Propojování sítí a směrování

Důvody propojování / rozdělování sítí

zvětšení rozsahu:
- překonání fyzikálních omezení dosahu technologie lokální sítě
- propojení původně nezávislých sítí, i geograficky vzdálených
oddělení provozu:
- snížení zátěže sítě (kolize) i stanic (broadcasty)
- lepší odolnost proti poruchám (izolace poruch)
- bezpečnost (odposlouchávání, úmyslné rušení)

Prvky pro propojování sítí

LAN - rozbočovač (hub), most/přepínač (bridge/switch)

WAN - směrovač (router)

Směrování
- zasílání paketů nejkratší cestou sítí skok po skoku k cíli.
- zahrnuje problém hledání této nejkratší cesty

Most (bridge)

na 2. vrstvě OSI RM
v rámci jedné síťové technologie (LAN) - stejný formát rámce na všech rozhraních
mosty transparentní (samoučící) / zdrojové směrování
možnost konverze média, kódování, ...
hlavní parametry mostů: forwarding rate a filtering rate

Dnes aplikovány spíše přepínače
(transparentní most implementovaný hardwarově).

Samoučící (transparentní) most (self-learning bridge)

zasílá rámce podle tabulky se záznamy ve tvaru <MAC_adresa, port>
tabulku si buduje z příchozích rámců (podle zdrojové MAC adresy a příchozího portu)
záznamy v tabulce mají časově omezenou platnost (při příchodu rámce s jistou zdrojovou adresou z jistého portu se časovač příslušné položky tabulky resetuje)
rámce, jejichž cílová adresa v tabulce dosud není, se rozesílají na všechny porty (tzv. flooding)
rámce s cílovou adresou typu broadcast se rozesílají na všechny porty

"Plug-and-Play" zařízení, pro stanice je jeho přítomnost v síti transparentní.

Zdrojové směrování (source routing)

cestu rámce sítí určuje zdrojová stanice
v rámci explicitně uveden seznam segmentů, kterými má rámec projít
typicky použití v síti Token Ring - struktura propojených kruhů

Zdroj cestu získá tak, že před vysláním datového rámce cíli pošle "průzkumný rámec". Ten se šíří v síti všemi cestami a postupně do sebe sbírá seznam segmentů, kterými již prošel. Pro zamezení cirkulace se průzkumný rámec neodesílá se do segmentů sítě, jejichž identifikátor již v seznamu je. Cíl, který průzkumný rámec přijal, seznam segmentů otočí a pošle zpět zdroji (po již známé cestě). Zdroj může získat zpět několik odpovědí s možnými alternativními cestami k cíli, ty si uloží do cache. Pro zaslání datového rámce k cílové stanici volí jednu ze získaných cest, seznam segmentů na cestě k cíli vloží do hlavičky odesílaného datového rámce.

Problém cirkulace rámců v prostředí se smyčkami
(samoučící mosty)

V případě třech paralelních mostů počet rámců dokonce exponenciálně narůstá.

Řešení: Spanning Tree

mosty a přepínače implementují algoritmus normalizovány v 802.1d
neustálá automatická konstrukce stromu pokrývajícího celý graf sítě (spanning tree)
některý z portů linkách tvořících smyčky bude zablokován
v případě výpadku linky/portu se strom automaticky změní (odblokuje se některý doposud zablokovaný port)

Princip funkce:

volba kořenu stromu (root bridge)

podle nakonfigurovaných priorit, při shodě podle jednoznačného pevného Bridge ID

vytvoření stromu nejkratších (nejlevnějších) cest z každého mostu ke kořeni

preference linek lze ovlivnit nakonfigurováním cen
implicitně je cena nepřímo úměrná přenosové rychlosti linky
porty, které jsou součásí vytvořeného stromu, budou funkční (forwarding), ostatní blokovány (blocking).

root generuje co 2 sekundy zprávu BPDU ta se šíří po stromu dolů,
každý most kontroluje, zda BPDH na svém root portu (portu vedoucím ke kořeni) neustále slyší

algoritmus definuje přechodné stavy portů (learning, listening)
- pro zamezení smyčkám během přechodu na jiný strom
po výpadku přechod na nový strom do max. 50 sekund

Směrovač (router)

vzájemné propojení lokálních sítí na 3. vrstvě OSI RM
- i pro propojení LAN založených různých technologií (Ethernet, TokenRing, ...)
směruje pakety konkrétního síťového protokolu (nebo více protokolů)
- např. IP, IPX, AppleTalk, ...
na každém rozhraní (interface) musí být určena adresa připojené sítě a adresa rozhraní samotného
- u protokolu IP obojí dáno IP adresou rozhraní a maskou podsítě
pro každý příchozí paket ve směrovací tabulce najde podle adresy cílové sítě (obsažené v paketu), kterému sousednímu směrovači (next-hop) paket zaslat
- je-li cílová síť připojená ke směrovači přímo, zašle paket přímo cílové stanici
další funkce: snižování TTL-opatření proti smyčkám, přepočítávání checksum, fragmentace, ...

Obsah směrovacích tabulek buď definován staticky nebo zjišťován dynamicky komunikací s okolními směrovači s využitím směrovacího protokolu.

Poznámky:

Terminologická nejednoznačnost: v prostředí TCP/IP se směrovači původně říkalo "gateway" (někdy také i IMP - Internet Message Processor). Dnes pod gateway (bránou) rozumíme spíše prvek přemosťující protokoly na na 4.-7. vrstvě OSI RM.
směrovač může současně fungovat jako jednoduchý firewall - filtrace nežádoucího provozu
pro neznámé protokoly může směrovač fungovat jako most