Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Рассмотрим принцип работы дейтаграммных сетей. Пусть процесс P1 (рис. 5.2) хочет послать длинное сообщение для Р2. Он передает свое послание транспортному уровню, сообщает ему о том, что доставить данные необходимо процессу Р2, выполняющемуся на хосте Н2. Код транспортного уровня исполняется на хосте Н1; более того, обычно он является частью операционной системы. Заголовок транспортного уровня вставляется в начало сообщения, и в таком виде оно передается на сетевой уровень. Обычно это просто еще одна процедура операционной системы.

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 с использованием какого-нибудь протокола двухточечного соединения, например PPP. Здесь вступает в игру интернет-провайдер. Каждый маршрутизатор имеет свою внутреннюю таблицу, по которой 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. Так, например, на рис. 5.2 у маршрутизатора А имеются только две исходящие линии — ведущие к В и к С, — поэтому все входящие пакеты должны пересылаться на какой-то из этих двух маршрутизаторов, даже если они не являются адресатами. Изначальная таблица маршрутизации А показана на рисунке под соответствующей надписью.

В маршрутизаторе A пакеты 1, 2 и 3, поступившие на вход, кратковременно сохраняются для верификации контрольной суммы. Затем в соответствии с таблицей А каждый пакет пересылается по исходящему соединению на маршрутизатор С с использованием нового кадра. 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.

Рис. 5.2. Маршрутизация внутри дейтаграммной подсети

Однако с пакетом 4 связана несколько иная история. 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 маршрутизатор решил обновить свою таблицу (на рисунке показана под надписью «В конце»). Алгоритм, управляющий таблицами маршрутизации и принимающий решения, называется алгоритмом маршрутизации (routing algorithm). Именно изучению алгоритмов маршрутизации будет уделено основное внимание в этой главе. Как мы увидим, существует несколько типов таких алгоритмов.

IP (Internet Protocol, «межсетевой протокол»), составляющий основу всей сети Интернет, является наиболее ярким примером сетевого сервиса без установления соединения. Каждый пакет содержит IP-адрес назначения, с помощью которого маршрутизатор осуществляет индивидуальную отправку пакета. В пакетах IPv4 используются адреса длиной 32 бита, а в IPv6 — 128 бит. Более подробно о протоколах IP мы поговорим далее в этой главе.

5.1.4. Реализация сервиса с установлением соединения

Сервису с установлением соединения нужна сеть виртуального канала. Рассмотрим ее работу. Идея виртуальных каналов состоит в предотвращении выбора своего маршрута для каждого пакета, как было показано на рис. 5.2. Вместо этого маршрут от отправляющей до получающей машины выбирается в процессе установления соединения и хранится в специальных таблицах, встроенных в маршрутизаторы. Один и тот же маршрут используется для всего трафика, проходящего через данное соединение. Именно так работает телефонная система. Когда соединение разрывается, виртуальный канал также прекращает свое существование. При использовании сервиса, ориентированного на установление соединения, каждый пакет включает в себя идентификатор виртуального канала.

В качестве примера рассмотрим ситуацию, изображенную на рис. 5.3. Хост Н1 установил соединение с хостом Н2. Это соединение запоминается и становится первой записью во всех таблицах маршрутизации. Так, первая строчка таблицы маршрутизатора А говорит о том, что если пакет с идентификатором соединения 1 пришел с хоста Н1, то его нужно направить на С с идентификатором соединения 1. Точно так же первая запись С направляет пакет на Е все с тем же идентификатором соединения 1.

Рис. 5.3.Маршрутизация в сети виртуального канала

Теперь рассмотрим, что будет, если хост Н3 захочет установить соединение с Н2. Он выбирает идентификатор соединения 1 (у него просто нет выбора, поскольку это на данный момент единственное существующее соединение) и просит сеть установить виртуальный канал. Таким образом, в таблице появляется вторая запись. Обратите внимание на то, что здесь возникает, на самом деле, конфликт, потому что если А еще может отличить пакеты соединения 1, пришедшие с Н1, от пакетов соединения 1, пришедших с Н3, то С такой возможности не имеет. По этой причине А присваивает новый идентификатор соединения исходящему трафику и тем самым создает второе соединение. Предотвращение конфликтов подобного рода является причиной того, почему маршрутизаторам нужна возможность изменения идентификаторов соединения в исходящих пакетах. Иногда этот процесс называется коммутацией меток( label switching). Одним из примеров сетевого сервиса, ориентированного на соединение, является MPLS( MultiProtocol Label Switching, «мультипротокольная коммутация по меткам»). Он используется в сетях интернет-провайдеров; при этом IP-пакеты получают MPLS-заголовок, содержащий 20-битный идентификатор соединения или метку. Если интернет-провайдер устанавливает длительное соединение для передачи крупных объемов данных, MPLS часто остается невидимым для клиентов. Однако сейчас он становится все более необходимым в случаях, когда на первый план выходит качество предоставляемого сервиса, а также для решения других задач, связанных с обменом данными. К обсуждению MPLS мы еще вернемся далее в этой главе.