Каким устройством может выступать маршрутизатор для последовательной линии связи

Обновлено: 06.07.2024

Центральным элементом составной сети является маршрутизатор, главное назначение которого — объединение подсети с тем, чтобы любой компьютер мог обмениваться пакетами с другими компьютерами в составе сети, независимо от их принадлежности к той или иной подсети.

Маршрутизатор может быть реализован либо полностью программным способом — в этом случае он представляет собой модуль операционной системы, установленной на компьютере общего назначения; либо программно-аппаратным способом — тогда он является специализированным вычислительным устройством, в котором часть функций выполняется нестандартной аппаратурой, а часть — программными модулями, работающими под управлением специализированной ОС, называемой иногда монитором.

Функции маршрутизатора могут быть разбиты на три группы в соответствии с уровнями модели OSI (см. Рисунок 1).

УРОВЕНЬ ИНТЕРФЕЙСОВ

На нижнем уровне маршрутизатор, как и любое устройство, подключенное к сети, обеспечивает физический интерфейс со средой передачи, включая согласование уровней электрических сигналов, линейное и логическое кодирование. Кроме того, для поддержки физического интерфейса он должен быть оснащен разъемом соответствующего типа.

Обычно маршрутизатор имеет от четырех до нескольких десятков физических интерфейсов, называемых также портами, одна часть которых предназначена для подключения к локальным, а другая — к глобальным сетям. Каждый локальный порт работает по строго определенной технологии: например, Ethernet, Token Ring, FDDI. Для глобального порта чаще всего жестко определяется только некоторый стандарт физического уровня, поверх которого могут работать различные протоколы канального уровня в зависимости от того, как этот порт сконфигурирован. Так, глобальный порт с поддержкой протокола физического уровня V.35 обычно может быть настроен для работы по одному из следующих протоколов канального уровня: LAP-B (для сетей X.25), PPP (для сетей IP), LAP-F (для сетей frame relay), LAP-D (для сетей ISDN).

Такое отличие в реализации интерфейсов локальных и глобальных сетей объясняется тем, что каждая технология локальных сетей опирается, как правило, на свои собственные стандарты физического уровня. Правда, локальным портом не всегда поддерживаются все функции физического уровня. Так, технология Ethernet позволяет стандартным образом выделить функции приемопередатчика (трансивера) и реализовать их в отдельном внешнем устройстве. В этом случае на панели маршрутизатора вы можете увидеть разъемы AUI (Attachment Unit Interface) или MII (Media Independent Inter-face), при этом подключение к сети осуществляется через соответствующий внешний трансивер.

С точки зрения пользователя, важнейшей потребительской характеристикой является перечень физических интерфейсов, поддерживаемых той или иной моделью маршрутизатора. Маршрутизатор должен работать с протоколами канального и физического уровней, используемыми в подсетях, к которым он будет непосредственно присоединен. На Рисунке 1 показана функциональная модель маршрутизатора с четырьмя портами: порты Ethernet 10BaseT и 10Base2, порт Token Ring UTP и порт V.35 для подключения к глобальной сети. В зависимости от выбранного варианта конфигурации к порту V.35 могут быть подключены сети X.25, ISDN или frame relay с использованием протоколов LAP-B, LAP-D или LAP-F соответственно.

Каждый порт маршрутизатора — это конечный узел для той подсети, к которой он присоединен. Поэтому, как и всем другим конечным узлам, портам маршрутизатора назначаются один (или несколько) локальных (называемых также аппаратными) адресов и один (или несколько) сетевых адресов. Заметим, что слово «локальный» в данном контексте никак не связано с понятием «локальная сеть». Под локальным адресом понимается такой тип адреса, который средствами базовой технологии используется для доставки данных в пределах подсети, независимо от того локальная эта подсеть или глобальная. Так, локальным адресом порта маршрутизатора, к которому подключен сегмент Ethernet, является шестибайтовый МАС-адрес, например 12-B3-35-3B-A0-11, а если к порту подключена сеть Х.25, то — адрес Х.25, например 25083930785708. Если для перемещения кадра в пределах подсети используется локальный адрес, то для продвижения пакета по составной сети необходим сетевой адрес. В частности, протокол IP оперирует с сетевыми IP-адресами, которые состоят из 4 байт, например 109.26.17.100, и содержат номер сети и номер узла. Сетевые адреса должны быть уникальны в пределах всей составной сети. Иногда порты маршрутизатора вообще не имеют ни локальных, ни сетевых адресов. С такой ситуацией можно встретиться, когда порты двух соседних маршрутизаторов связаны по соединению типа «точка — точка».

Интерфейсы маршрутизатора выполняют полный набор функций физического и канального уровней по передаче кадра, включая получение доступа к среде (если это необходимо), формирование битовых сигналов, прием и передачу кадра, буферизацию кадров в своей оперативной памяти, подсчет его контрольной суммы и отбраковку поврежденных кадров. Обработка завершается отбрасыванием заголовка кадра и извлечением из поля данных пакета, который передается модулю сетевого протокола маршрутизатора.

УРОВЕНЬ СЕТЕВОГО ПРОТОКОЛА

Модуль сетевого протокола анализирует содержимое полей заголовка пакета. Прежде всего, он снова вычисляет контрольную сумму, но уже не для кадра, а для пакета или части пакета: в частности, в случае пакета IP вычисляется контрольная сумма заголовка. Если пакет пришел поврежденным, то он отбрасывается. Далее проверяется, не слишком ли долго пакет находился в сети (определяется время жизни пакета). Если норма превышена, то пакет также отбрасывается. На этом этапе вносятся корректировки в содержимое некоторых полей: например, уменьшается время жизни пакета, пересчитывается контрольная сумма.

К сетевому уровню относится одна из важнейших функций маршрутизатора — фильтрация трафика. Обладая более высоким интеллектом, нежели мосты и коммутаторы, маршрутизатор позволяет задавать и может отрабатывать значительно более сложные правила фильтрации. Для мостов и коммутаторов пакет сетевого уровня, находящийся в поле данных кадра, выглядит как неструктурированная двоичная последовательность. Маршрутизаторы же, программное обеспечение которых содержит модуль сетевого протокола, способны производить разбор и анализ отдельных полей пакета. Они оснащаются развитыми средствами пользовательского интерфейса, с помощью которых администратор может без особых усилий задавать сложные правила фильтрации: например, в корпоративную сеть могут не допускаться все пакеты, кроме тех, которые поступают из подсетей этого же предприятия. Фильтрация в данном случае производится по сетевым адресам отправителя, и все пакеты, адреса которых не входят в разрешенный диапазон, отбрасываются. Маршрутизаторы, как правило, в состоянии анализировать и заголовки транспортного уровня, поэтому фильтры могут не пропускать в сеть пакеты определенных прикладных сервисов, например сервиса telnet или ftp, задействующих конкретные программные порты, значения которых и используются при составлении правил фильтрации.

В случае, если интенсивность поступления пакетов превышает скорость, с которой они обрабатываются маршрутизатором, пакеты помещаются в очередь. Программное обеспечение маршрутизатора может реализовать различные дисциплины обслуживания очередей: в порядке поступления по принципу «первый пришел — первым обслужен» (First Input First Output, FIFO); со случайным ранним обнаружением перегрузки, когда обслуживание идет по правилу FIFO, но при достижении длины очереди некоторого порогового значения вновь поступающие пакеты отбрасываются (Random Early Detec-tion, RED), а также с применением различных вариантов приоритетного и взвешенного обслуживания. За счет этого при перегрузках соблюдаются некоторые гарантии качества обслуживания: в частности, на время задержки пакетов или на пропускную способность для определенного потока пакетов, при этом первоочередное обслуживание осуществляется с использованием того же набора признаков, что и при фильтрации пакетов.

И конечно, на сетевом уровне решается основная задача маршрутизатора — определение маршрута пакета. По номеру сети, извлеченному из поля адреса назначения заголовка пакета, модуль сетевого протокола находит в таблице маршрутизации строку, содержащую сетевой адрес следующего маршрутизатора и идентификатор своего порта, на который нужно передать данный пакет, чтобы он двигался в правильном направлении. Если в таблице отсутствует запись о сети назначения пакета и к тому же нет записи об используемом по умолчанию транзитном маршрутизаторе, то данный пакет отбрасывается.

Чтобы пакет дошел до следующего маршрутизатора, он должен быть упакован в кадр той технологии, которую использует соответствующая подсеть. А значит, в поле адреса назначения заголовка кадра должен быть указан локальный адрес нужного маршрутизатора. Следовательно, сетевой адрес необходимо преобразовать в локальный адрес той технологии, которая используется в сети, где находится следующий маршрутизатор. Для этого сетевой протокол обращается с запросом к протоколу разрешения адресов. Соответствие между сетевыми и локальными адресами устанавливается либо на основании заранее составленных таблиц, либо путем рассылки широковещательных запросов по подсети. Таблица соответствия локальных адресов сетевым адресам строится отдельно для каждого сетевого интерфейса. Помимо локального адреса назначения требуется сгенерировать и другие поля заголовка — а именно, поле контрольной суммы; поле локального адреса отправителя, в качестве которого маршрутизатор вставляет локальный адрес своего порта; поле типа протокола сетевого уровня, который переносит кадр, а также другие поля (их конкретный набор зависит от технологии, лежащей в основе работы соответствующего порта).

При передаче пакета между подсетями, где применяются разные технологии, у которых не совпадают максимально допустимые значения длины поля данных кадра, пакет может потребоваться разбить на несколько фрагментов; каждый из них должен быть упакован в отдельный кадр. Функция фрагментации также выполняется средствами сетевого уровня маршрутизатора.

С сетевого уровня пакет, локальный адрес следующего маршрутизатора и идентификатор выходного порта передаются вниз по иерархии на канальный уровень. На основании идентификатора порта осуществляется перемещение этих данных в выходной буфер одного из интерфейсов маршрутизатора, а затем средствами канального уровня выполняется упаковка пакета в кадр соответствующего формата. В поле адреса назначения заголовка кадра помещается локальный адрес следующего маршрутизатора. Готовый кадр отправляется в сеть.

УРОВЕНЬ ПРОТОКОЛОВ МАРШРУТИЗАЦИИ

Сетевые протоколы активно используют в своей работе таблицу маршрутизации, но ни ее построением, ни поддержкой данных, хранящихся в ней, они не занимаются. Каким же образом происходит формирование этих таблиц? Какими средствами обеспечивается адекватность содержащейся в них информации постоянно изменяющейся структуре сети? Основная работа по созданию таблиц маршрутизации выполняется автоматически, но, как правило, таблицу можно скорректировать или дополнить вручную.

С помощью протоколов маршрутизации маршрутизаторы строят карту связей составной сети с той или иной степенью подробности. На основании этой информации для каждого номера сети принимается решение о том, какому следующему маршрутизатору надо передавать пакеты, чтобы маршрут оказался рациональным. Полученные данные заносятся в таблицу маршрутизации. При изменении конфигурации составной сети некоторые записи в таблице становятся недействительными. В таких случаях пакеты, отправленные по ложным маршрутам, могут зацикливаться и теряться. От того, насколько быстро протокол маршрутизации приводит в соответствие содержимое таблицы реальному состоянию сети, зависит качество работы всей сети.

В том, что для принятия решения о продвижении пакета маршрутизаторы обращаются к адресным таблицам, можно увидеть некоторое их сходство с мостами и коммутаторами. Однако природа используемых ими адресных таблиц сильно различается. Вместо фигурирующих в таблицах мостов/коммутаторов MAC-адресов в таблицах маршрутизации указываются номера подсетей, которые образуют составную сеть. Другим отличием названных таблиц является способ их создания. В то время как мост строит таблицу, пассивно наблюдая за проходящими через него информационными кадрами, которые конечные узлы сети посылают друг другу, маршрутизаторы обмениваются специальными служебными пакетами по своей инициативе, сообщая соседям об известных им подсетях в составной сети, маршрутизаторах и о связях этих подсетей с маршрутизаторами. Обычно в расчет принимается не только топология связей, но и их пропускная способность и рабочее состояние конкретных каналов. Это позволяет маршрутизаторам быстрее, нежели коммутаторам, адаптироваться к изменениям конфигурации составной сети, а также правильно передавать пакеты в сетях с произвольной топологией, где допускается наличие замкнутых контуров.

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ МАРШРУТИЗАТОРОВ

От современного маршрутизатора требуется сочетание функциональности с высокой скоростью работы. Функциональность определяется разнообразием поддерживаемых сетевых протоколов (правда, в последнее время в связи с явным доминированием IP требования к поддержанию протоколов IPX, DECnet, SNA и других стали выдвигаться значительно реже), протоколов маршрутизации (RIP, OSPF обычно составляют обязательный набор, а при применении маршрутизатора для связи между автономными областями Internet необходим также и протокол BGP), физических интерфейсов.

Функциональность и гибкость на канальном уровне обычно обеспечивается в маршрутизаторах за счет модульной конструкции, когда в одно шасси устанавливается несколько модулей с интерфейсами определенного типа, причем как количество слотов у шасси, так и количество различных типов таких модулей может быть весьма большим, до нескольких десятков. Примером модульного построения маршрутизатора может служить маршрутизатор Cisco 7206, передняя панель которого показана на Рисунке 2. Этот маршрутизатор выполнен на основе 6-слотового шасси, в которое можно установить интерфейсные модули свыше 30 типов, в том числе модули Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, последовательных интерфейсов V.35/X.21/HSSI, технологий глобальных сетей ISDN, SONET/SDH и ATM. В маршрутизаторе, представленном на рисунке, установлены: 5-портовый модуль 10BaseFL, 4-портовый модуль 10BaseTX, 4-портовый модуль Token Ring, 4-портовый модуль Serial enchanced и 2-портовый модуль Fast Ethernet. Маршрутизатор также оснащен многофункциональным модулем управления.

В том случае, когда от маршрутизатора не требуется гибкость на уровне интерфейсов, он реализуется с фиксированным набором портов, чаще всего с несколькими портами Ethernet для подключения к локальным подсетям и одним-двумя глобальными портами для организации внешних связей.

В последнее время из-за резко возросших скоростей технологий канального уровня важную роль стала играть быстрота обработки пакетов. При нескольких гигабитных и мультимегабитных интерфейсах Ethernet, ATM, SDH и DWDM суммарная скорость продвижения пакетов маршрутизатором должна составлять десятки гигабит и даже несколько терабит в секунду.

Добиться подобной производительности при сохранении гибкости и функциональности маршрутизатора — дело очень непростое. До появления высокоскоростных технологий от маршрутизатора обычно требовалось поддержание нескольких последовательных интерфейсов глобальных сетей со скоростями в несколько десятков Кбит/c, поэтому почти все функции маршрутизатора могли быть реализованы программным способом на основе единственного универсального процессора, в том числе и в маршрутизаторах, выполненных в виде специализированного устройства. Такой подход применяется и сегодня при реализации маршрутизаторов для небольших сетей, не поддерживающих высокоскоростных интерфейсов.

Каждый протокол в маршрутизаторе такого типа реализуется с помощью отдельного программного модуля, а для разделения ресурсов единственного процессора между модулями протоколов используется специализированная мультипрограммная операционная система с улучшенными функциями поддержки работы в реальном времени и усеченным набором приложений. В основе многих популярных специализированных операционных систем маршрутизаторов часто лежит та или иная версия UNIX. Наличие у маршрутизатора ОС и API для написания модулей протоколов позволяет достаточно просто изменять набор протоколов (с помощью конфигурирования ОС) и дополнять список поддерживаемых протоколов новыми, обеспечивая высокую функциональность на сетевом уровне.

Однако скоростные возможности однопроцессорного маршрутизатора принципиально ограничены — как возможностями самого процессора, так и накладными расходами на организацию его совместного использования. Естественным выходом из сложившейся ситуации стало появление многопроцессорных маршрутизаторов, при этом наибольшую популярность приобрела схема, упрощенный вид которой показан на Рисунке 3. Каждый порт такого маршрутизатора оснащен специализированным процессором, выполненным как заказная интегральная схема ASIC. Жесткая логика ASIC позволяет очень быстро осуществлять такие рутинные операции по обработке пакетов, как подсчет контрольной суммы, проверка разнообразных условий фильтрации, передача пакетов между внутренними очередями маршрутизатора. Кроме обслуживающих порты процессоров ASIC сверхпроизводительный маршрутизатор может также включать один или несколько общих для всех портов специализированных процессоров. Так, магистральные маршрутизаторы компании Juniper, структурная схема которых показана на Рисунке 3, содержат так называемый Internet-процессор — общий для всех портов процессор, который выполнен как ASIC и предназначен для одной-единственной операции — просмотра больших таблиц маршрутизации, что типично для маршрутизаторов, работающих на магистрали Internet. Узкая специализация позволяет Internet-процессору производить эту операцию очень быстро — со скоростью до 80 000 обращений в секунду. Кроме того, каждый порт маршрутизатора Juniper оснащен двумя ASIC: микросхемой менеджера ввода/вывода для анализа пришедшего пакета «со скоростью поступления» (т. е. с максимальной скоростью, поддерживаемой данным интерфейсом) и микросхемой менеджера буферов, для управления разделяемой между всеми портами памятью маршрутизатора.

Как правило, высокоуровневые функции маршрутизаторов, даже сверхскоростных, выполняются модулями ОС реального времени на одном процессоре. В частности, так устроены маршрутизаторы Juniper: они используют ОС Junos, и наиболее распространенные в мире маршрутизаторы Cisco — их встроенная ОС носит название IOS (Internetwork Opera-ting System).

Объединение нескольких локальных сетей в глобальную ( распределенную, составную ) WAN - сеть происходит с помощью устройств и протоколов сетевого Уровня 3 семиуровневой эталонной модели или уровня межсетевого взаимодействия четырехуровневой модели TCP/IP . Если LAN объединяют рабочие станции, периферию , терминалы и другое сетевое оборудование в одной аудитории или в одном здании, то WAN обеспечивают соединение LAN на широком географическом пространстве. В составную распределенную сеть ( internetwork , internet ) входят как локальные сети и подсети ( subnet ), так и отдельные пользователи. Устройствами, объединяющими LAN в составную сеть , являются:

маршрутизаторы ( routers );
модемы;
коммуникационные серверы.

Наиболее распространенными устройствами межсетевого взаимодействия сетей, подсетей и устройств являются маршрутизаторы. Они представляют собой специализированные компьютеры для выполнения специфических функций сетевых устройств. В лекции 4 было показано, что маршрутизаторы используются, чтобы сегментировать локальную сеть на широковещательные домены, т. е. являются устройствами LAN , но они применяются и как устройства формирования глобальных сетей. Поэтому маршрутизаторы имеют как LAN -, так и WAN -интерфейсы. Маршрутизаторы используют WAN -интерфейсы, чтобы связываться друг с другом, и LAN -интерфейсы – для связи с узлами (компьютерами), например через коммутаторы. Поэтому маршрутизаторы являются устройствами как локальных, так и глобальных сетей . Маршрутизаторы являются также основными устройствами больших корпоративных сетей .

На рис. 6.1 приведен пример того, как маршрутизаторы А, В и С объединяют несколько локальных сетей ( локальные сети № 1, № 2, № 3) в распределенную (составную) сеть . Поэтому маршрутизаторы имеют интерфейсы как локальных, так и глобальных соединений. К локальным сетям, созданным на коммутаторах , маршрутизатор присоединен через интерфейсы, которые на рис. 6.1 обозначены через F0/1, что означает: интерфейс Fast Ethernet , слот 0, номер 1. Глобальные соединения на рис. 6.1 представлены последовательными или серийными ( serial ) интерфейсами S0/1, S0/2. Через такой же последовательный интерфейс реализовано соединение составной сети с сетью Интернет ( Internet ). Подобная структурная схема , включающая несколько последовательно соединенных маршрутизаторов, характерна для многих корпоративных сетей .

В большинстве случаев соединение маршрутизатора локальной сети с сетью Интернет производится через сеть провайдера. Терминальное (оконечное) оборудование ( Data Terminal Equipment – DTE ), к которому относится и маршрутизатор , подсоединяется к глобальной сети (или к сети провайдера) через канальное коммуникационное оборудование ( Data Communications Equipment , или Data Circuit -Terminating Equipment , – DCE ). Маршрутизатор обычно является оборудованием пользователя, а оборудование DCE предоставляет провайдер . Услуги, предоставляемые провайдером для терминальных устройств DTE , доступны через модем или цифровое устройство согласования с каналом связи ( Channel Service Unit / Data Service Unit – CSU / DSU ), которые и являются оборудованием DCE ( рис. 6.2). Оборудование DCE является ведущим в паре DCE - DTE , оно обеспечивает синхронизацию и задает скорость передачи данных.

Поскольку маршрутизаторы в распределенных сетях ( рис. 6.1) часто соединяются последовательно, из двух последовательно соединенных серийных интерфейсов маршрутизаторов один должен выполнять роль устройства DCE , а второй – устройства DTE ( рис. 6.3).

Рис. 6.3. Последовательное соединение маршрутизаторов

Главными функциями маршрутизаторов являются:

выбор наилучшего пути для пакетов к адресату назначения;
продвижение ( коммутация ) принятого пакета с входного интерфейса на соответствующий выходной интерфейс.

Таким образом, маршрутизаторы обеспечивают связь между сетями и определяют наилучший путь пакета данных к сети адресата, причем технологии объединяемых локальных сетей могут быть различными.

Протоколы канального ( data link ) уровня WAN описывают, как по сети передаются кадры. Они включают протоколы, обеспечивающие функционирование через выделенные соединения " точка-точка " и через коммутируемые соединения. Основными WAN протоколами и стандартами канального уровня являются: High-level Data Link Control ( HDLC ), Point-to-Point Protocol ( PPP ), Synchronous Data Link Control ( SDLC ), Serial Line Internet Protocol ( SLIP ), X.25, Frame Relay , ATM . Основными протоколами и стандартами физического уровня являются: EIA / TIA -232, EIA / TIA -449, V.24, V.35, X.21, G.703, EIA-530 , ISDN , E1, E3, XDSL , SDH ( STM -1, STM -4 и др.).

Функционируя на Уровне 3 модели OSI , маршрутизаторы принимают решения, базируясь на сетевых логических адресах (IP-адресах). Для определения наилучшего пути передачи данных через связываемые сети маршрутизаторы строят таблицы маршрутизации и обмениваются сетевой маршрутной информацией с другими маршрутизаторами. Администратор может конфигурировать статические маршруты и поддерживать таблицы маршрутизации вручную. Однако большинство таблиц маршрутизации создается и поддерживается динамически, за счет использования протоколов маршрутизации ( routing protocol ), которые позволяют маршрутизаторам автоматически обмениваться информацией о сетевой топологии друг с другом.

Функционирование маршрутизаторов происходит под управлением сетевой операционной системы ( Internetwork Operation System – IOS ), текущая ( running ) версия которой находится в оперативной памяти RAM ( рис. 6.4). Помимо текущей версии IOS оперативная память хранит активный конфигурационный файл ( Active Configuration File ) и таблицы протоколов динамической маршрутизации , выполняет буферизацию пакетов и поддерживает их очередь , обеспечивает временную память для конфигурационного файла маршрутизатора, пока включено питание.

Загрузка операционной системы IOS в оперативную память обычно производится из энергонезависимой флэш-памяти ( Flash ), которая является перепрограммируемым запоминающим устройством ( ППЗУ ). После модернизации IOS она перезаписывается во флэш-память , где может храниться несколько версий. Версию операционной системы можно также сохранять на TFTP -сервере ( рис. 6.4).

Постоянное запоминающее устройство ( ПЗУ – ROM ) содержит программу начальной загрузки ( bootstrap ) и сокращенную версию операционной системы, установленную при изготовлении маршрутизатора. Обычно эта версия IOS используется только при выходе из строя флэш-памяти. Память ROM также поддерживает команды для теста диагностики аппаратных средств (Power-On Self Test – POST ).

Рис. 6.4. Элементы памяти и программы маршрутизатора

Энергонезависимая (non- volatile ) оперативная память NVRAM маршрутизатора является перепрограммируемым запоминающим устройством (ППЗУ). NVRAM хранит стартовый ( startup ) конфигурационный файл , который после изменения конфигурации перезаписывается в ППЗУ, где создается резервная копия ( backup ). Конфигурационные файлы содержат команды и параметры для управления потоком трафика, проходящим через маршрутизатор . Конфигурационный файл используется для выбора сетевых протоколов и протоколов маршрутизации , которые определяют наилучший путь для пакетов к адресуемой сети. Первоначально конфигурационный файл обычно создается с консольной линии (console) и помимо памяти NVRAM может сохраняться на TFTP -сервере ( рис. 6.4). Временное хранение входящих и исходящих пакетов обеспечивается в памяти интерфейсов, которые могут быть выполнены на материнской плате или в виде отдельных модулей.

При включении маршрутизатора начинает функционировать программа начальной загрузки bootstrap, которая тестирует оборудование и загружает операционную систему IOS в оперативную память RAM . В оперативную память загружается также конфигурационный файл , хранящийся в NVRAM . В процессе конфигурирования маршрутизатора задаются адреса интерфейсов, пароли, создаются таблицы маршрутизации , устанавливаются протоколы, проводится проверка параметров. Процесс коммутации и продвижения данных проходит под управлением операционной системы.

6.2. Принципы маршрутизации

Информационный поток данных, созданный на прикладном уровне, на транспортном уровне "нарезается" на сегменты, которые на сетевом уровне снабжаются заголовками и образуют пакеты (см. рис. 1.7, рис. 1.8). Заголовок пакета содержит сетевые IP-адреса узла назначения и узла источника. На основе этой информации средства сетевого уровня – маршрутизаторы осуществляют передачу пакетов между конечными узлами составной сети по определенному маршруту.

Маршрутизатор оценивает доступные пути к адресату назначения и выбирает наиболее рациональный маршрут на основе некоторого критерия – метрики. При оценке возможных путей маршрутизаторы используют информацию о топологии сети. Эта информация может быть сконфигурирована сетевым администратором или собрана в ходе динамического процесса обмена информацией между маршрутизаторами, который выполняется в сети протоколами маршрутизации.

Процесс прокладывания маршрута происходит последовательно от маршрутизатора к маршрутизатору. При прокладывании пути для пакета каждый маршрутизатор анализирует сетевую часть адреса узла назначения, заданного в заголовке поступившего пакета, т.е. вычленяет адрес сети назначения. Затем маршрутизатор обращается к таблице маршрутизации , в которой хранятся адреса всех доступных сетей, и определяет свой выходной интерфейс , на который необходимо передать (продвинуть) пакет. Таким образом, маршрутизатор ретранслирует пакет, продвигая его с входного интерфейса на выходной, для чего использует сетевую часть адреса назначения, обращаясь к таблице маршрутизации .

Выходной интерфейс связан с наиболее рациональным маршрутом к адресату. Конечный маршрутизатор на пути пакета непосредственно (прямо) связан с сетью назначения. Он использует часть сетевого адреса , содержащую адрес узла назначения, чтобы доставить пакет получателю данных.

Процесс ретрансляции пакетов маршрутизаторами рассмотрен на примере сети, приведенной на рис. 6.5. Маршрутизаторы в целом сетевого адреса не имеют, но поскольку они связывают между собой несколько сетей, каждый интерфейс ( порт ) маршрутизатора имеет уникальный адрес , сетевая часть которого совпадает с номером сети, соединенной с данным интерфейсом. Последовательные ( serial ) порты, соединяющие между собой маршрутизаторы, на рисунке обозначены молниевидной линией.

Путь от маршрутизатора A к маршрутизатору В может быть выбран:

через маршрутизатор С;
через маршрутизаторы D и E;
через маршрутизаторы F, G и H.

Оценка наилучшего пути производится на основе метрики. Например, если метрика учитывает только количество маршрутизаторов на пути к адресату, то будет выбран первый маршрут . Если же метрика учитывает полосу пропускания линий связи , соединяющих маршрутизаторы, то может быть выбран второй или третий маршрут при условии, что на этом пути наиболее широкополосные линии связи.

При выборе первого пути функция коммутации реализуется за счет продвижения поступившего на интерфейс 1а маршрутизатора A пакета на интерфейс 2а. Таким образом, пакет попадает на интерфейс 1с маршрутизатора С, который продвинет полученный пакет на свой выходной интерфейс 3с, т. е. передаст полученный пакет маршрутизатору В.

В процессе передачи пакета по сети используются как сетевые логические адреса (IP-адреса), так и физические адреса устройств ( MAC-адреса в сетях Ethernet ). Например, при передаче информации с компьютера Host X локальной сети Сеть 1, ( рис. 6.6) на компьютер Host Y, находящийся в удаленной Сети 2, определен маршрут через маршрутизаторы A, B, C.

Рис. 6.6. Использование маршрутизаторов для передачи данных по сети

Когда узел Host Х Сети 1 передает пакет адресату Host Y из другой Сети 2, ему известен сетевой IP- адрес получателя, который записывается в заголовке пакета, т. е. известен адрес 3-го уровня. При инкапсуляции пакета в кадр источник информации Host Х должен задать в заголовке кадра канальные адреса назначения и источника, т. е. адрес 2-го уровня (табл. 6.1).

У передающего узла нет информации об адресе канального уровня (MAC-адресе) узла назначения Host Y, поэтому Host Х в заголовке кадра в качестве адреса назначения задаст MAC-адрес входного интерфейса 1а маршрутизатора A. Именно через этот интерфейс , называемый шлюзом по умолчанию ( Default gateway ), все пакеты из локальной Сети 1 будут передаваться в удаленные сети. Однако и этот адрес источнику информации Host Х не известен. Процесс нахождения МАС-адреса по известному сетевому адресу реализуется с помощью протокола разрешения адресов Address Resolution Protocol – ARP, который входит в стек протоколов TCP/IP .

Правильные ответы выделены зелёным цветом.
Все ответы: В предлагаемом курсе лекций рассматриваются принципы построения компьютерных сетей, основные технологии локальных сетей, средства межсетевого взаимодействия, функционирование и основные характеристики коммутаторов и маршрутизаторов.

Совокупность сетей, представленных набором маршрутизаторов под общим административным управлением образует:

Для конфигурирования статической маршрутизации используется команда:

(6) может работать с оборудованием разных фирм- производителей

(2) необходимостью увеличения скорости передачи данных

Как устанавливается физический адрес маршрутизатора?

Маршрутизирующие протоколы, работающие внутри автономных систем, подразделяются на:

Для верификации статической маршрутизации используются команды:

Что устанавливается на этапе формирования смежности в протоколе OSPF?

(3) период времени, по истечению которого связь считается потерянной

Какая команда пользовательского режима конфигурирования коммутатора дает информацию о программных и аппаратных средствах?

Как называются сети, которые обеспечивают слияние всех существующих сетей в единую информационную сеть для передачи мультимедийной информации?

Симметричные кабели UTP обеспечивают передачу сигнала на расстояние:

В адресе класса A 120.30.55.15 адресу сети соответствует:

Как называются маршрутизирующие протоколы, которые создают полную картину топологии сети и вычисляют кратчайший путь ко всем сетям назначения?

Как называется число, величина которого определяется источником задаваемого маршрута?

Какой пакет в протоколе OSPF содержит сокращенный список базы данных передающего маршрутизатора?

C помощью какой команды привилегированного режима конфигурирования коммутатора можно посмотреть статус и конфигурацию интерфейсов?

Какие из нижеперечисленных технологий характеризуются высокой скоростью:

Для исключения в передаваемых данных длинных последовательностей нулей применяется:

Метрика, отображающая количество маршрутизаторов, через которые должен протии пакет на пути к адресату, называется:

С помощью каких команд можно проверить работоспособность сети и таблицы маршрутизации?

Что создает и поддерживает протокол OSPF для того, чтобы избежать появления маршрутных петель в сети?

Для просмотра текущей конфигурации коммутатора предназначена команда:

Выделите преимущества волоконно-оптического кабеля по сравнению с симметричным медным кабелем:

(2) возможность передачи сигнала на большее расстояние

(4) отсутствие перекрестных и электромагнитных помех

Какая скорость передачи данных в технологии Gigabit Ethernet?

Если IP-адрес класса B 156.15.0.0, то адрес узла в этом случае:

Для включения в работу отдельного узла необходимо установить:

На каком параметре базируется метрика протокола OSPF?

Коммутатор удаляет узел из таблицы коммутации, если от него не получено ни одного кадра в течение:

Выберите верные утверждения для техник модуляции широкополосных сигналов DSSS и OFDM:

(1) OFDM обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем DSSS

(2) DSSS обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем OFDM

Какая скорость передачи данных в технологии 10-Gigabit Ethernet?

(1) отсутствие маски подсети в таблице маршрутизации

(4) медленная конвергенция в случае изменения в сети

Какая команда используется для конфигурирования протокола RIP?

Какой маршрутизатор не может быть избранным в качестве главного определяющего маршрутизатора?

Какая команда используется для выключения неиспользуемых портов коммутатора?

(2) общую структуру сети и схему соединения сетевых элементов кабелями связи

(3) как по сети передаются определенные единицы информации

Устройствами, объединяющими LAN в общую сеть, являются:

Если администратору выделен адрес сети 130.55.0.0, и ему необходимо разбить данную сеть на 7 подсетей, маска будет:

(1) пометке недоступного маршрута запрещенной метрикой

(2) запрете пересылки информации маршрутизатору в обратном направлении

(3) рассылке информации об изменениях в сети сразу после их обнаружения

Что из перечисленного ниже является протоколом маршрутизации типа classful:

Если в сети не задано никаких дополнительных параметров и приоритет всех маршрутизаторов одинаков, главным определяющим маршрутизатором становится:

(3) маршрутизатор, адрес одного из интерфейсов которого является наибольшим в заданной области

(4) маршрутизатор, адрес одного из интерфейсов которого является наименьшим в заданной области

Что является основным способом обеспечения безопасности в сетях, построенных на коммутаторах?

Какой уровень модели OSI задает логические адреса и определяет маршрут, по которому будет передаваться пакет:

В какой физической топологии выход из строя одного узла не повлияет на работоспособность остальной сети?

(2) выдача адресов узлам сети из выделенного диапазона

(4) коммутация принятого пакета с входного интерфейса на соответствующий выходной интерфейс.

Выберите верное утверждение. Сети, не подключенные к Интернету, могут иметь следующие адреса:

Какой режим функционирования маршрутизатора выполняет процесс начальной загрузки и обеспечивает диагностику аппаратных средств?

Сетевые фильтры или списки доступа на маршрутизаторах используются для:

(4) для того, чтобы избежать возникновения маршрутных петель

Если при прохождении кадра через коммутатор MAC-адрес получателя неизвестен, то:

(4) происходит широковещательная передача во все порты широковещательного домена, кроме порта из которого пришел кадр

Какой уровень модели OSI обеспечивает интерфейс для взаимодействия человека с сетевыми технологиями:

На какие подуровни разделен канальный уровень модели OSI?

Сколько двоичных разрядов в сетевом адресе версии IPv6?

Какой режим маршрутизатора предназначен для модификации операционной системы IOS?

Какие параметры анализирует ACL , чтобы разрешить или запретить прохождение трафика:

Сколько двоичных разрядов в теге используется для адресации виртуальной частной сети?

В каком протоколе используется шифрование данных и аутентификация участников информационного обмена:

Какой подуровень канального уровня модели OSI реализует связь с протоколами сетевого уровня?

Информацию о топологии сети маршрутизатор может получить:

(4) в процессе динамического обмена информацией между маршрутизаторами

Протоколами автоматического назначения IP-адреса являются:

В каком режиме конфигурирования маршрутизатора нельзя сделать никаких изменений в конфигурационном файле?

Метрика сети, состоящей из нескольких соединений, определяется:

(1) полосой пропускания самого медленного соединения и самой большой задержкой выходных интерфейсов маршрутизаторов

(2) полосой пропускания самого быстрого соединения и самой большой задержкой выходных интерфейсов маршрутизаторов

(3) полосой пропускания самого быстрого соединения и самой маленькой задержкой выходных интерфейсов маршрутизаторов

(4) полосой пропускания самого медленного соединения и суммарной задержкой всех выходных интерфейсов маршрутизаторов

Если списки доступа не сконфигурированы на маршрутизаторе, то все проходящие через него пакеты:

(4) будут накапливаться в буфере обмена маршрутизатора

Передача пакета коммутатором или маршрутизатором в случае использования VLAN базируется на:

Какой протокол осуществляет динамическое назначение IP-адресов узлам сети?

Какую логическую топологию использует сеть Ethernet?

Как находится MAC-адрес канального уровня узла назначения?

(2) из IP-адреса узла назначения с помощью специальной формулы

В каком режиме конфигурирования на маршрутизатор можно устанавливать пароли?

Какой тип пакетов используется для поддержки отношений смежности между соседними устройствами в протоколе EIGRP?

Какие списки доступа должны иметь уникальный идентификационный номер?

Для предотвращения коллизий крупные сети делятся на сегменты с помощью:

С помощью какой команды можно посмотреть сетевой адрес и МАС-адрес на узле?

При конфигурировании интерфейса необходимо выполнить следующее:

Какая маска переменной длины типа wildcard- mask будет получена из обычной маски 255.255.50.239?

В каком режиме конфигурирования маршрутизатора происходит создание списка доступа?

Какая команда используется для создания транкового соединения на интерфейсе коммутатора?

Управление скоростью передачи данных в протоколе TCP обеспечивается:

(3) последовательной нумерацией передаваемых сегментов данных

Если при передаче кадра в локальной сети узел не находит MAC-адрес получателя в ARP-таблице, он:

(1) обращается к маршрутизатору для получения MAC-адреса

(3) использует широковещательный ARP-запрос для поиска узла назначения

Протоколу IPX для передачи пакета по сети требуется:

Какой из приведенных протоколов является протоколом внешнего шлюза?

Чтобы сконфигурировать статическую маршрутизацию администратор должен:

(2) задать маршруты ко всем сетям, не подключенным к маршрутизатору

(3) задать маршруты ко всем сетям, подключенным к маршрутизатору

(4) задать MAС-адреса всех узлов в подключенных к маршрутизатору сетях

Какое административное расстояние у протокола OSPF?

В каком режиме конфигурирования коммутатора доступен ограниченный набор команд, которые выполняют основные тесты и отображают основные установки и параметры коммутатора?

Скорость передачи данных в сети Fast Ethernet равна:

Какую метку в таблице маршрутизации имеют сети, которые непосредственно присоединены к маршрутизатору?

Каким символом в таблице маршрутизации отмечены сети, непосредственно подключенные к маршрутизатору?

Какие адреса используются для обмена пакетами Hello в протоколе OSPF?

С помощью какой команды пользовательского режима конфигурирования коммутатора можно посмотреть отброшенные кадры, отсроченные кадры, ошибки установки, коллизии и т.д.?

На уровне логического кодирования в сетях Fast Ethernet используется:

IP-адрес, в котором 2 старших байта задают адрес сети, относится к:

Как называются маршутизирующие протоколы, которые определяют расстояние и направление к адресату?

Какова величина административного расстояния при статической маршрутизации?

Какой пакет в протоколе OSPF применяется для трансляции обновлений между маршрутизаторами?

Какая команда привилегированного режима конфигурирования коммутатора позволяет перейти в другие режимы?

Какие из нижеперечисленных технологий используются в сетях с коммутацией пакетов:

Какой подуровень физического уровня в технологии Fast Ethernet предназначен для того, чтобы MAC-уровень мог работать с интерфейсом MII:

Метрика, определяющая интенсивность ошибок на каждом сетевом соединении, называется:

При конфигурировании статической маршрутизации по умолчанию:

(3) указывают нули в маске сети и единицы в адресе сети

(4) указывают единицы в маске сети и нули в адресе сети

Какой алгоритм используется в протоколе OSPF для вычисления кратчайшего пути?

Чтобы изменить заданный IP-адрес и шлюз в коммутаторе, необходимо:

(3) удалить информацию с помощью no ip default-gateway

(4) удалить информацию с помощью команды erase ip address

Выберите функции и свойства, характеризующие виртуальную частную сеть:

Показатель преломления сердцевины n1 и оболочки n2 оптического кабеля соотносятся следующим образом:

Какое кодирование используется на логическом уровне в технологии Gigabit Ethernet?

Почему RIPv1 рекомендован для работы в малых и средних сетях?

(1) потому что он не может направлять пакеты далее 15 переходов

(2) потому что он обеспечивает маршрутизацию на основе CIDR

(3) потому что он является протоколом вектора расстояния

(4) потому что он не включает маску подсети в модификацию маршрутизации

Какая команда используется для изменения значения полосы пропускания?

Какое конфигурирование коммутатора позволяет обеспечить большую безопасность?

(2) концепцию и методологию создания сетей передачи данных

(4) методологию использования программно-аппаратных средств при построении сетей передачи данных

Какой стандарт является основным стандартом беспроводных локальных сетей?

Какой кабель используется в технологии 10-Gigabit Ethernet?

Адресу узла 10.116.37.103/8 класса A соответствует адрес сети:

В протоколе RIP максимальное значение метрики равно:

Если в области сети все маршрутизаторы имеют приоритеты, какой маршрутизатор будет выбран в качестве главного определяющего маршрутизатора?

(4) приоритет которого равен сумме приоритетов соседних маршрутизаторов

Какие режимы реагирования на нарушение безопасности предусмотрены в коммутаторе?

Что является единицей информации на сетевом уровне модели OSI?

(2) общую структуру сети и схему соединения сетевых элементов кабелями связи

(3) как по сети передаются определенные единицы информации

С помощью маски 255.255.255.248 в адресном пространстве 198.11.163.0/24 можно сформировать:

(1) пометке недоступного маршрута запрещенной метрикой

(2) запрете пересылки информации маршрутизатору в обратном направлении

(3) рассылке информации об изменениях в сети сразу после их обнаружения

Если в сети класса С 192.168.10.0 выделено две подсети - 192.168.10.16/28 и 192.168.10.32/27, то родительской называется сеть:

Какое ID будет у маршрутизатора, который имеет виртуальные логические интерфейсы и простые интерфейсы?

(2) наибольший адрес из всех виртуальных логических интерфейсов

(3) наименьший адрес из всех виртаульных логических интерфейсов

Обмен данными между различными VLAN происходит через:

Какой уровень модели OSI формирует из пакетов кадры и задает физические адреса устройства-отправителя и устройства-получателя?

В какой физической топологии выход из строя одного узла приведет к прекращению функционирования всей сети?

(2) выбора оптимальной сетевой топологии при построении сети

(3) автоматического обмена информацией о сетевой топологии между маршрутизаторами

Какая организация выделяет общедоступные адреса провайдерам, которые в свою очередь выделяют их отдельным пользователям и администраторам?

Какой режим маршрутизатора доступен только при прямом подключении через консольный порт?

Какой алгоритм формирования маршрутов использует протокол EIGRP?

Какая виртуальная локальная сеть получила название сети по умолчанию?

Какой уровень модели OSI обеспечивает обмен данными через общую локальную среду?

Как называется файл, который содержит команды и параметры для управления потоком трафика, проходящим через маршрутизатор:

Какая длина адреса интерфейса в адресе версии IPv6?

Для нормального функционирования маршрутизатора требуется:

Сколько списков доступа может быть сконфигурировано для маршрутизатора с 3 интерфейсами и 3 используемыми протоколами?

(4) основные параметры передачи данных по физической среде

На основе чего маршрутизатор осуществляет передачу пакетов между конечными узлами составной сети по определенному маршруту:

Выберите правильное утверждение относительно прохождения данных по сети:

(1) IP-адреса узла назначения и узла источника остаются неизменными, МАС-адреса назначения и источника меняются при прохождении каждого маршрутизатора

(2) MAC-адреса узла назначения и узла источника остаются неизменными, IP-адреса назначения и источника меняются при прохождении каждого маршрутизатора

(3) IP-адрес и MAC-адрес узла назначения остаются неизменными, МАС-адрес и IP-адрес источника меняются при прохождении каждого маршрутизатора

(4) IP-адрес и MAC-адрес источника и узла назначения остаются неизменными при прохождении данных по сети

Для перехода в привилегированный режим из пользовательского используется команда:

Читайте также: