Функции маршрутизатора рассмотрим применительно к протоколу IP. Маршрутизатор принимает адресованный ему кадр во входной буфер и анализирует заключенный в него пакет. Для маршрутизации интересен адрес назначения, Для фильтрации могут анализироваться и другие поля. В зависимости от результата анализа пакт направляется в выходную очередь соответствующего интерфейса или уничтожается.

У маршрутизатора могут быть порты с разными сетевыми технологиями – переход осуществляется просто вкладыванием пакета в кадр соответствующей технологии. Изменять протокол маршрутизатор не может. В случае обнаружения ошибок в пакете маршрутизатор генерирует соответствующий пакет-сообщение (для стека TCP/IP пакет ICMP).

Маршрутизаторы, как правило, имеют небольшое число физических интерфейсов и реализуется на основе одного процессора. В отличии от «прозрачных» устройств 1 – 2-го: все узлы подсети, желающие участвовать в обмене с узлами других подсетей, должны знать сетевой адрес маршрутизатора и иметь возможность получения его физического адреса.

Необходимость применения маршрутизатора может быть и не всегда очевидна. Однако, если по каким-либо причинам приходится узлы этой сети приписывать к различным IP-подсетям, то для взаимодействия между ними необходим маршрутизатор.

Хороший маршрутизатор является очень дорогим устройством со сложной настройкой, производительность которого из-за более сложных манипуляций с кадрами, выполняемых, как правило, одним процессором, гораздо ниже, чем у коммутатора. В результате маршрутизатор в сети с интенсивным обменом между подсетями может оказаться узким местом.

Объединять подсети в более крупную сеть допустимо не всегда, поскольку при увеличении числа узлов подсети возникает вероятность широковещательных «штормов». Выходов может быть два – увеличивать производительность маршрутизатора или по возможности заменять маршрутизаторы коммутаторами с поддержкой ВЛС (виртуальная локальная сеть).

6.3. Коммутация 3-го уровня

Fast IP

Коммутаторы 3-го уровня строятся на определенной архитектуре – каждый порт имеет собственный специализированный процессор (ASIC), занимающийся анализом кадров и пакетов для определения их точки назначения, и общий управляющий процессор. Они выполняют те же функции, что и традиционные маршрутизаторы, но с большей скоростью и дополнительными возможностями. У них, как правило, большее количество портов, а подсети можно определять для групп портов

Кадры, приходящие в порт и адресуемые узлам той же подсети, но другого порта, коммутируются (IP-заголовок не используется и не модифицируется). Кадры, приходящие на MAC-адрес порта, маршрутизируются – порт назначения определяется по IP-адресу. Отличие от комбинации отдельного коммутатора с обычным маршрутизатором заключается в масштабировании пропускной способности каждой подсети: чем больше портов в нее входит, тем выше пропускная способность. Кроме того, при коммутации может использоваться информация 3-го уровня.

Коммутаторы 3-го уровня в основном предназначены для связи подсетей в локальных сетях, и интерфейсов глобальных сетей они могут не иметь. Кроме протокола IP. они могут поддерживать и другие протоколы (IPX, Apple Talk).

Глава 7. Сетевые протоколы

7.1. Протокольный стек TCP/IP.

Комплект протоколов TCP/IP разрабатывался для сети Интернет, в настоящее время он широко используется как в локальных, так и в глобальных сетях.

Весь комплекс базируется на IP-протоколе негарантированной доставки пакетов без установления соединения.

Информация в TCP/IP передается пакетами со стандартизованной структурой, называемыми IP-дейтаграммами, имеющими поле заголовка и поле данных. Конечные узлы – отправители и получатели информации, называются хостами, промежуточные устройства, оперирующие IP-пакетами, называют шлюзами.

Длина дейтаграммы определяется сетевым ПО, так чтобы она помещалась в поле данных сетевого кадра, осуществляющего ее транспортировку.

7.2. Протоколы стека TCP/IP/

Стек TCP/IP охватывает верхние уровни модели OSI.

Сетевой уровень:

¨ IP – обеспечивает негарантированную доставку пакета от узла к узлу, в работе с нижними уровнями использует протоколы ARP и RARP.

¨ ARP – динамически преобразует IP-адрес в физический.

¨ RARP – обратный к ARP, преобразует физический адрес в IP-адрес.

¨ ICMP – управляет передачей управляющих и диагностических сообщений между шлюзами, маршрутизаторами и узлами, определяет доступность и способность к ответу абонентов-адресатов, назначение пакетов, работоспособность маршрутизаторов. Взаимодействует с вышестоящими протоколами TCP/IP. Сообщение передаются с помощью IP-дейтаграмм.

¨ IGMP – позволяют формировать в маршрутизаторах списки групп многоадресного вещания.

Транспортный уровень:

¨ UDR – обеспечивает негарантированную доставку пользовательских дейтаграмм без установления соединения между заданными процессами передающего и принимающего узлов. Протокол позволяет множеству клиентов использовать совпадающие порты: дейтаграмма доставляется клиенту с заданным IP-адресом и номером порта. Если клиент не находится, то дейтаграмма отправляется по адресу 0.0.0.0, обычно это «черная дыра».

¨ TCP – обеспечивает гарантированный поток данных между клиентами, установившими виртуальное соединение. Поток представляет собой неструктурированную последовательность байт, их интерпретация согласуется предварительно. Комбинация IP-адреса и номера порта называется гнездом TCP. Поток сегментируется, и каждому сегменту назначается последовательный номер. Передающая сторона ожидает подтверждения приема каждого сегмента, при его длительном отсутствии делает повторную передачу сегмента. Процесс использующий TCP, получает подтверждение о нормальном завершении передачи только после успешной сборки потока приемником. Протокол обеспечивает полный дуплекс, это означает, что потоки данных могут идти одновременно в двух направлениях.

Уровень представления данных и прикладной уровень.

¨ TelNet – обеспечение удаленного терминала (символьного и графического);

¨ FTP – протокол передачи файлов на основе TCP;

¨ TFTP – простейший протокол передачи файлов на основе UDP;

¨ SMTP – протокол передачи электронной почты, определяющий правила взаимодействия и форматы управляющих сообщений;

¨ RIP – протокол обмена информацией между маршрутизаторами, обеспечивающий динамическую маршрутизацию;

¨ OSPF – протокол распространения маршрутной информации между маршрутизаторами в автономной среде;

¨ DNS – система обеспечения преобразования символических имен и псевдонимов сетей и узлов в IP-адреса и обратно;

¨ SNMP – простейший протокол управления сетевыми ресурсами;

¨ RPC – протокол вызова удаленных процедур (запуска процессов на удаленном компьютере);

¨ NFS – открытая спецификация сетевой файловой системы.

Кроме перечисленных, в стек входят и другие протоколы, их состав постоянно расширяется.