Routing- podstawowe informacje

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
(router  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. Routery 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.

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.

·

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:

Protokoły routingu projektowane są z

myślą o realizacji jednego lub kilku z

poniższych

założeń:

Optymalizacja

—

optymalizacja

określa

skuteczność

protokołu

routingu

wyborze

najlepszej ścieżki.
Ścieżka

zależeć

będzie

metryk

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

C.D

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. Nie należy
mylić  dwóch  pojęć:  protokołu  używanego  do  trasowania
pakietów  –  routing  protocol  (np.  RIP,OSPF)  i  protokołów
obsługiwanych przez router – routed protocol (np. IP,IPX).
Rutery mogą być jedno i wieloprotokołowe, które potrafią
obsługiwać  pakiety  generowane  przez  różne  protokoły
warstwy sieciowej.

Routing  statyczny  wydaje  się  najprostszą  formą  budowania
informacji  o  topologii  sieci.  Administrator  wprowadza  ręcznie
trasy  definiujące  routing  statyczny,  przy  tworzeniu  których
wymagane  jest  jedynie  podanie  adresu  sieci  docelowej,
interfejsu, przez który pakiet ma zostać wysłany oraz adresu IP
następnego routera na trasie.

ip route sieć_docelowa maska_podsieci {adres_IP |

interfejs} [dystans] [permanent]

Najważniejsze  jest  dokładne  określenie  odległej  sieci  lub
podsieci,  do  której  będą  wysyłane  pakiety.  Zanim  dotrą  one  do
miejsca  docelowego,  należy  podać  adres  IP  lub  interfejs,  przez
który  jest  osiągalny  router  kolejnego  skoku.  Można  również
podać  dystans  administratorski  dla  konkretnej  trasy.  Po
wyłączeniu  interfejsu,  który  prowadzi  do  wskazanej  sieci,
pozycja  statyczna  jest  natychmiast  usuwana,  co  przy  częstych
zmianach  stanu  łącza  jest  uciążliwe.  Opcja  permanent
spowoduje zachowanie danej trasy nawet po awarii interfejsu

Routing

statyczny

Routing

statyczny

Routing dynamiczny

Routing dynamiczny same się orientują w topologii sieci
w której pracują i same ustalają zasady optymalnych
połączeń między sobą. Powinny też zauważyć zmiany w
topologii sieci (np. awarie, rozbudowa sieci) i
automatycznie

się

nich

dostosowywać.

wprowadzeniu przez administratora sieci poleceń
konfiguracyjnych

inicjujących dynamiczny routing,

informacje  o  trasach  są  automatycznie  uaktualniane
przez  protokół  routingu  za  każdym  razem,  gdy  z  sieci
otrzymywane  są  nowe  informacje.  Informacje  o
zmianach  są  wymieniane  między  routerami  jako  proces
uaktualniania.  Wyróżniamy  dwa  podstawowe  protokoły
routingu  dynamicznego:  stanu  łącza  oraz  wektora
odległości.  Wektor  odległości  jest  wyznaczany  przez
określenie metryki.

Protokoły routingu

wewnętrzne i zewnętrzne

Protokoły routingu

wewnętrzne i zewnętrzne

Wewnętrzne

•Stosowane wewnątrz jednej domeny administracyjnej

•Proste, w małym stopniu obciążają routery

•Mało skalowalne

• RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway
Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First),

Zewnętrzne

•Odpowiadają za wymianę informacji pomiędzy dwiema
niezależnymi

•administracyjnie sieciami

•Dają się skalować, łatwo obsługują duże sieci

•Są skomplikowane, ilość dodatkowych informacji przesyłanych
siecią może

•szybko zablokować pracę małej lub średniej sieci EGP (exterior
gateway protocol), BGP (border gateway protocol)

Można je zamieniać, ale nie jest to mądre, bo zostały
przystosowane
do innego trybu pracy

Protokoły dystans-wektor

Router regularnie wysyła wszystkim swoim sąsiadom
informacje na temat każdej dostępnej, znanej sobie
sieci:
– Jak daleko do niej jest (dystans)

Czas podroży

Liczba przeskoków

Koszt przesyłu
– Jak się można do niej dostać (wektor)

Zwykle — „wyślij do mnie, bo ja wiem, jak to przesłać dalej”.

Inny router. Np. gdy router docelowy nie obsługuje danego
protokołu routingu.

Document Outline