большому числу получателей. Традиционные методы маршрутизации здесь применимы, но до крайности не эффективны. Для целей выбора маршрута можно с успехом применить алгоритм "дерево связей" (spanning tree; не имеет циклических структур). Когда на вход маршрутизатора приходит широковещательный пакет, он проверяет, является ли интерфейс, через который он пришел, оптимальным направлением к источнику пакета. Если это так, пакет направляется через все внешние интерфейсы кроме того, через который он пришел. В противном случае пакет игнорируется (так как, скорее всего это дубликат). Этот алгоритм называется Reverse Path Forwarding (переадресация в обратном направлении). Пояснение работы алгоритма представлено на рис. 10 (прямоугольниками на рисунке обозначены маршрутизаторы). Секция I характеризует топологию сети. Справа показано дерево маршрутов для маршрутизатора I (sink tree). Секция III демонстрирует то, как работает алгоритм Reverse Path Forwarding. Сначала I посылает пакеты маршрутизаторам B, F, H, J и L. Далее посылка пакетов определяется используемым алгоритмом.








Рис. 10. Алгоритм Reverse Path Forwarding

При передаче мультимедиа информации используются принципиально другие протоколы маршрутизации. Здесь путь прокладывается от получателя к отправителю, а не наоборот. Это связано с тем, что там при доставке применяется мультикастинговый метод. Здесь, как правило, один отправитель посылает пакеты многим потребителям. При этом важно, чтобы размножение пакета происходило как можно ближе к кластеру адресатов. Такая стратегия иной раз удлиняет маршрут, но всегда снижает результирующую загрузку сети.

2.9. Маршрутизация для мобильных объектов

В современном обществе большинство людей пользуются компактными переносимыми ЭВМ, которые удобно использовать в деловых поездках, и одновременно удобны использовании в привычном режиме для работы в Интернет. Заставить модем дозвониться до вашего модемного пула в офисе, но это не всегда лучшее решение как по надежности так и по цене. Всех пользователей с точки зрения их подвижности могут быть разделены на следующие три группы:
стационарные, которые работают всегда на своем постоянном месте в локальной сети
мигрирующие, которые меняют время от времени свое рабочее место в рамках локальной сети или даже переходящие из одной LAN в другую (за время сессии перемещения машины не происходит).
подвижные, которые перемещаются в пространстве и желают работать в процессе перемещения.
Предполагается, что все эти пользователи имеют свою постоянную приписку к какой-то сети и соответствующий постоянный IP-адрес. (см. RFC-2794 "Mobile IP Network Access Identifier Extension for IPv4. P. Calhoun, C. Perkins. March 2000). На рис. 11 показана схема подключения подвижных пользователей к Интернет. В этой схеме предполагается наличие в каждой области сети Интернет внешнего агента, обеспечивающего доступ к этой зоне подвижных ЭВМ (на рисунке такой агент помечен надписью "чужая LAN"). Доступ может осуществляться через мобильную телефонную сеть. Предполагается также наличие соответствующего агента в "домашней" LAN, куда стационарно приписана данная ЭВМ. Домашний агент отслеживает все перемещения своих пользователей, в том числе и тех, кто подключается к "чужим" LAN.



Рис. 11. Схема подключения к Интернет подвижных объектов

Когда к локальной сети подключается новый пользователь (непосредственно физически или через модем сотовой телефонной сети), он должен там зарегистрироваться. Процедура регистрации включает в себя следующие операции:
Каждый внешний агент периодически широковещательно рассылает пакет-сообщение, содержащее его IP-адрес. "Вновь прибывшая ЭВМ" может подождать такого сообщения или сама послать широковещательный запрос наличия внешнего агента.
Мобильный пользователь регистрируется внешним агентом, сообщая ему свой IP- и MAC-адрес, а также некоторые параметры системы безопасности.
Внешний агент устанавливает связь с LAN постоянной приписки зарегистрированного мобильного пользователя, сообщая необходимую адресную информацию и некоторые параметры аутентификации.
Домашний агент анализирует параметры аутентификации и, если все в порядке, процедура установления связи будет продолжена.
Когда внешний агент получает положительный отклик от домашнего агента, он сообщает мобильной ЭВМ, что она зарегистрирована.
Когда пользователь покидает зону обслуживания данной LAN или MAN, регистрация должна быть анулирована, а ЭВМ должна быть автоматически зарегистрирована в новой зоне. Когда посылается пакет мобильному пользователю, "домашняя LAN", получив его, маршрутизирует пакет внешнему агенту, зарегистрировавшему данного пользователя. Этот агент переправит пакет адресату.
Процедуры переадресации выполняются с привлечением технологии IP-туннелей. Домашний агент предлагает отправителю посылать пакеты непосредственно внешнему агенту области, где зарегистрирована подвижная ЭВМ. Существует много вариантов реализации протокола с разным распределением функций между маршрутизаторами и ЭВМ. Существуют схемы и временным выделением резервного IP-адреса подвижному пользователю. Международный стандарт для решения проблемы работы с подвижными пользователями пока не разработан.
При широком внедрении IPv6 с практически неограниченным ресурсом адресов проблемы выделения IP-адреса вообще не будет.
В последнее время конфигурирование сетевого оборудования (маршрутизаторов, DNS и почтовых серверов усложнилось настолько, что это стало составлять заметную часть издержек при формировании коммуникационного узла. Заметного упрощенияи удешевления маршрутизаторов можно ожидать при внедрении IPv6. Следующим шагом станет внедрение объектно-ориентированного языка описания маршрутной политики RPSL (Routing Policy Specification Language). Здесь конфигурирование маршрутизатора будет осуществляться на основе описанной маршрутной политики.











3. Классификация маршрутизаторов

1. Бесклассовая междудоменная маршрутизация(Classless Inter-Domain Routing)
Бесклассовая междудоменная маршрутизация - метод маршрутизации, используемый для увеличения количества подсетей, соответствующих заданной длине адреса.
2. Динамическая адаптивная маршрутизация(Dynamic adaptive routing)
Динамическая адаптивная маршрутизация - метод выбора маршрута в сетях с коммутацией каналов, учитывающий динамическое состояние:
выходных трактов узла (локальная адаптивная маршрутизация);
или
сети (глобальная адаптивная маршрутизация).
3. Динамическая маршрутизация(Dynamic routing)
Применяет специальные алгоритмы маршрутизации:
алгоритм "вектор-длина";
алгоритм "состояние канала" и др.
4. Иерархическая маршрутизация (Hierarchical routing)
Иерархическая маршрутизация - метод маршрутизации, который опирается на схему разбивки большой сети на иерархическую систему подсетей с собственной маршрутизацией внутри каждого уровня.
5. Интервальная маршрутизация (Interval routing)
Интервальная маршрутизация - метод маршрутизации, согласно которому:
каждому возможному адресату присваивается идентификатор (целое число);
каждому выходному каналу маршрутизатора присваивается целочисленный интервал; так, что
сообщение направляется в тот канал, интервал которого содержит идентификатор получателя.
6. Лавинная маршрутизация (Flooding) - метод маршрутизации пакетов, при котором информация, полученная маршрутизатором, передается во все подключенные к нему порты, за исключением того, откуда она получена.
7. Маршрутизация с альтернативными путями - распределенная маршрутизация с учетом локальной информации о топологии сети. Для каждого адресата могут существовать несколько независимых маршрутов.
8. Маршрутизация с фиксированными путями - распределенная маршрутизация с использованием информации о топологии сети. Для каждой пары узлов источник-адресат соединение всегда осуществляется по одному и тому же пути.
9. Маршрутизация типа "чревоточина" (Wormhole routing) - метод маршрутизации, при котором маршрут сообщения, устанавливаемый его заголовком, резервируется до тех пор, пока по нему не пройдет «хвостовик» сообщения.
10. Метропольная маршрутизация (Metropolis routing) - в сетях с ячеистой топологией - метод маршрутизации, в котором маршрут определяется осями. При отправке сообщения из всех возможных маршрутов выбирается тот, который проходит по основным осям.
11. Распределенная маршрутизация – это метод маршрутизации, в котором каждый узел автономно принимает решение о выборе маршрута.
12. Смешанная маршрутизация - маршрутизация, в которой решение о выборе маршрута принимается в узлах коммутации, но обязательно с учетом рекомендаций центра управления.
13. Статическая маршрутизация (Static routing) - метод маршрутизации в сетях с коммутацией пакетов, при котором данные передаются по предопределенному пути и не зависит от колебаний трафика. Основой статического метода маршрутизации является - изменение вручную таблиц маршрутизации. В статической маршрутизации обязательно должны быть заданы все взаимосвязи между логическими сетями, они остаются неизменными.
14. Централизованная маршрутизация (Centralized routing) - метод маршрутизации пакетов или сообщений в сетях передачи данных, при котором решение о выборе маршрута принимается центром управления и сообщается всем узлам, находящимся на данном маршруте.























Заключение
В заключение нашего анализа маршрутизаторов можно сказать, что они обладают несомненными достоинствами. Маршрутизаторы не вносят никаких ограничений в топологию сети. Петли, возникающие в цепях с коммутаторами, не представляют проблемы для маршрутизаторов.
Тем не менее, маршрутизаторы по сравнению с коммутаторами и мостами требуют гораздо больше усилий по администрированию. Администраторам сетей необходимо знать целое множество конфигурационных параметров для маршрутизаторов. При этом параметры каждого маршрутизатора должны быть согласованы с параметрами других маршрутизаторов в сети.
На сегодняшний день многие организации реализуют межсетевой обмен через маршрутизаторы. Большое число компаний модернизируют свои системы, устанавливая коммутаторы между маршрутизаторами и сетями, которые обслуживаются этими маршрутизаторами. При этом, эти самые коммутаторы повышают производительность сети, а маршрутизаторы обеспечивают защиту информации и обеспечивают выполнение более сложных задач, таких как трансляция протоколов.
Научный прогресс не стоит на месте и в связи с этим четко обозначилась тенденция к вытеснению сложных высокопроизводительных маршрутизаторов. Так же на сегодняшний день возросла роль маршрутизаторов начального класса, а некоторые ведущие фирмы-производители пришли к выводу, что одним из основных требований покупателей к маршрутизатору является простота его использования, что несомненно является достоинством их использования.




Список литературы
1. Власов Л.В. и др. Метод формализации описания операционных систем для комплексных имитационных моделей автоматизированных систем контроля. - Л.: ЛПИ, Деп. В ЦНИИ ТЭИ приборостроения, 1980.- 203 с.

2. Титтел Э., Хадсон К.,Стюарт Дж.М. TCP/IP.Сертификационный экзамен-
экстерном. СПб:Питер Ком,1999.-416.:ил.
3. Автоматизация проектирования вычислительных систем. Языки, моделирование и базы данных/ Под ред. А.П.Брейера: М.: Мир, 1979.- 463 с.: ил.
4. Дипломное проектирование: Учеб. пособие; ЛПИ – Л.: Изд-во ЛПИ, 1990.- 24с.
5. В.Г.Олифер, Н.А.Олифер Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.-СПб:Питер,2001.-672с.:ил.
6. Рабинович В.М. Метод описания межпроцессных связей // Программирование –1976.- № 2 с. 29-35
7. В.Г.Олифер, Н.А.Олифер Новые технологии и оборудование IP-сетей. –
СПб.: БХВ – Санкт- Петербург, 2000 – 512.:ил.
8. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Курсовое
проектирование: Учебное пособие для ВУЗов. - М.:Высш.школа, 1988.-
135с.:ил.
9. Рабинович В.М., Трахтенгерц Э.А. Описание сложных схем программ методом межпроцессных связей. Программирование №5,1976,с.20-26
10. Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS.- М.: Машиностроение, 1980.-591с.
11. Жуков В.А. Педагогическое проектирование: Учеб. пособие/ СПбГТУ,Изд-во СПбГТУ, 1996.-31с.
12. С. Шлеер Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях. - Киев: Диалектика, 1993.-240с.: ил.











3