Роутинг

Схемы маршрутизации

Маршрутизация (англ. Routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи. В русском языке часто используется слово «роутинг». Надо заметить, что правильное произношение этого слова — «рутинг». (В США произносится «раутинг», соответственно маршрутизатор — «раутер»)

Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты).

Статическими маршрутами могут быть:

• маршруты, не изменяющиеся во времени
• маршруты, изменяющиеся по расписанию
• маршруты, изменяющиеся по ситуации — административно в момент возникновения стандартной ситуации

Процесс маршрутизации в компьютерных сетях выполняется специальными программно-аппаратными средствами — маршрутизаторами. Название идёт от самого процесса (основной функции) — маршрутизации. В дополнение к маршрутизации, маршрутизаторы осуществляют и коммутацию каналов/сообщений/пакетов/ячеек, так же, как и коммутатор компьютерной сети выполняет маршрутизацию (определение на какой порт отправить пакет на основании таблицы MAC адресов), а называется в честь основной его функции — коммутации.

Маршрутизируемые протоколы

Протокол маршрутизации может работать только с пакетами, принадлежащими к одному из маршрутизируемых протоколов, например, IPX или Xerox Network System. Маршрутизируемые протоколы определяют формат пакетов (заголовков), важнейшей информацией из которых для маршрутизации является адрес назначения. Протоколы, не поддерживающие маршрутизацию, могут передаваться между сетями с помощью туннелей. Подобные возможности обычно предоставляют программные маршрутизаторы и некоторые модели аппаратных маршрутизаторов. В сети желательно использовать какой-либо один маршрутизируемый протокол, так как некоторые маршрутизаторы допускают совмещение разных протоколов и это всегда снижает производительность сети.

Программная и аппаратная маршрутизация

Первые маршрутизаторы представляли из себя специализированное ПО, обрабатывающее приходящие IP-пакеты специфичным образом. Это ПО работало на компьютерах, у которых было несколько сетевых интерфейсов, входящих в состав различных сетей (между которыми осуществляется маршрутизация). В дальнейшем появились маршрутизаторы в форме специализированных устройств. Компьютеры с маршрутизирующим ПО называют программные маршрутизаторы, оборудование - аппаратные маршрутизаторы.

В современных аппаратных маршрутизаторах для построения таблиц маршрутизации используется специализированное ПО ("прошивка"), для обработки же IP-пакетов используется коммутационная матрица (или другая технология аппаратной коммутации), расширенная фильтрами адресов в заголовке IP-пакета.

Аппаратная маршрутизация ^[1]

Выделяют два типа аппаратной маршрутизации: со статическими шаблонами потоков и с динамически адаптируемыми таблицами.

Основная статья: коммутация IP-пакетов

Статические шаблоны потоков подразумевают разделение всех входящих в маршрутизатор IP-пакетов на виртуальные потоки; каждый поток характеризуется набором признаков для пакета: IP-адресами отправителя/получателя, TCP/UDP-порт отправителя/получателя (в случае поддержки маршрутизации на основании информации 4 уровня), порт, через который пришёл пакет. Оптимизация маршрутизации при этом строится на идее, что все пакеты с одинаковыми признаками должны обрабатываться одинаково (по одинаковым правилам), при этом правила проверяются только для первого пакета в потоке (при появлении пакета с набором признаков, не укладывающимся в существующие потоки, создаётся новый поток), по результатам анализа этого пакета формируется статический шаблон, который и используется для определения правил коммутации приходящих пакетов (внутри потока). Обычно время хранения неиспользующегося шаблона ограничено (для освобождения ресурсов маршрутизатора). Ключевым недостатком подобной схемы является инерциональность по отношению к изменению таблицы маршрутизации (в случае существующего потока изменение правил маршрутизации пакетов не будет "замечено" до момента удаления шаблона).

Динамически адаптированные таблицы используют правила маршрутизации "напрямую", используя маску и номер сети из таблицы маршрутизации для проверки пакета и определения порта, на который нужно передать пакет. При этом изменения в таблице маршрутизации (в результате работы, например, протоколов маршрутизации/резервирования) сразу же влияют на обработку всех новопришедших пакетов. Динамически адаптированные таблицы также позволяют легко реализовывать быструю (аппаратную) проверку списков доступа.

Программная маршрутизация

Программная маршрутизация выполняется либо специализированным ПО маршрутизаторов (в случае, когда аппаратные методы не могут быть использованы, например, в случае организации туннелей), либо программным обеспечением на компьютере. В общем случае, любой компьютер осуществляет маршрутизацию своих собственных исходящих пакетов (как минимум, для разделения пакетов, отправляемых на шлюз по умолчанию и пакетов, предназначенных узлам в локальном сегменте сети). Для маршрутизации чужих IP-пакетов, а также построения таблиц маршрутизации используется различное ПО:

• Сервис RRAS (англ. routing and remote access service) в Windows Server
• Демоны routed, gated в Unix-подобных операционных системах (Linux, FreeBSD и т.д.)

См. также

• Предотвращение петель маршрутизации
• Теория графов

Литература

• Джо Брокмайер, Ди-Анн Лебланк, Рональд Маккарти, мл. Маршрутизация в Linux = Linux Routing. — М.: «Вильямс», 2002. — С. 240. — ISBN 1-57870-267-4
• Аллан Леинванд, Брюс Пински Конфигурирование маршрутизаторов Cisco = Cisco Router Configuration. — 2-е изд. — М.: «Вильямс», 2001. — С. 368. — ISBN 1-57870-241-0

1. ↑ Раздел "Аппаратная маршрутизация" даётся по книге Александр Филимонов - Построение мультисервисных сетей Ethernet, 2007 BVH-Петербург, ISBN 978-5-9775-0007-4