Giao thức định tuyến trong mạng máy tính. Giao thức định tuyến IP. Những câu hỏi cần xem xét
Giao thức định tuyến nội bộ RIP
Giao thức định tuyến này được thiết kế cho các mạng tương đối nhỏ và tương đối đồng nhất. Tuyến đường được đặc trưng bởi một vectơ khoảng cách đến đích. Mỗi bộ định tuyến được coi là điểm bắt đầu của nhiều tuyến đường đến các mạng mà nó liên kết. Mô tả các tuyến đường này được lưu trữ trong một bảng đặc biệt gọi là bảng định tuyến. Bảng định tuyến RIP chứa một mục nhập cho mỗi máy đang được phục vụ (cho mỗi tuyến đường). Mục nhập phải bao gồm:
- Địa chỉ IP đích.
- Số liệu lộ trình (từ 1 đến 15; số bước tới đích).
- Địa chỉ IP của bộ định tuyến (cổng) gần nhất trên đường đến đích.
- Bộ định thời lộ trình.
Định kỳ (cứ sau 30 giây), mỗi bộ định tuyến sẽ phát một bản sao bảng định tuyến của nó tới tất cả các bộ định tuyến lân cận mà nó được kết nối trực tiếp. Bộ định tuyến đích tra cứu bảng. Nếu có một đường dẫn mới trong bảng hoặc một thông báo về một tuyến đường ngắn hơn hoặc có những thay đổi về độ dài đường dẫn thì những thay đổi này sẽ được người nhận ghi lại trong bảng định tuyến của nó. Giao thức RIP phải có khả năng xử lý ba loại lỗi:
Các tuyến đường tuần hoàn.
Để ngăn chặn sự mất ổn định, RIP nên sử dụng một giá trị nhỏ cho số bước tối đa có thể (không quá 16).
Việc phân phối thông tin định tuyến chậm trên mạng tạo ra vấn đề khi tình hình định tuyến thay đổi linh hoạt (hệ thống không theo kịp các thay đổi). Giới hạn số liệu nhỏ sẽ cải thiện khả năng hội tụ nhưng không loại bỏ được vấn đề.
Giao thức trạng thái liên kết OSPF
Giao thức OSPF (Open Shortest Path Firs) là một triển khai thuật toán trạng thái liên kết (được áp dụng năm 1991) và có nhiều tính năng được thiết kế để sử dụng trong các mạng không đồng nhất lớn.
Giao thức OSPF tính toán các tuyến đường trên mạng IP trong khi vẫn bảo toàn các giao thức khác để trao đổi thông tin định tuyến.
Các bộ định tuyến được kết nối trực tiếp được gọi là "hàng xóm". Mỗi bộ định tuyến lưu trữ thông tin về trạng thái mà nó nghĩ hàng xóm của nó đang ở. Bộ định tuyến dựa vào các bộ định tuyến lân cận và chỉ chuyển tiếp các gói dữ liệu tới chúng nếu tin chắc rằng chúng hoạt động đầy đủ. Để tìm hiểu trạng thái kết nối, các bộ định tuyến lân cận thường trao đổi các tin nhắn HELLO ngắn.
Để phân phối thông tin trạng thái liên kết trên toàn mạng, các bộ định tuyến trao đổi các loại tin nhắn khác nhau. Những thông báo này được gọi là quảng cáo liên kết bộ định tuyến - một thông báo về các liên kết bộ định tuyến (chính xác hơn là về trạng thái của các liên kết). Các bộ định tuyến OSPF không chỉ trao đổi các quảng cáo kết nối của chính họ mà còn của những người khác, cuối cùng nhận được thông tin về trạng thái của tất cả các kết nối trong mạng. Thông tin này tạo thành một biểu đồ về các kết nối mạng, tất nhiên là giống nhau đối với tất cả các bộ định tuyến trên mạng.
Giao thức BGP
Sơ đồ chung về cách thức hoạt động của BGP như sau. Bộ định tuyến BGP của các hệ thống lân cận quyết định trao đổi thông tin định tuyến sẽ thiết lập kết nối với nhau bằng giao thức BGP và trở thành hàng xóm BGP (BGP ngang hàng).
Tiếp theo, BGP sử dụng một phương pháp được gọi là vectơ đường dẫn, đây là sự phát triển của phương pháp vectơ khoảng cách. Hàng xóm BGP gửi (thông báo, quảng cáo) vectơ đường dẫn cho nhau. Vectơ đường dẫn, không giống như vectơ khoảng cách, không chỉ chứa địa chỉ mạng và khoảng cách đến nó mà còn chứa địa chỉ mạng và danh sách các thuộc tính (thuộc tính đường dẫn) mô tả các đặc điểm khác nhau của tuyến đường từ bộ định tuyến gửi đến mạng được chỉ định. Sau đây, để ngắn gọn, chúng tôi sẽ gọi một tập hợp dữ liệu bao gồm địa chỉ mạng và các thuộc tính của đường dẫn đến mạng này là tuyến đường đến mạng này.
Triển khai BGP
Một cặp hàng xóm BGP thiết lập kết nối với nhau bằng giao thức TCP, cổng 179. Các hàng xóm thuộc các AS khác nhau phải có thể truy cập trực tiếp với nhau; đối với các láng giềng từ cùng một AS thì không có hạn chế nào như vậy, vì giao thức định tuyến nội bộ sẽ đảm bảo tính khả dụng của tất cả các tuyến đường cần thiết giữa các nút của một hệ thống tự trị.
Luồng thông tin trao đổi giữa các hàng xóm BGP qua TCP bao gồm một chuỗi các thông báo BGP. Độ dài tin nhắn tối đa là 4096 octet, tối thiểu là 19. Có 4 loại tin nhắn.
IP là viết tắt của Internet Protocol và phiên bản 4 của giao thức này hiện là phổ biến nhất. IPv4 được xác định thông qua RFC 791.
Trong OSI, nó là giao thức lớp mạng (thứ 3). Tôi xin nhắc bạn rằng cấp độ này nhằm xác định đường truyền dữ liệu.
IPv4 sử dụng chuyển mạch gói. Trong trường hợp này, tin nhắn được truyền ban đầu được chia thành các phần nhỏ (gói), được truyền độc lập qua mạng.
Ngoài ra, IPv4 không đảm bảo việc phân phối gói tin hoặc không có sự trùng lặp. Đây được gọi là “phân phối nỗ lực tốt nhất” (trái ngược với phân phối được đảm bảo). Theo đó, các tác vụ này được chuyển sang các giao thức cấp cao hơn, ví dụ như TCP.
Địa chỉ
IPv4 xác định người gửi và người nhận bằng địa chỉ 32 bit, giới hạn số lượng địa chỉ có thể ở mức 4.294.967.296. Từ số này, IPv4 dành các dải địa chỉ đặc biệt được gọi là riêng tư (~18 triệu) và multicast (~270 triệu).
Địa chỉ thường được viết dưới dạng bốn octet thập phân có dấu chấm, ví dụ: 198.51.100.25 tương ứng với số C6336419 16.
Khi sử dụng không gian địa chỉ toàn cầu, cần phân biệt giữa các địa chỉ có sẵn trong địa phương mạng vật lý không yêu cầu định tuyến và các địa chỉ được đặt trên mạng khác. Trong trường hợp sau, các gói được gửi đến bộ định tuyến, bộ định tuyến này phải chuyển tiếp chúng thêm.
Trong các phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn, octet đầu tiên được sử dụng để xác định mạng, phần còn lại - để xác định nút. Rõ ràng là 256 mạng là không đủ. Do đó, các lớp mạng đã được giới thiệu:
| Lớp học | Bit đầu tiên | Độ dài địa chỉ mạng | Độ dài địa chỉ nút |
|---|---|---|---|
| MỘT | 0 | 8 | 24 |
| B | 10 | 16 | 16 |
| C | 110 | 24 | 8 |
| D | 1110 | không áp dụng | không áp dụng |
| E | 1111 | không áp dụng | không áp dụng |
| Lớp học | Bắt đầu phạm vi | Cuối phạm vi |
|---|---|---|
| MỘT | 0.0.0.0 | 127.255.255.255 |
| B | 128.0.0.0 | 191.255.255.255 |
| C | 192.0.0.0 | 223.255.255.255 |
| D | 224.0.0.0 | 239.255.255.255 |
| E | 240.0.0.0 | 255.255.255.255 |
Lớp D được dành riêng cho multicast, lớp E chỉ được dành riêng “để đề phòng”.
Độ dài của địa chỉ mạng và độ dài của địa chỉ nút được xác định bởi các bit đầu tiên của địa chỉ. Từ khoảng năm 1985, nơi này cũng bị bỏ hoang. Lý do cho điều này là nhiều tổ chức yêu cầu nhiều địa chỉ hơn mạng lớp C được cung cấp và nhận bởi mạng lớp B. Tuy nhiên, mạng lớp B đã vượt quá yêu cầu của tổ chức nhiều lần.
Các lớp mạng đã được thay thế bằng mặt nạ mạng. Đây là mặt nạ bit chỉ định bit nào của địa chỉ dành riêng cho mạng và bit nào dành riêng cho máy chủ. Theo quy ước tiêu chuẩn, mặt nạ phải được điền từ trái sang phải để địa chỉ mạng luôn ở mức bit quan trọng nhất. Điều này cho phép bạn chỉ định độ dài địa chỉ mạng, thay vì toàn bộ mặt nạ mạng.
Ví dụ: 192.0.2.0/24 có nghĩa là 24 bit đầu tiên (ba octet) là địa chỉ mạng và phần còn lại là địa chỉ máy chủ. /24 tương đương với netmask 255.255.255.0.
Việc sử dụng mặt nạ mạng được mô tả trong RFC 1517.
Nhiều tiêu chuẩn cũng dành các phạm vi địa chỉ khác nhau cho các nhu cầu đặc biệt.
| Phạm vi | Sự miêu tả | RFC |
|---|---|---|
| 0.0.0.0/8 | Mạng hiện tại (địa chỉ nguồn) | 6890 |
| 10.0.0.0/8 | Mạng riêng tư | 1918 |
| 100.64.0.0/10 | Không gian địa chỉ dùng chung CGN | 6598 |
| 127.0.0.0/8 | Quay lại | 6890 |
| 169.254.0.0/16 | Tự động cấu hình | 3927 |
| 172.16.0.0/12 | Mạng riêng tư | 1918 |
| 192.0.0.0/24 | Bài tập giao thức IETF | 6890 |
| 192.0.2.0/24 | Tài liệu và ví dụ 1 | 5737 |
| 192.88.99.0/24 | Chuyển tiếp ipv6 sang ipv4 | 3068 |
| 192.168.0.0/16 | Mạng riêng tư | 1918 |
| 198.18.0.0/15 | Kiểm tra băng thông mạng | 2544 |
| 198.51.100.0/24 | Tài liệu và ví dụ 2 | 5737 |
| 203.0.113.0/24 | Tài liệu và ví dụ 3 | 5737 |
| 224.0.0.0/4 | Đa phương tiện | 5771 |
| 240.0.0.0/4 | Kín đáo | 1700 |
| 255.255.255.255 | Yêu cầu phát sóng | 919 |
Địa chỉ máy chủ cũng được bảo lưu, ở dạng biểu diễn nhị phân bao gồm số 0 (biểu thị toàn bộ mạng, dành riêng) và số 1 (yêu cầu phát sóng cho một mạng nhất định).
Ví dụ: 203.0.113.0 nghĩa là (trong văn bản) mạng 203.0.113.0/24 và 203.0.113.255 là yêu cầu quảng bá tới mạng này.
Định dạng gói
Gói bao gồm một tiêu đề và dữ liệu. IP không liên quan đến bất kỳ việc kiểm tra tính toàn vẹn nào. Giao thức cơ bản (ví dụ: Ethernet) đã cung cấp khả năng kiểm tra tính toàn vẹn ở lớp liên kết dữ liệu và giao thức cấp cao hơn (ví dụ: TCP) thực hiện điều đó ở lớp dữ liệu.
Phiên bản, 4 bit Trường tiêu đề đầu tiên. Trong IPv4, nó có giá trị 0010 2, tức là 4. Độ dài tiêu đề, 4 bit Số lượng từ 32 bit trong tiêu đề. Giá trị tối thiểu là 5, tương ứng với độ dài tiêu đề là 20 byte. Tối đa - 15, độ dài tiêu đề 60 byte. DSCP hoặc ToS – loại dịch vụ, 6 bit Xác định mức độ ưu tiên cho VoIP. ECN, 2 bit Cờ tắc nghẽn mạng rõ ràng. Cần có sự hỗ trợ từ cả hai phía (thu và truyền). Khi nhận được cờ này, tốc độ truyền sẽ giảm. Nếu cờ không được hỗ trợ, các gói sẽ bị loại bỏ. Tổng chiều dài, 16 bit Tổng chiều dài của gói tính bằng byte, bao gồm tiêu đề và dữ liệu. Độ dài tối thiểu là 20, tối đa là 65535. Nhận dạng, 16 bit Được sử dụng để nhận dạng duy nhất một datagram. Vì có thể cần phải chia gói thành các phần nhỏ hơn khi truyền qua các mạng khác nhau nên trường này dùng để xác định các phần thuộc cùng một gói. Cờ, 3 bit
Cờ bit:
- Dành riêng, luôn là 0
- Đừng phân mảnh. Nếu việc truyền gói tiếp theo yêu cầu phân mảnh, gói sẽ bị loại bỏ.
- Nhiều mảnh vỡ hơn. Đối với các gói bị phân mảnh, tất cả trừ gói cuối cùng đều có cờ này được đặt thành 1.
- 1 - ICMP
- 6 - TCP
- 17 - UDP
Hiếm khi được sử dụng. Bao gồm các khối dữ liệu tiêu đề. Tiêu đề tùy chọn dài 8-16 bit và bao gồm các trường sau:
- Loại tùy chọn, 8 bit - trường xác định loại tùy chọn đó. Giá trị “0” có nghĩa là kết thúc danh sách các tùy chọn. Tổng cộng có 26 mã được đăng ký.
- Độ dài, 8 bit – kích thước của toàn bộ tùy chọn tính bằng bit, bao gồm cả tiêu đề. Đối với một số loại tùy chọn có thể không có sẵn.
ARP
IP xác định địa chỉ logic. Tuy nhiên, để gửi gói qua mạng Ethernet, bạn cũng cần biết địa chỉ vật lý của nút đích (hoặc bộ định tuyến). ARP được sử dụng để ánh xạ cái này sang cái khác.
ARP (Giao thức phân giải địa chỉ) chính thức là giao thức lớp mạng (thứ 3) trong mô hình OSI, mặc dù trên thực tế nó đảm bảo sự tương tác giữa lớp 2 và 3. ARP được triển khai cho nhiều cặp giao thức Lớp 2 và Lớp 3 khác nhau.
Bản thân giao thức được xây dựng trên sơ đồ phản hồi yêu cầu đơn giản. Hãy xem xét một ví dụ cụ thể.
Ví dụ: nếu máy chủ A có địa chỉ logic 198.51.100.1 (trên mạng 198.51.100.0/24) muốn gửi một gói đến máy chủ B, có địa chỉ logic 198.51.100.2, nó sẽ gửi một giao thức Lớp 2 (trong trường hợp này là Ethernet) yêu cầu với thông báo được đóng gói Một ARP hỏi các nút mạng địa chỉ vật lý của nút có địa chỉ logic 198.51.100.2 là gì và chứa địa chỉ logic và vật lý của nút A. Nút B, nhìn thấy địa chỉ logic của chính nó trong yêu cầu, sẽ gửi phản hồi tới nút A tại địa chỉ logic và vật lý nhận được trong yêu cầu. Kết quả truy vấn được lưu trữ.
Thông báo ARP có cấu trúc như sau:
Giao thức vật lý (HTYPE), giao thức Lớp 2 2 byte được sử dụng. Ethernet có ID là 1. Giao thức logic (PTYPE), giao thức Lớp 3 dài 2 byte được sử dụng. Tương ứng với EtherTypes. IPv4 có ID là 0x0800. Độ dài địa chỉ vật lý (HLEN), 1 byte Độ dài địa chỉ vật lý tính bằng octet, cho Ethernet – 6 Độ dài địa chỉ logic (PLEN), 1 byte Độ dài địa chỉ logic tính bằng octet, cho IPv4 – 4 Hoạt động (OPER), 2 byte 1 cho yêu cầu, 2 để có câu trả lời và nhiều tùy chọn khác cho phần mở rộng giao thức. Địa chỉ vật lý của người gửi (SHA), byte HLEN Trong yêu cầu - địa chỉ của người yêu cầu. Phản hồi chứa địa chỉ của nút được yêu cầu. Địa chỉ người gửi logic (SPA), byte PLEN
Địa chỉ vật lý của người nhận (THA), byte HLEN bị bỏ qua trong yêu cầu. Phản hồi chứa địa chỉ của người yêu cầu. Địa chỉ logic của máy thu (TPA), byte PLEN
Thông thường, các máy chủ mạng cũng gửi tin nhắn ARP khi thay đổi địa chỉ IP hoặc khi bật. Thông thường, điều này được triển khai dưới dạng yêu cầu APR trong đó TPA=SPA và THA=0. Một tùy chọn khác là phản hồi ARP trong đó TPA=SPA và THA=SHA.
Ngoài ra, ARP có thể được sử dụng để phát hiện xung đột địa chỉ logic (với SPA=0).
Có các phần mở rộng giao thức thực hiện các hoạt động ngược lại, InARP (ARP nghịch đảo), nhận địa chỉ L3 từ địa chỉ L2 và RARP, lấy địa chỉ L3 của nút yêu cầu.
RARP được sử dụng để tự động cấu hình địa chỉ L3. Sau đó được thay thế bằng BOOTP và sau đó là DHCP.
Định tuyến trong mạng IPv4
Thuật toán định tuyến cơ bản trong mạng IPv4 được gọi là thuật toán chuyển tiếp.
Nếu có địa chỉ đích D và tiền tố mạng N thì
- Nếu N khớp với tiền tố mạng của nút hiện tại, hãy gửi dữ liệu qua liên kết cục bộ.
- Nếu có tuyến cho N trong bảng định tuyến, hãy gửi dữ liệu đến bộ định tuyến bước nhảy tiếp theo.
- Nếu có tuyến mặc định, hãy gửi dữ liệu bước nhảy tiếp theo đến bộ định tuyến mặc định
- Nếu không - một lỗi.
Bảng định tuyến là bảng ánh xạ địa chỉ mạng và địa chỉ bộ định tuyến bước nhảy tiếp theo cho các mạng này. Vì vậy, ví dụ: một nút có địa chỉ 198.51.100.54/24 có thể có bảng định tuyến sau: 203.0.113.0/24
| Điểm đến | Cổng vào | Thiết bị |
|---|---|---|
| 198.51.100.0/24 | 0.0.0.0 | eth0 |
| 203.0.113.0/24 | 198.51.100.1 | eth0 |
| 0.0.0.0/0 | 203.0.113.1 | eth0 |
Về cơ bản, tuyến đường cũng được gắn với thiết bị mạng mà dữ liệu phải được gửi đi.
Nếu có thể tiếp cận một nút thông qua nhiều tuyến đường thì tuyến đường có mặt nạ mạng dài hơn (tức là cụ thể hơn) sẽ được chọn. Chỉ có thể có một tuyến đường mặc định.
Ví dụ: nút 198.51.100.54/24 có bảng định tuyến:
| Điểm đến | Cổng vào | Thiết bị |
|---|---|---|
| 198.51.100.0/24 | 0.0.0.0 | eth0 |
| 203.0.113.0/24 | 198.51.100.1 | eth0 |
| 203.0.113.224/27 | 198.51.100.5 | eth0 |
Giao thức RIP (Giao thức thông tin định tuyến) là một trong những giao thức lâu đời nhất để trao đổi thông tin định tuyến nhưng nó vẫn cực kỳ phổ biến trong mạng máy tính. Ngoài phiên bản RIP dành cho mạng TCP/IP, còn có phiên bản RIP dành cho mạng Novell IPX/SPX.
Trong giao thức này, tất cả các mạng đều có số (cách hình thành số này tùy thuộc vào giao thức lớp mạng được sử dụng trong mạng) và tất cả các bộ định tuyến đều có mã định danh. Giao thức RIP sử dụng rộng rãi khái niệm "vectơ khoảng cách". Vectơ khoảng cách là một tập hợp các cặp số, là số lượng mạng và khoảng cách đến chúng tính bằng bước nhảy.
Các vectơ khoảng cách được các bộ định tuyến truyền lặp đi lặp lại trên toàn mạng và sau một vài bước, mỗi bộ định tuyến sẽ có thông tin về các mạng mà nó có thể tiếp cận và khoảng cách tới chúng. Nếu kết nối với bất kỳ mạng nào bị mất, bộ định tuyến sẽ lưu ý thực tế này bằng cách gán giá trị tối đa có thể cho phần tử của vectơ tương ứng với khoảng cách đến mạng này, có ý nghĩa đặc biệt - “không có kết nối”. Giá trị này trong giao thức RIP là số 16.
Hình 8.1 cho thấy một mạng ví dụ bao gồm sáu bộ định tuyến có ID từ 1 đến 6 và sáu mạng từ A đến F, được hình thành bởi các liên kết điểm-điểm trực tiếp.
Cơm. 8.1. Trao đổi thông tin định tuyến qua giao thức RIP
Hình này hiển thị thông tin ban đầu có trong cơ sở dữ liệu cấu trúc liên kết của bộ định tuyến 2, cũng như thông tin trong cùng một cơ sở dữ liệu sau hai lần lặp lại việc trao đổi các gói định tuyến giao thức RIP. Sau một số lần lặp nhất định, Bộ định tuyến 2 sẽ biết khoảng cách đến tất cả các mạng Internet và nó có thể có một số tùy chọn thay thế để gửi gói đến mạng đích. Trong ví dụ của chúng tôi, đặt mạng đích là mạng D.
Khi cần gửi một gói đến Mạng D, bộ định tuyến sẽ xem qua cơ sở dữ liệu tuyến đường của nó và chọn cổng có khoảng cách ngắn nhất đến mạng đích (trong trường hợp này là cổng kết nối nó với Bộ định tuyến 3).
Để thích ứng với những thay đổi về trạng thái của các liên kết và thiết bị, một bộ đếm thời gian được liên kết với mỗi mục trong bảng định tuyến. Nếu một tin nhắn mới xác nhận tuyến đường này không đến trong thời gian chờ, nó sẽ bị xóa khỏi bảng định tuyến.
Khi sử dụng giao thức RIP, thuật toán lập trình động heuristic Bellman-Ford hoạt động và giải pháp được tìm thấy với sự trợ giúp của nó không phải là tối ưu nhưng gần tối ưu. Ưu điểm của giao thức RIP là tính toán đơn giản, nhược điểm là tăng lưu lượng khi gửi các gói quảng bá định kỳ và tính không tối ưu của tuyến tìm thấy.
Hình 8.2 minh họa trường hợp mạng hoạt động không ổn định khi sử dụng giao thức RIP khi cấu hình thay đổi - đường truyền liên lạc của bộ định tuyến M1 với mạng 1 bị lỗi. Khi kết nối này hoạt động, bảng định tuyến của mỗi bộ định tuyến chứa một mục về số mạng 1 và khoảng cách tương ứng với nó.
Cơm. 8.2. Một ví dụ về hoạt động mạng không ổn định khi sử dụng giao thức RIP
Khi mất kết nối với mạng 1, bộ định tuyến M1 lưu ý rằng khoảng cách đến mạng này đã trở thành 16. Tuy nhiên, sau một thời gian nhận được thông báo định tuyến từ bộ định tuyến M2 rằng khoảng cách từ nó đến mạng 1 là 2 bước nhảy, bộ định tuyến M1 sẽ tăng lên khoảng cách này tăng thêm 1 và lưu ý rằng Mạng 1 có thể truy cập được thông qua Bộ định tuyến 2. Do đó, gói dành cho Mạng 1 sẽ lưu thông giữa Bộ định tuyến M1 và M2 cho đến khi bản ghi Mạng 1 của Bộ định tuyến 2 hết hạn và nó chuyển tiếp thông tin đó đến bộ định tuyến M1.
Để loại bỏ những tình huống như vậy, thông tin định tuyến về mạng mà bộ định tuyến đã biết sẽ không được truyền đến bộ định tuyến mà nó đến.
Có những trường hợp khác phức tạp hơn về hoạt động không ổn định của các mạng sử dụng giao thức RIP khi có những thay đổi về trạng thái của các liên kết hoặc bộ định tuyến trên mạng.
Giao thức truyền dữ liệu TCP/IP
Internet, là mạng của các mạng và hợp nhất một số lượng lớn các mạng cục bộ, khu vực và công ty khác nhau, vận hành và phát triển thông qua việc sử dụng một giao thức truyền dữ liệu TCP/IP duy nhất. Thuật ngữ TCP/IP bao gồm tên của hai giao thức:
- Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) - giao thức truyền tải;
- Giao thức Internet (IP) là một giao thức định tuyến.
Giao thức định tuyến. Giao thức IP đảm bảo việc truyền thông tin giữa các máy tính trên mạng. Hãy xem xét hoạt động của giao thức này tương tự như việc truyền thông tin bằng thư thông thường. Để lá thư đến được đích dự kiến, địa chỉ của người nhận (thư gửi cho ai) và địa chỉ của người gửi (thư đến từ ai) được ghi rõ trên phong bì.
Tương tự, thông tin được truyền qua mạng được “đóng gói trong một phong bì” trên đó “ghi” địa chỉ IP của máy tính của người nhận và người gửi, ví dụ “Tới: 198.78.213.185”, “Từ: 193.124.5.33”. Nội dung của phong bì trong ngôn ngữ máy tính được gọi là gói IP và là một tập hợp byte.
Trong quá trình chuyển tiếp những bức thư thông thường, trước tiên chúng được chuyển đến bưu điện gần người gửi nhất, sau đó được chuyển dọc theo chuỗi bưu điện đến bưu điện gần người nhận nhất. Tại các bưu cục trung gian, các lá thư được sắp xếp, nghĩa là xác định một lá thư cụ thể sẽ được gửi đến bưu điện tiếp theo.
Các gói IP trên đường đến máy tính người nhận cũng đi qua nhiều máy chủ Internet trung gian nơi hoạt động được thực hiện trên đó. lộ trình. Kết quả của việc định tuyến là các gói IP được gửi từ máy chủ Internet này sang máy chủ Internet khác, dần dần tiếp cận máy tính người nhận.
Giao thức Internet (IP) cung cấp định tuyến các gói IP, nghĩa là phân phối thông tin từ máy tính gửi đến máy tính nhận.
Xác định đường đi cho thông tin đi qua.“Địa lý” của Internet khác biệt đáng kể so với địa lý mà chúng ta quen thuộc. Tốc độ lấy thông tin không phụ thuộc vào khoảng cách của máy chủ Web mà phụ thuộc vào số lượng máy chủ trung gian và chất lượng của đường truyền (dung lượng của chúng) mà thông tin được truyền từ nút này sang nút khác.
Bạn có thể làm quen với lộ trình thông tin trên Internet khá đơn giản. Chương trình đặc biệt tracert.exe, được bao gồm trong Windows, cho phép bạn theo dõi máy chủ nào và thông tin về độ trễ nào được truyền từ máy chủ Internet đã chọn sang máy tính của bạn.
Hãy xem cách truy cập thông tin được triển khai ở phần "Moscow" của Internet tới một trong những máy chủ tìm kiếm phổ biến nhất trên Internet Nga www.rambler.ru.
Xác định đường đi của thông tin
2. Trong cửa sổ Phiên MS-DOSđể đáp lại lời nhắc của hệ thống để nhập lệnh.
3. Sau một thời gian, dấu vết truyền thông tin sẽ xuất hiện, tức là danh sách các nút mà thông tin được truyền đến máy tính của bạn và thời gian truyền giữa các nút.
 |
Theo dõi lộ trình truyền thông tin cho thấy máy chủ www.rambler.ru nằm ở “khoảng cách” cách chúng tôi 7 điểm chuyển tiếp, tức là thông tin được truyền qua sáu máy chủ Internet trung gian (thông qua máy chủ của các nhà cung cấp Moscow MTU-Inform và Demos ). Tốc độ truyền thông tin giữa các nút khá cao, một lần “chuyển tiếp” mất từ 126 đến 138 ms.
Giao thức vận chuyển. Bây giờ hãy tưởng tượng rằng chúng ta cần gửi một bản thảo nhiều trang qua đường bưu điện, nhưng bưu điện không chấp nhận bưu kiện, bưu kiện. Ý tưởng rất đơn giản: nếu bản thảo không vừa với phong bì bưu điện thông thường, nó phải được tháo rời thành nhiều tờ và gửi thành nhiều phong bì. Trong trường hợp này, các tờ của bản thảo phải được đánh số để người nhận biết sau này các tờ này sẽ được ghép theo trình tự nào.
Tình trạng tương tự thường xảy ra trên Internet khi các máy tính trao đổi các tập tin lớn. Nếu bạn gửi toàn bộ một tập tin như vậy, nó có thể “tắc nghẽn” kênh liên lạc trong thời gian dài, khiến việc gửi các tin nhắn khác không thể truy cập được.
Để ngăn chặn điều này xảy ra, trên máy tính gửi cần chia file lớn thành nhiều phần nhỏ, đánh số và vận chuyển thành các gói IP riêng biệt đến máy tính nhận. Trên máy tính người nhận, cần phải tập hợp file nguồn từ các phần riêng lẻ theo đúng trình tự.
Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP), nghĩa là giao thức truyền tải, đảm bảo rằng các tệp được chia thành các gói IP trong quá trình truyền và các tệp được tập hợp trong quá trình nhận.
Điều thú vị là đối với giao thức IP chịu trách nhiệm định tuyến, các gói này hoàn toàn không liên quan đến nhau. Do đó, gói IP cuối cùng có thể vượt qua gói IP đầu tiên trên đường đi. Có thể ngay cả lộ trình giao hàng cho những gói hàng này cũng sẽ hoàn toàn khác nhau. Tuy nhiên, TCP sẽ đợi gói IP đầu tiên và tập hợp tệp nguồn theo đúng trình tự.
Xác định thời gian trao đổi gói IP. Thời gian trao đổi gói IP giữa máy tính cục bộ và máy chủ Internet có thể được xác định bằng tiện ích ping, một phần của hệ điều hành Windows. Tiện ích gửi bốn gói IP đến địa chỉ được chỉ định và hiển thị tổng thời gian truyền và nhận cho mỗi gói.
Xác định thời gian trao đổi gói IP
1. Kết nối Internet, nhập lệnh [Programs-MS-DOS Session].
2. Trong cửa sổ Phiên MS-DOSđể đáp lại lời nhắc của hệ thống để nhập lệnh.
3. Trong cửa sổ Phiên MS-DOS Kết quả kiểm tra tín hiệu trong bốn lần thử sẽ được hiển thị. Thời gian phản hồi đặc trưng cho các thông số tốc độ của toàn bộ chuỗi đường truyền từ máy chủ đến máy tính cục bộ.
 |
Những câu hỏi cần xem xét
1. Điều gì đảm bảo hoạt động tích hợp của mạng máy tính toàn cầu Internet?
Nhiệm vụ thực tế
4.5. Theo dõi lộ trình thông tin từ một trong những máy chủ tìm kiếm Internet phổ biến nhất www.yahoo.com, nằm ở phân khúc Internet “Mỹ”.
4.6. Xác định thời điểm trao đổi gói IP với máy chủ www.yahoo.com.
Hoặc cửa ngõ, là một nút mạng có một số giao diện IP (chứa địa chỉ MAC và địa chỉ IP riêng) được kết nối với các mạng IP khác nhau, dựa trên việc giải quyết vấn đề định tuyến, chuyển hướng các gói dữ liệu từ mạng này sang mạng khác để phân phối từ người gửi đến người nhận.
Chúng là máy tính chuyên dụng hoặc máy tính có nhiều giao diện IP, hoạt động của chúng được điều khiển bằng phần mềm đặc biệt.
Định tuyến trong mạng IP
Định tuyến được sử dụng để nhận gói từ một thiết bị và chuyển tiếp gói đó qua mạng tới thiết bị khác qua các mạng khác. Nếu không có bộ định tuyến trên mạng thì việc định tuyến không được hỗ trợ. Bộ định tuyến định tuyến lưu lượng truy cập (chuyển tiếp) tới tất cả các mạng tạo nên mạng nội bộ.
Để định tuyến một gói, bộ định tuyến phải có thông tin sau:
- Địa chỉ đích
- Một bộ định tuyến lân cận mà từ đó nó có thể tìm hiểu về các mạng từ xa
- Đường dẫn có sẵn tới tất cả các mạng từ xa
- Đường dẫn tốt nhất đến từng mạng từ xa
- Phương pháp duy trì và kiểm tra thông tin định tuyến
Bộ định tuyến tìm hiểu về các mạng từ xa từ các bộ định tuyến lân cận hoặc từ quản trị viên mạng. Sau đó, bộ định tuyến sẽ xây dựng bảng định tuyến mô tả cách tìm các mạng từ xa.
Nếu mạng được kết nối trực tiếp với bộ định tuyến, nó đã biết cách định tuyến gói đến mạng đó. Nếu mạng không được kết nối trực tiếp, bộ định tuyến phải học (tìm hiểu) đường dẫn truy cập vào mạng từ xa bằng cách sử dụng định tuyến tĩnh (quản trị viên nhập thủ công vị trí của tất cả các mạng vào bảng định tuyến) hoặc sử dụng định tuyến động.
Định tuyến động là một quy trình giao thức định tuyến xác định cách thiết bị giao tiếp với các bộ định tuyến lân cận. Router sẽ cập nhật thông tin về từng mạng mà nó học được. Nếu có thay đổi xảy ra trong mạng, giao thức định tuyến động sẽ tự động thông báo cho tất cả các bộ định tuyến về thay đổi đó. Nếu sử dụng định tuyến tĩnh, quản trị viên hệ thống sẽ phải cập nhật bảng định tuyến trên tất cả các thiết bị.
Định tuyến IP là một quy trình đơn giản giống nhau trên các mạng thuộc mọi quy mô. Ví dụ: hình minh họa quá trình tương tác từng bước giữa máy chủ A và máy chủ B trên mạng khác. Trong ví dụ, người dùng máy A yêu cầu địa chỉ IP của máy B bằng ping. Các thao tác tiếp theo không đơn giản nên chúng ta hãy xem xét chúng chi tiết hơn:
- Tại dòng lệnh người dùng nhập ping 172.16.20.2. Trên máy chủ A, một gói được tạo bằng các giao thức lớp mạng và ICMP.
- IP gọi ARP để tìm ra mạng đích cho gói bằng cách xem địa chỉ IP và mặt nạ mạng con của máy chủ A. Đây là yêu cầu tới máy chủ từ xa, tức là. gói không được dành cho máy chủ trên mạng cục bộ, vì vậy gói phải được chuyển tiếp đến bộ định tuyến để được chuyển tiếp đến mạng từ xa mong muốn.
- Để máy chủ A gửi gói đến bộ định tuyến, máy chủ phải biết địa chỉ phần cứng của giao diện bộ định tuyến được kết nối với mạng cục bộ. Lớp mạng chuyển địa chỉ đích của gói và phần cứng đến lớp liên kết dữ liệu để đóng khung và chuyển tiếp đến máy chủ cục bộ. Để có được địa chỉ phần cứng, máy chủ sẽ tra cứu vị trí đích trong bộ nhớ của chính nó, được gọi là bộ đệm ARP.
- Nếu địa chỉ IP chưa được truy cập và không có trong bộ đệm ARP, máy chủ sẽ gửi một chương trình phát ARP để tra cứu địa chỉ phần cứng tại địa chỉ IP 172.16.10.1. Đây là lý do tại sao yêu cầu Ping đầu tiên thường hết thời gian chờ, nhưng bốn yêu cầu còn lại sẽ thành công. Khi một địa chỉ được lưu vào bộ nhớ đệm, thường không có thời gian chờ.
- Bộ định tuyến phản hồi và báo cáo địa chỉ phần cứng của giao diện Ethernet được kết nối với mạng cục bộ. Bây giờ máy chủ có tất cả thông tin để chuyển tiếp gói đến bộ định tuyến qua mạng cục bộ. Lớp mạng chuyển gói xuống để tạo yêu cầu tiếng vang ICMP (Ping) ở lớp liên kết dữ liệu, nối thêm gói với địa chỉ phần cứng mà máy chủ sẽ gửi gói. Gói có địa chỉ IP nguồn và đích cùng với chỉ báo loại gói (ICMP) trong trường giao thức lớp mạng.
- Lớp liên kết dữ liệu tạo thành một khung đóng gói gói cùng với thông tin điều khiển cần thiết để chuyển tiếp qua mạng cục bộ. Thông tin này bao gồm địa chỉ phần cứng nguồn và đích, cũng như giá trị trong trường loại do giao thức lớp mạng đặt (đây sẽ là trường loại vì IP sử dụng khung Ethernet_II theo mặc định). Hình 3 cho thấy một khung được tạo ở lớp liên kết và được chuyển tiếp qua phương tiện cục bộ. Hình 3 hiển thị tất cả thông tin cần thiết để liên lạc với bộ định tuyến: địa chỉ phần cứng nguồn và đích, địa chỉ IP nguồn và đích, dữ liệu và tổng kiểm tra CRC khung nằm trong trường FCS (Trình tự kiểm tra khung).
- Lớp liên kết của máy chủ A chuyển tiếp khung tới lớp vật lý. Ở đó, số 0 và số 1 được mã hóa thành tín hiệu số và sau đó được truyền qua mạng vật lý cục bộ.
- Tín hiệu đến giao diện Ethernet 0 của bộ định tuyến, giao diện này được đồng bộ hóa với phần mở đầu tín hiệu số để lấy khung. Sau khi xây dựng khung, giao diện bộ định tuyến sẽ kiểm tra CRC và khi kết thúc nhận khung, so sánh giá trị nhận được với nội dung của trường FCS. Ngoài ra, nó còn kiểm tra quá trình truyền tải xem có bị phân mảnh và xung đột phương tiện hay không.
- Địa chỉ phần cứng đích được kiểm tra. Vì nó khớp với địa chỉ của bộ định tuyến nên trường loại khung sẽ được phân tích để xác định việc cần làm tiếp theo với gói dữ liệu này. Trường loại chỉ định giao thức IP, do đó bộ định tuyến sẽ chuyển gói đến quy trình giao thức IP đang chạy trên bộ định tuyến. Khung bị xóa. Gói gốc (được tạo bởi máy chủ A) được đặt trong bộ đệm của bộ định tuyến.
- Giao thức IP xem xét địa chỉ IP đích trong gói để xác định xem gói có được gửi đến chính bộ định tuyến hay không. Vì địa chỉ IP đích là 172.16.20.2 nên bộ định tuyến xác định từ bảng định tuyến của nó rằng mạng 172.16.20.0 được kết nối trực tiếp với giao diện Ethernet 1.
- Bộ định tuyến chuyển tiếp gói từ bộ đệm đến giao diện Ethernet 1. Bộ định tuyến cần đóng khung gói đó để chuyển tiếp gói đến máy chủ đích. Trước tiên, bộ định tuyến sẽ kiểm tra bộ đệm ARP của nó để xác định xem địa chỉ phần cứng đã được giải quyết trong các tương tác trước đó với mạng nhất định hay chưa. Nếu địa chỉ không có trong bộ đệm ARP, bộ định tuyến sẽ gửi yêu cầu phát ARP đến giao diện Ethernet 1 để tra cứu địa chỉ phần cứng cho địa chỉ IP 172.16.20.2.
- Máy chủ B phản hồi yêu cầu ARP bằng địa chỉ phần cứng của bộ điều hợp mạng của nó. Giao diện Ethernet 1 của bộ định tuyến hiện có mọi thứ cần thiết để chuyển tiếp gói đến đích cuối cùng. Hình minh họa một khung được tạo bởi bộ định tuyến và truyền qua mạng vật lý cục bộ.
Khung được tạo bởi giao diện Ethernet 1 của bộ định tuyến có địa chỉ phần cứng nguồn từ giao diện Ethernet 1 và địa chỉ phần cứng đích cho bộ điều hợp mạng máy chủ B. Điều quan trọng cần lưu ý là, bất chấp những thay đổi về địa chỉ phần cứng nguồn và đích, trên mỗi bộ định tuyến giao diện đã gửi gói, nguồn và đích của địa chỉ IP không bao giờ thay đổi. Gói không được sửa đổi theo bất kỳ cách nào, nhưng các khung được thay đổi.
- Máy B nhận khung và kiểm tra CRC. Nếu kiểm tra thành công, khung sẽ bị loại bỏ và gói được chuyển sang giao thức IP. Nó phân tích địa chỉ IP đích. Vì địa chỉ IP đích giống với địa chỉ được đặt trong Máy chủ B nên giao thức IP sẽ kiểm tra trường giao thức để xác định đích của gói.
- Gói của chúng tôi chứa yêu cầu tiếng vang ICMP, do đó Máy chủ B tạo phản hồi tiếng vang ICMP mới với địa chỉ IP nguồn bằng Máy chủ B và địa chỉ IP đích bằng Máy chủ A. Quá trình bắt đầu lại nhưng theo hướng ngược lại. Tuy nhiên, địa chỉ phần cứng của tất cả các thiết bị dọc theo đường dẫn của gói đã được biết trước, vì vậy tất cả các thiết bị sẽ có thể lấy địa chỉ phần cứng của giao diện từ bộ đệm ARP của riêng chúng.
Trong các mạng lớn, quy trình này tương tự, nhưng gói sẽ phải di chuyển nhiều bước nhảy hơn trên đường đến máy chủ đích.
bảng định tuyến
Trong ngăn xếp TCP/IP, các bộ định tuyến và nút cuối đưa ra quyết định về việc ai sẽ chuyển gói đến để phân phối thành công gói đó đến nút đích, dựa trên cái gọi là bảng định tuyến.
Bảng này là một ví dụ điển hình của bảng định tuyến sử dụng địa chỉ IP mạng cho mạng được hiển thị trong hình.
Bảng định tuyến cho Router 2
Bảng hiển thị bảng định tuyến nhiều tuyến, vì nó chứa hai tuyến đến mạng 116.0.0.0. Trong trường hợp xây dựng bảng định tuyến một tuyến, chỉ cần chỉ định một đường dẫn đến mạng 116.0.0.0 dựa trên giá trị số liệu thấp nhất.
Như bạn có thể dễ dàng thấy, một số tuyến đường với các tham số khác nhau được xác định trong bảng. Bạn cần đọc từng mục như vậy trong bảng định tuyến như sau:
Để gửi gói đến mạng có địa chỉ từ trường Địa chỉ mạng và mặt nạ từ trường Mặt nạ mạng, bạn cần gửi gói từ giao diện có địa chỉ IP từ trường Giao diện đến địa chỉ IP từ trường Địa chỉ cổng và “chi phí” của việc phân phối đó sẽ bằng số từ trường Số liệu.
Trong bảng này, cột "Địa chỉ mạng đích" cho biết địa chỉ của tất cả các mạng mà bộ định tuyến này có thể truyền gói tin tới. Ngăn xếp TCP/IP áp dụng cách tiếp cận được gọi là một bước nhảy để tối ưu hóa tuyến chuyển tiếp gói (định tuyến bước nhảy tiếp theo) - mỗi bộ định tuyến và nút cuối chỉ tham gia chọn một bước truyền gói. Do đó, mỗi dòng của bảng định tuyến không biểu thị toàn bộ tuyến đường dưới dạng một chuỗi địa chỉ IP của bộ định tuyến mà gói phải đi qua mà chỉ có một địa chỉ IP - địa chỉ của bộ định tuyến tiếp theo mà gói phải được truyền đến. Cùng với gói tin, trách nhiệm chọn chặng định tuyến tiếp theo sẽ được chuyển sang bộ định tuyến tiếp theo. Cách tiếp cận một bước để định tuyến có nghĩa là một giải pháp phân tán cho vấn đề lựa chọn tuyến đường. Điều này loại bỏ hạn chế về số lượng bộ định tuyến chuyển tuyến tối đa dọc theo đường dẫn của gói.
Để gửi một gói đến bộ định tuyến tiếp theo, cần phải biết địa chỉ cục bộ của nó, nhưng trong ngăn xếp TCP/IP, thông thường chỉ sử dụng địa chỉ IP trong bảng định tuyến để duy trì định dạng chung của chúng, độc lập với loại mạng trên Internet. Để tìm địa chỉ cục bộ từ một địa chỉ IP đã biết, bạn phải sử dụng giao thức ARP.
Định tuyến một bước có một ưu điểm khác - nó cho phép bạn giảm kích thước của bảng định tuyến trong các nút cuối và bộ định tuyến bằng cách sử dụng cái gọi là tuyến mặc định (0.0.0.0), thường chiếm dòng cuối cùng trong bảng định tuyến, làm số mạng đích. Nếu có một mục như vậy trong bảng định tuyến thì tất cả các gói có số mạng không có trong bảng định tuyến sẽ được gửi đến bộ định tuyến được chỉ định trong dòng mặc định. Do đó, các bộ định tuyến thường lưu trữ thông tin hạn chế về mạng Internet trong bảng của chúng, chuyển tiếp các gói tin cho các mạng khác tới cổng và bộ định tuyến mặc định. Bộ định tuyến mặc định được coi là chuyển tiếp gói đến đường trục và các bộ định tuyến được kết nối với đường trục có đầy đủ kiến thức về thành phần của Internet.
Ngoài tuyến mặc định, có thể có hai loại mục nhập đặc biệt trong bảng định tuyến - một mục về tuyến đường dành riêng cho máy chủ và một mục về địa chỉ của các mạng được kết nối trực tiếp với các cổng của bộ định tuyến.
Tuyến dành riêng cho máy chủ chứa địa chỉ IP đầy đủ thay vì số mạng, nghĩa là địa chỉ có thông tin khác 0 không chỉ trong trường số mạng mà còn trong trường số máy chủ. Giả định rằng đối với một nút cuối như vậy, tuyến đường phải được chọn khác với tất cả các nút khác trong mạng mà nó thuộc về. Trong trường hợp bảng chứa các bản ghi khác nhau về việc chuyển tiếp gói cho toàn bộ mạng N và nút riêng lẻ của nó có địa chỉ N,D, khi gói có địa chỉ đến nút N,D đến, bộ định tuyến sẽ ưu tiên bản ghi cho N, D.
Các mục trong bảng định tuyến liên quan đến các mạng được kết nối trực tiếp với bộ định tuyến chứa các số 0 (“được kết nối”) trong trường “Số liệu”.
Thuật toán định tuyến
Yêu cầu cơ bản đối với thuật toán định tuyến:
- sự chính xác;
- sự đơn giản;
- độ tin cậy;
- sự ổn định;
- Sự công bằng;
- sự tối ưu.
Có nhiều thuật toán khác nhau để xây dựng bảng định tuyến một bước. Chúng có thể được chia thành ba lớp:
- thuật toán định tuyến đơn giản;
- thuật toán định tuyến cố định;
- thuật toán định tuyến thích ứng.
Bất kể thuật toán nào được sử dụng để xây dựng bảng định tuyến, kết quả công việc của họ đều có một định dạng duy nhất. Do đó, trong cùng một mạng, các nút khác nhau có thể xây dựng các bảng định tuyến theo thuật toán riêng của chúng, sau đó trao đổi dữ liệu còn thiếu với nhau do định dạng của các bảng này là cố định. Do đó, bộ định tuyến sử dụng thuật toán định tuyến thích ứng có thể cung cấp cho nút cuối sử dụng thuật toán định tuyến cố định thông tin đường dẫn đến mạng mà nút cuối không biết gì về nó.
Định tuyến dễ dàng
Đây là phương pháp định tuyến không thay đổi khi cấu trúc liên kết và trạng thái của mạng truyền dữ liệu (DTN) thay đổi.
Định tuyến đơn giản được cung cấp bởi các thuật toán khác nhau, điển hình là các thuật toán sau:
- Định tuyến ngẫu nhiên là việc truyền một thông báo từ một nút theo bất kỳ hướng nào được chọn ngẫu nhiên, ngoại trừ các hướng mà nút đó nhận được thông báo.
- Định tuyến tràn ngập là việc truyền tải một thông báo từ một nút theo mọi hướng ngoại trừ hướng mà thông báo đến nút đó. Định tuyến này đảm bảo thời gian phân phối gói ngắn, nhưng lại làm suy giảm thông lượng.
- Định tuyến dựa trên kinh nghiệm trước đó - mỗi gói có một bộ đếm cho số lượng nút được truyền, trong mỗi nút giao tiếp, bộ đếm được phân tích và tuyến đường tương ứng với giá trị tối thiểu của bộ đếm được ghi nhớ. Thuật toán này cho phép bạn thích ứng với những thay đổi trong cấu trúc liên kết mạng, nhưng quá trình thích ứng diễn ra chậm và không hiệu quả.
Nói chung, định tuyến đơn giản không cung cấp khả năng truyền gói tin định hướng và có hiệu quả thấp. Ưu điểm chính của nó là đảm bảo mạng hoạt động ổn định trong trường hợp có sự cố ở các phần khác nhau của mạng.
Định tuyến cố định
Thuật toán này được sử dụng trong các mạng có cấu trúc liên kết kết nối đơn giản và dựa trên việc biên soạn thủ công bảng định tuyến của quản trị viên mạng. Thuật toán thường hoạt động hiệu quả đối với các đường trục của các mạng lớn, vì bản thân đường trục có thể có cấu trúc đơn giản với các đường dẫn tốt nhất rõ ràng để các gói đi theo các mạng con được gắn vào đường trục; các thuật toán sau được phân biệt:
- Định tuyến cố định một đường dẫn là khi một đường dẫn duy nhất được thiết lập giữa hai người đăng ký. Một mạng có định tuyến như vậy không ổn định khi xảy ra lỗi và quá tải.
- Định tuyến cố định nhiều đường dẫn - một số đường dẫn có thể được thiết lập và đưa ra quy tắc chọn đường dẫn. Hiệu quả của việc định tuyến như vậy sẽ giảm khi tải tăng. Nếu bất kỳ đường truyền nào bị lỗi thì cần phải thay đổi bảng định tuyến; để làm được điều này, một số bảng được lưu trữ trong mỗi nút truyền thông.
Định tuyến thích ứng
Đây là loại thuật toán định tuyến chính được các bộ định tuyến sử dụng trong các mạng hiện đại có cấu trúc liên kết phức tạp. Định tuyến thích ứng dựa trên thực tế là các bộ định tuyến trao đổi định kỳ thông tin cấu trúc liên kết đặc biệt về các mạng có sẵn trên Internet, cũng như về các kết nối giữa các bộ định tuyến. Thông thường, không chỉ cấu trúc liên kết được tính đến mà còn cả năng lực và tình trạng của chúng.
Các giao thức thích ứng cho phép tất cả các bộ định tuyến thu thập thông tin về cấu trúc liên kết của các kết nối trong mạng, xử lý nhanh chóng mọi thay đổi trong cấu hình kết nối. Các giao thức này được phân phối về bản chất, điều này được thể hiện ở chỗ không có bộ định tuyến chuyên dụng nào trong mạng có thể thu thập và tóm tắt thông tin cấu trúc liên kết: công việc này được phân phối giữa tất cả các bộ định tuyến, các thuật toán sau được phân biệt:
- Định tuyến thích ứng cục bộ - mỗi nút chứa thông tin về trạng thái liên kết, độ dài hàng đợi và bảng định tuyến.
- Định tuyến thích ứng toàn cầu dựa trên việc sử dụng thông tin nhận được từ các nút lân cận. Để thực hiện điều này, mỗi nút chứa một bảng định tuyến cho biết thời gian truyền tin nhắn. Dựa trên thông tin nhận được từ các nút lân cận, giá trị bảng được tính toán lại có tính đến độ dài hàng đợi trong chính nút đó.
- Định tuyến thích ứng tập trung - có một số nút trung tâm thu thập thông tin về trạng thái của mạng. Trung tâm này tạo ra các gói điều khiển chứa các bảng định tuyến và gửi chúng đến các nút truyền thông.
- Định tuyến thích ứng lai dựa trên việc sử dụng bảng được gửi định kỳ bởi trung tâm và phân tích độ dài hàng đợi từ chính nút đó.
Chỉ báo thuật toán (số liệu)
Bảng định tuyến chứa thông tin mà các chương trình chuyển mạch sử dụng để chọn tuyến đường tốt nhất. Điều gì đặc trưng cho việc xây dựng các bảng định tuyến? Bản chất của thông tin họ chứa là gì? Phần này về số liệu thuật toán cố gắng trả lời câu hỏi về cách thuật toán xác định liệu một tuyến đường có thích hợp hơn tuyến đường khác hay không.
Các thuật toán định tuyến sử dụng nhiều số liệu khác nhau. Các thuật toán định tuyến phức tạp có thể dựa vào nhiều số liệu khi chọn tuyến đường, kết hợp chúng theo cách sao cho kết quả là một số liệu kết hợp. Sau đây là các số liệu được sử dụng trong thuật toán định tuyến:
- Chiều dài tuyến đường.
- Độ tin cậy.
- Trì hoãn.
- Băng thông.
Chiều dài tuyến đường.
Độ dài tuyến đường là số liệu định tuyến phổ biến nhất. Một số giao thức định tuyến cho phép quản trị viên mạng ấn định giá tùy ý cho từng liên kết mạng. Trong trường hợp này, độ dài đường dẫn là tổng chi phí liên quan đến từng kênh được truyền qua. Các giao thức định tuyến khác xác định "số bước nhảy", một số liệu mô tả số chuyến đi mà một gói phải thực hiện trên đường từ nguồn đến đích thông qua các phần tử tổng hợp mạng (chẳng hạn như bộ định tuyến).
Độ tin cậy.
Độ tin cậy, trong bối cảnh thuật toán định tuyến, đề cập đến độ tin cậy của từng liên kết trong mạng (thường được mô tả dưới dạng tỷ lệ bit-to-lỗi). Một số liên kết mạng có thể bị lỗi thường xuyên hơn những liên kết khác. Lỗi của một số liên kết mạng có thể được giải quyết dễ dàng và nhanh chóng hơn so với lỗi của các liên kết khác. Khi ấn định xếp hạng độ tin cậy, mọi yếu tố độ tin cậy đều có thể được tính đến. Xếp hạng độ tin cậy thường được quản trị viên gán cho các kênh mạng. Theo quy định, đây là những giá trị số tùy ý.
Trì hoãn.
Độ trễ định tuyến thường đề cập đến khoảng thời gian cần thiết để một gói di chuyển từ nguồn đến đích trên mạng. Độ trễ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm băng thông của các liên kết trung gian trong mạng, hàng đợi tại cổng của mỗi bộ định tuyến dọc theo đường dẫn của gói, tắc nghẽn mạng trên tất cả các liên kết trung gian trong mạng và khoảng cách vật lý mà gói phải di chuyển. . Bởi vì có sự kết hợp của một số biến quan trọng nên độ trễ là thước đo phổ biến và hữu ích nhất.
Băng thông.
Băng thông đề cập đến dung lượng lưu lượng sẵn có của bất kỳ liên kết nào. Tất cả những thứ khác đều như nhau, kênh Ethernet 10 Mbps được ưu tiên hơn bất kỳ đường truyền thuê bao nào có băng thông 64 KB/s. Mặc dù băng thông là ước tính về dung lượng tối đa có thể đạt được của một liên kết, nhưng các tuyến đi qua các liên kết có băng thông cao hơn không nhất thiết phải tốt hơn các tuyến đi qua các liên kết chậm hơn.
