2.4.6.Маршрутизація

Більшість промислових мереж функціонують і описані в контексті фізичного, канального та прикладного рівнів. Тим не менше ряд промислових мереж підтримують можливість сегментації на мережному рівні.

Основною функцією мережного рівня є забезпечення передачі кадру з одного фізичного сегменту в інший, навіть якщо ці сегменти відрізняються своєю архітектурою. Вузли, які займаються цією передачею називають маршрутизаторами. Об’єднання сегментів в цьому випадку будемо називати інтермережею, а самі сегменти – підмережею. Маршрутизатори одночасно підключаються до декількох мереж, тобто мають вихід на декілька фізичних ліній зв’язку. Їх задача отримати пакет з однієї мережі, по необхідності розбити на частини і відправити в іншу мережу по іншій лінії у відповідності з маршрутною таблицею. У маршрутній таблиці міститься інформація про те, яким чином можна попасти в необхідну мережу (мережі). Слід наголосити, що це дуже спрощена схема функціонування, яка не враховує багатьох особливостей.

Розглянемо функціонування інтермережі на декількох прикладах. На рис.2.12 зображені 6 мереж, об’єднаних в одну інтермережу. У середині широкомовних мереж (з #1 по #5) кожен вузол має свою адресу, передбачену протоколом канального рівня для цієї мережі. Цією адресою користуються інші вузли цієї ж мережі для обміну даними. Але для вузлів інших мереж ця адреса не має ніякого значення! Для адресації вузлів в інтермережі використовується своя система, визначена на мережному рівні. Надалі, адресу, визначену на мережному рівні будемо називати мережною адресою, хоч правильніше б було назвати її міжмережною адресою. На рисунку мережі з #1 по #6 можуть бути різні за природою, але використовують спільний протокол на мережному рівні і єдину міжмережну систему адресації. Таким чином кожний вузол, окрім MAC-адреси на канальному рівні (на рисунку показані на вузлах маленьким шрифтом) має ще унікальну в середині інтермережі мережну адресу. Слід нагадати, що мережний рівень оперує пакетами, в яких і розміщується адреса отримувача і відправника.

Приклад 2.8. Основні концепції. Маршрутизація 1.

Завдання. Пояснити яким чином відправляється запит від Процесу вузла з мережною адресою 1.1 на вузол 1.3 (рис.2.12), якщо система адресації побудована таким чином, що один байт виділяється під номер мережі, а один байт під номер станції в мережі, тобто використовується двохбайтова система адресації. Це значить, якщо вузол має позначення 1.2, то він являє собою станцію 2 в мережі 1 (в першому байті адреси буде значення 1, а в другому – 2).

Рішення. Як бачимо, ці вузли знаходяться в одній мережі. Але сутності, вищих за мережний рівень (наприклад транспортна сутність) в даному випадку не вміють працювати з канальним рівнем, щоб напряму відправити кадр на МАС-адресу 103. Їм без різниці знаходиться вузол з адресою 1.3 в локальній мережі, чи в іншій мережі. Верхній рівень просто передає дані для відправки і значення адреси отримувача. Розглянемо як може формуватися кадр на вузлі відправника з адресою 1.1 (рис.2.13).

Сутність, яка вище мережного рівня (наприклад, транспортна сутність) сформувала дані для передачі на вузол 1.3. Через інтерфейс мережного рівня вона передала «що» відправляти і «куди» відправляти. Сутність мережного рівня бачить, що номер мережі отримувача співпадає з власним номером мережі (свою адресу вона знає). Отже необхідно знайти МАС-адресу отримувача і відправити пакет безпосередньо йому. В нашій мережі мережна сутність кожного вузла має таблицю відповідності, в якій вона знаходить відповідну МАС-адресу до заданої мережної. Разом з МАС-адресою отримувача, вона передає сформований пакет канальному рівню. Той в свою чергу вставляє в заголовок свою адресу та адресу отримувача, а в кінцевик – контрольну суму.

 

Приклад 2.9. Основні концепції. Маршрутизація 2  

Завдання. Пояснити яким чином відправляється запит від Процесу вузла з мережною адресою 1.1 на вузол 2.3 (рис.2.12).
Рішення. В цьому випадку мережна сутність бачить, що адреса отримувача лежить не в зоні її досяжності. В такому випадку вона відправляє кадр маршрутизатору М1, який має МАС-адресу 105. Кадр, який буде направлений маршрутизатору буде виглядіти так як показано на рис.2.14. Як бачимо, адреса отримувача в пакеті залишилась 2.3, хоча маршрутизатор має мережну адресу 1.4. Тим не менш кадр відправляэться на МАС-адресу маршрутизатора. Коли маршрутизатор отримає цей кадр, його мережна сутність побачить, що пакет в кадрі не призначений безпосередньо для неї, отже його треба відправити далі. Оскільки маршрутизатор підключений до декількох мереж, то він перевіряє, чи належить адреса отримувача в кадрі одній із цих мереж. М1 являється вузлом в мережах #1, #3, #4 і #6, а мережа отримувача - #2. Якби вони співпали то ситуація б пішла далі як у попередньому прикладі. Але у цьому випадку - маршрутизатор шукає в своїй маршрутній таблиці по мережі #2 наступний маршрутизатор, через який можна вийти на дану мережу. Запис буде знайдено з мережною адресою 6.2 (тобто М3). У своїй таблиці відповідності по цій адресі М1 знаходить лінію зв’язку, це буде лінія 2. Далі він вилучає повністю пакет, інкапсулює його в кадр, і відправляє по мережі #6. Мережа #6 має інший формат кадру і не потребує адресації на канальному рівні
Коли маршрутизатор М3 отримує кадр, він виявляє, що підключений до тієї мережі, куди повинен попасти пакет (тобто #2). Знаходить в таблиці відповідності необхідну лінію зв’язку (2) та по мережній адресі необхідну МАС-адресу (теж 2), вилучає пакет і інкапсулює пакет в кадр з цією адресою. 

 

Приклад 2.10 Основні концепції. Маршрутизація 3

Завдання. Пояснити яким чином відправляється запит від Процесу вузла з мережною адресою 1.1 вузлу з адресою 5.2 (рис.2.12).

Рішення. Все сказано в прикладі 2.9 підходить і для цього випадку, окрім одного кроку. Оскільки мережа #6 представляє собою на фізичному рівні з’єднання точка-точка, адресація на канальному рівні тут не потрібна, тому в попередньому прикладі достатньо було знайти лінію зв’язку (канал). Але в нашому випадку на каналі 4 два маршрутизотора. Тому, окрім номера лінії треба ще вказати МАС-адресу маршрутизотора.

 У розглянутих прикладах показаний один з принципів маршрутизації, який навмисно, для його простоти, не враховує багато нюансів. На практиці використовуються дещо схожі алгоритми, наприклад в протоколі IP, на якому базується Internet. В промислових мережах можуть використовуватись зовсім інші підходи, але мета залишається та сама – прозорий обмін пакетами між однорідними або різнорідними мережами.

Разом з маршрутизацією пакетів, мережний рівень підтримує ще ряд сервісів:

- маршрутизація пакетів;
- побудова маршрутних таблиць;
- роздача мережних адрес.






Comments