Тема 5 . Протокол IP. Маршрутизация.

Сетевой уровень занимается разработкой маршрутов доставки пакетов от отправителя

до получателя. Чтобы добраться до пункта назначения, пакету может потребоваться

преодолеть несколько транзитных участков между маршрутизаторами.

Для достижения этих целей сетевой уровень должен обладать информацией о топо-

логии сети (то есть о множестве всех маршрутизаторов и связей) и выбирать нужный путь по этой сети, даже если она достаточно крупная. При выборе маршрутизаторов он должен также заботиться о том, чтобы нагрузка на маршрутизаторы и линии связи была, по возможности, более равномерной. Если источник и приемник находятся в различных сетях, именно сетевой уровень должен уметь решать проблемы, связанные с различиями в сетях.

Сетевой уровень предоставляет транспортному уровню сервисы через интерфейс между сетевым и транспортным уровнями. Разработка таких сервисов требует особой аккуратности и при этом необходимо учитывать следующее:

• Сервисы сетевого уровня не должны зависеть от технологии маршрутизатора.

• Транспортный уровень должен быть независим от количества, типа и топологии

присутствующих подсетей с маршрутизаторами.

• Сетевые адреса, доступные транспортному уровню, должны использовать единую

систему нумерации, даже между локальными и глобальными сетями.

Протокол IP относится к протоколам без установления соединений, он поддерживает обработку каждого IP-пакета как независимой единицы обмена, не связанной с другими пакетами. В протоколе IP нет механизмов, обычно применяемых для обеспечения достоверности конечных данных. Если во время продвижения пакета происходит какая-либо ошибка, то протокол IP по своей инициативе ничего не предпринимает для исправления этой ошибки.

Одной из главных функций IP потокола является маршрутизация. Маршрутизация (англ. Routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи.

Рассмотрим принцип работы маршрутизации в IP сетях(рис 5.1). Пусть процесс P1 хочет послать длинное сообщение для Р2. Он передает свое послание транспортному уровню, сообщает ему о том, что доставить данные необходимо процессу Р2, выполня ющемуся на хосте Н2.

Рис 5.1 Принцип работы маршрутизации в IP сетях.

Предположим, что в нашем примере сообщение в четыре раза длиннее максимального размера пакета, поэтому сетевой уровень должен разбить его на четыре пакета (1, 2, 3 и 4) и послать их все поочередно на маршрутизатор А. Каждый маршрутизатор имеет свою внутреннюю таблицу, покоторой он определяет дальнейший путь пакета при каждом из возможных адресов назначения. Каждая запись таблицы состоит из двух полей: пункт назначения (адресат) и выходящая линия для данного адресата. Во втором поле могут использоваться только линии, непосредственно соединенные с данным маршрутизатором.

В маршрутизаторе A пакеты 1, 2 и 3, поступившие на вход, в соответствии с таблицей А

каждый пакет пересылается по исходящему соединению на маршрутизатор С.После этого пакет 1 уходит на Е, откуда доставляется на маршрутизатор локальной сети, F. Когда он прибывает на F, он передается внутри кадра по ЛВС на хост Н2. Пакеты 2 и 3 следуют по тому же маршруту.

Пакетом 4 ведет себя по-другому. После прибытия на А он пересылается на маршрутизатор В, несмотря на то что адресом назначения является F, как и у первых трех пакетов. По каким-то своим причинам маршрутизатор А решил послать пакет 4 по новому маршруту. Может быть, это стало следствием затора где-то на линии ACE, возникшего при пересылке трех пакетов, в результате чего маршрути затор решил обновить свою таблицу.

Алгоритм, управляющий таблицами маршрутизации и принимающий решения, называется алгоритмом маршрутизации (routing algorithm). Существует несколько типов таких алгоритмов(кратчайший путь, вектор расстояний, учет состояний линий).

Алгоритмы выбора маршрута можно разбить на два основных класса: неадаптивные

и адаптивные.Неадаптивные алгоритмы не учитывают при выборе маршрута топологию и текущее состояние сети и не измеряют трафик на линиях. Вместо этого выбор маршрута для каждой пары станций производится заранее, в автономном режиме, и список маршрутов загружается в маршрутизаторы во время загрузки сети. Такая процедура иногда называется статической маршрутизацией (static routing).

Адаптивные алгоритмы, напротив, изменяют решение о выборе маршрутов при

изменении топологии и также иногда в зависимости от загруженности линий. Эти

динамические алгоритмы маршрутизации (dynamic routing algorithms) отличаются

источниками получения информации (такие источники могут быть, например, ло-

кальными, если это соседние маршрутизаторы, либо глобальными, если это вообще все маршрутизаторы сети), моментами изменения маршрутов (например, при изме-

нении топологии или через определенные равные интервалы времени при изменении

нагрузки) и данными, использующимися для оптимизации (расстояние, количество

транзитных участков или ожидаемое время пересылки).

Технология NAT

NAT (от англ. Network Address Translation — «преобразование сетевых адресов») — это механизм в сетях TCP/IP, позволяющий преобразовывать IP-адреса транзитных пакетов. Также имеет названия IP Masquerading, Network Masquerading и Native Address Translation.

Преобразование адреса методом NAT может производиться почти любым маршрутизирующим устройством — маршрутизатором, сервером доступа, межсетевым экраном. Наиболее популярным является SNAT, суть механизма которого состоит в замене адреса источника (англ. source) при прохождении пакета в одну сторону и обратной замене адреса назначения (англ. destination) в ответном пакете. Наряду с адресами источник/назначение могут также заменяться номера портов источника и назначения.

Принимая пакет от локального компьютера, роутер смотрит на IP-адрес назначения. Если это локальный адрес, то пакет пересылается другому локальному компьютеру. Если нет, то пакет надо переслать наружу в интернет. Но ведь обратным адресом в пакете указан локальный адрес компьютера, который из интернета будет недоступен. Поэтому роутер «на лету» транслирует (подменяет) обратный IP-адрес пакета на свой внешний (видимый из интернета) IP-адрес и меняет номер порта (чтобы различать ответные пакеты, адресованные разным локальным компьютерам). Комбинацию, нужную для обратной подстановки, роутер сохраняет у себя во временной таблице. Через некоторое время после того, как клиент и сервер закончат обмениваться пакетами, роутер сотрет у себя в таблице запись о n-ом порте за сроком давности.