Маршрутизатор

Маршрутизатор (router) — это аппаратное устройство (программное обеспечение), которое выполняет перемещение (маршрутизацию) информации по объединенной сети от источника к получателю. Основными компонентами маршрутизации являются определение оптимальных маршрутов и коммутация пакетов.

Определение маршрута

Для того чтобы определить, какой из маршрутов является лучшим для передачи пакета, протоколы маршрутизации используют метрики. Метрика представляет собой числовую характеристику маршрута, такую, например, как полоса пропускания канала, и используется алгоритмами маршрутизации для определения оптимального пути к получателю данных. Для упрощения процесса определения маршрута алгоритмы маршрутизации создают и регулярно обновляют таблицы маршрутизации, в которых содержится информация о маршрутах. Информация о маршрутах меняется в зависимости от используемого алгоритма маршрутизации.

Коммутация

Алгоритмы коммутации относительно просты и одинаковы для большинства протоколов маршрутизации. Как правило, получив пакет, узел определяет, что он должен отправить пакет другому узлу. Выяснив каким-либо образом адрес маршрутизатора, узел-источник посылает пакет, непосредственно по физическому адресу маршрутизатора (по МАС-адресу), однако пакет при этом также содержит протокольный адрес (сетевого уровня) узла-получателя. Проанализировав сетевой адрес получателя пакета, маршрутизатор определяет, известен ли путь, по которому можно передать пакет на следующий переход. Если такой путь маршрутизатору неизвестен, то он обычно отбрасывает пакет. Если же путь известен, то маршрутизатор заменяет физический адрес получателя на соответствуюший адрес следующего перехода и пересылает пакет в этом направлении.

Алгоритмы маршрутизации

Алгоритмы маршрутизации различаются по нескольким ключевым характеристикам:

оптимальность;
простота и минимальный объем передаваемой служебной информации;
надежность и устойчивость алгоритма;
быстрая сходимость;
гибкость.

Алгоритмы маршрутизации можно разделить на два основных типа:

статическая маршрутизация;
динамическая маршрутизация.

Алгоритмы статической маршрутизации представляют собой не столько алгоритмы, сколько таблицы, составленные сетевым администратором прежде чем включить маршрутизаторы. Содержимое этих таблиц может быть изменено только сетевым администратором. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты и эффективно работают в сравнительно простых сетях с относительно предсказуемым характером передачи данных.

Поскольку системы статической маршрутизации не реагируют на изменения в сети, они, как правило, не подходят для современных крупных, постоянно изменяющихся сетей. Большинство используемых в настоящее время алгоритмов являются алгоритмами динамической маршрутизации, которые адаптируются к изменениям сетевой обстановки, анализируя поступающие сообщения об обновлении маршрутов.

Метрики маршрутов

В таблицах маршрутизации содержится информация, используемая коммутирующим программным обеспечением для выбора наилучшего маршрута. Для определения оптимального маршрута алгоритмы маршрутизации используют множество различных метрик. В сложных алгоритмах маршрутизации выбор маршрута осуществляется по нескольким метрикам, образующим составную (гибридную) метрику.

Для определения наилучшего маршрута используются следующие метрики:

длина маршрута;
надежность;
задержка;
полоса пропускания;
нагрузка;
затраты на передачу.

Длина маршрута представляет собой наиболее часто используемую метрику маршрутизации. Некоторые протоколы маршрутизации позволяют сетевому администратору произвольным образом назначать каждому каналу значение, отражающее затраты на передачу. В этом случае длина маршрута представляет собой сумму затрат на всех пройденных участках. Другие протоколы маршрутизации вычисляют количество пройденных узлов — метрику, которая определяет, какое количество переходов между сетевыми устройствами, такими как маршрутизаторы, должен пройти пакет на пути от источника к получателю.

В контексте маршрутизации надежность алгоритма маршрутизации определяется надежностью канала связи (обычно выражаемой отношением количества переданных битов к количеству ошибок).

Задержка при маршрутизации представляет собой время, требуемое для доставки пакета по сети от источника к получателю. Величина задержки зависит от многих факторов, таких как полоса пропускания промежуточных линий связи, длина очереди на порту каждого маршрутизатора, переполнения на промежуточных линиях связи, а также физическое расстояние, которое необходимо пройти.

Полоса пропускания характеризует пропускную способность канала. При прочих равных условиях 10-мегабитный канал Ethernet предпочтительнее, чем выделенная линия с полосой пропускания 64 Кбит/с. Хотя полоса пропускания характеризует максимальную пропускную способность канала, маршруты, проходящие по каналам с большей полосой пропускания, не всегда оказываются лучше маршрутов, проходящих по более медленным линиям. Например, если быстрый канал загружен больше, то для передачи по нему пакета получателю может потребоваться больше времени, чем при использовании более медленного, но менее загруженного канала.

Нагрузка характеризует степень занятости сетевого ресурса, например маршрутизатора. Используются различные способы определения нагрузки, в том числе по интенсивности использования процессора и по количеству обрабатываемых в секунду пакетов. Однако сам по себе мониторинг этих параметров может поглощать значительные ресурсы.

Еще одной важной метрикой являются затраты на передачу данных, особенно потому, что некоторые компании заботятся не столько о производительности, сколько об эксплуатационных расходах. Во многих случаях эти компании предпочитают передавать данные по своим собственным каналам, хотя в них задержка больше, а не по общедоступным каналам, поскольку использование последних вызывает дополнительные расходы.

Протоколы маршрутизации

Данные маршрутизируемых протоколов передаются по объединенной сети с использованием протоколов маршрутизации. В этом контексте маршрутизируемые протоколы также называют сетевыми протоколами.

Термины маршрутизируемый протокол (routed protocol) и протокол маршрутизации (routing protocol) часто ошибочно воспринимают как равноценные и взаимозаменяемые.

Маршрутизируемыми являются протоколы, данные которых передаются по маршрутам объединенной сети, такие, например, как Internet Protocol (IP), DECnet, AppleTalk, Novell NetWare, OSI, Banyan VINES и Xerox Network System (XNS). Протоколы маршрутизации, напротив, представляет собой протоколы, реализующие алгоритмы маршрутизации. Иными словами, протоколы маршрутизации используются промежуточными системами для составления таблиц, по которым определяются маршруты маршрутизируемых протоколов.

Протоколами маршрутизации являются такие протоколы, как Interior Gateway Routing Protocol (IGRP), Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (Enhanced IGRP), Open Shortest Path First (OSPF), Exterior Gateway Protocol (EGP), Border Gateway Protocol (BGP), Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS) и Routing Information Protocol (RIP).

Мы предлагаем настройку программных маршрутизаторов RouterOS от фирмы Mikrotik и Vyatta Open Flexible Router (open-source networking solution). Также возможна настройка некоторых функций на базе ОС FreeBSD или аппаратного маршрутизатора.