Файл: Алгоритмы маршрутизации.pdf

Рисунок 2. Распределение битов адресного пространства

В таблице 3 указаны номера регионов, соответствующие им двоичные биты в IP-адресе, маски и диапазоны адресов.

Таблица 3

Диапазоны адресов регионов

Очевидно, что адреса для каждого кампуса выделяются из диапазона адресов того региона, к которому относится данный кампус. В таблице 4приведено распределение адресов для кампусов первого региона. В остальных регионах распределение адресов между кампусами производится аналогично.

Таблица 4

Диапазоны адресов кампусов первого региона

2.2. Выбор и обоснование используемых протоколов

Появление новой версии протокола IP (IPv6, в настоящее время используется IPv4) обусловлено целым рядом причин. Одна из основных - стремительный рост всемирной сети Интернет. Фундаментальным принципом построения сетей на основе протокола IP, необходимым для правильной маршрутизации и доставки пакетов, является уникальность сетевых адресов, т.е. каждый IP-адрес может принадлежать только одному устройству. На сегодняшний день остались невыделенными около 1 400 000 000 адресов из возможных 4 294 967 296, то есть примерно 30%, чего должно хватить на несколько лет, а может быть и более. Дефицит адресов пока выражается в основном в том, что, адрес класса A не смог бы получить никто. Таких адресов может существовать всего 128 (формат: 0, адрес сети - 7 бит, адрес хоста - 24 бита), но каждый из них содержит 16 777 216 адресов. Однако появившиеся в последнее время новые устройства для доступа в Интернет и развитие цифрового телевидения, которое собирается превратить каждый телевизор в интернет-устройство, могут быстро исчерпать имеющиеся запасы неиспользованных адресов. Если в компьютерных сетях для выхода в Интернет могут применяться технологии типа NAT (Network Address Translation, — преобразование сетевого адреса), при которой для взаимодействия с окружающей средой используется всего несколько уникальных адресов, предоставляемых, возможно, провайдером, а внутри локальной сети адресация может быть достаточно произвольной, то для сетевого телевизора этот способ не подходит, так как каждому устройству требуется свой уникальный адрес.

Кроме всего прочего, новые возможности предъявляют к протоколам сетевого уровня, каковым является IP, совершенно новые требования в части легкости получения и смены адресов, полностью автоматического конфигурирования (представьте себе домохозяйку, настраивающую DNS своего телевизора). Если новый протокол не появится своевременно, то фирмы-провайдеры начнут внедрять свои собственные, что может привести к невозможности гарантированного соединения «всех со всеми». Открытый протокол, удовлетворяющий требованиям необходимого адресного пространства, легкости конфигурирования и маршрутизации, способный работать совместно с имеющимся IPv4, поможет сохранить способность к соединению между собой любых устройств, поддерживающих IP, при наличии новых возможностей, которые основаны на анализе использования IPv4. Кроме того, остается еще одна проблема: уникальность адреса вовсе не означает, что устройство будет правильно функционировать. Адреса нужны в первую очередь не для того, чтобы «всех пересчитать», а для правильной маршрутизации при доставке пакетов. Таким образом, для беспрепятственного роста Интернета необходимо не только наличие свободных адресов, но и определенная методика их выделения, позволяющая решить проблему масштабируемости. Сведение к минимуму накладных расходов на маршрутизацию является сегодня одной из основных проблем, и ее важность будет возрастать в дальнейшем по мере роста Сети. Просто присвоить устройству адрес недостаточно, необходимо еще обеспечить условия для правильной маршрутизации с минимальными накладными расходами.

Некоторую аналогию можно провести с телефонными номерами — первым идет код страны, за ним код города, а затем собственно номер, состоящий, в свою очередь, из кода АТС и собственно номера абонента. История нового протокола восходит к концу 1992 года. Именно тогда IETF (Internet Engineering Task Force — рабочая группа по технической поддержке Интернет) приступила к анализу данных, необходимых для разработки нового протокола IP. К концу 1994 года был утвержден рекомендательный стандарт и разработаны все необходимые для реализации протокола вспомогательные стандарты и документы. IPv6 является новой версией старого протокола, разработанной таким образом, чтобы обеспечить совместимость и «мягкий» переход, не приуроченный к конкретной дате и не требующий одновременных действий всех участников. По некоторым прогнозам, совместное существование двух протоколов будет продолжаться до десяти и более лет. Учитывая то обстоятельство, что среди выделенных типов адресов IPv6 имеется специальный тип адреса, эмулирующий адрес IPv4, можно ожидать относительно спокойного перехода, не сопровождающегося крупными неудобствами и неприятностями. Фактически на одном компьютере могут работать оба протокола, каждый из которых подключается по мере необходимости.

Однако использование старых адресов не является выходом из положения, поэтому протокол IPv6 предусматривает специальные возможности по присвоению новых адресов и их замене без вмешательства (или при минимальном вмешательстве) персонала. Для этого предусмотрена привязка к компьютеру не IP-адреса, а интерфейса. Сам же интерфейс может иметь несколько адресов, принадлежащих к трем категориям: действительный, прошлый, недействительный. При замене адреса «на лету» новый адрес становится действительным, а старый — прошлым. Все вновь осуществляемые соединения производятся при помощи действительного адреса, но уже имеющиеся продолжаются по прошлому адресу. Через некоторое время, которое может быть выбрано достаточно большим, чтобы гарантировать полный разрыв всех соединений по прошлому адресу, он переходит в категорию недействительных. Таким образом, практически гарантируется автоматическая замена адреса без участия персонала. Для полностью гарантированной автоматической замены адреса потребовалось бы внесение изменений в протоколы TCP и UDP, которые не входят в состав IP. Замена адресов осуществляется двумя способами — явным и неявным. Явный способ использует соответствующим образом, доработанный протокол DHCP. Неявный способ не требует наличия сервера DHCP, а использует адрес подсети, получаемый от соседей и мостов. В качестве адреса хоста используется просто MAC-адрес хоста, т.е. адрес, используемый на канальном уровне. Этот способ, при всем своем изяществе, по понятным причинам не может присваивать адреса, совместимые с IPv4, и поэтому в переходный период его применение будет ограничено. К сожалению, механизм выделения новых адресов не затрагивает таких аспектов, как обновление базы данных DNS, адресов серверов DNS, конфигурации маршрутизаторов и фильтров, а также тех приложений «клиент-сервер», которые используют привязку к адресу, что делает полную замену адресов локальной сети не менее трудоемким мероприятием, чем при применении IPv4.

Протокол IPv6 предполагает также значительные улучшения при работе в локальной сети. Единый протокол NDP (Neighbor Discovery Protocol - протокол распознавания соседей) заменяет используемые в IPv4 протоколы ARP, ICMP и значительно расширяет их функциональные возможности. Вместо широковещательных пакетов канального уровня протокола ARP используются групповые сообщения (multicast), то есть адресованные всем членам подсети, причем не на канальном, а на сетевом уровне, что должно значительно снизить широковещательный трафик, являющийся бичом локальных сетей Ethernet. Усовершенствованы функции протокола ICMP, что облегчает работу разных подсетей в одном физическом сегменте. Включен механизм распознавания неисправных маршрутизаторов, что позволяет повысить устойчивость к сбоям оборудования. В дополнение к имевшимся ранее двум типам адресации - Unicast и Multicast (доставке уникальному получателю или группе получателей) - добавлен третий, Anycast, при котором осуществляется доставка любому получателю из группы. Существенное отличие нового протокола от старого заключается в том, что длина адресной части составляет 128 бит — в четыре раза больше, чем 32 бита у IPv4. Чтобы представить эту величину, достаточно сказать, что на каждом квадратном метре поверхности суши и моря можно разместить примерно 6,7х1023 адресов. Из заголовка пакета IP изъяты как некоторые неиспользуемые поля, что позволило сократить издержки, связанные с их обработкой, и уменьшить размер заголовка (он длиннее, чем у IPv4, всего в два раза, несмотря на учетверенный размер адресной части).

2.3. Выбор и обоснование решений по техническому и программному обеспечению сети

В качестве основного активного оборудования выбран Маршрутизатор ASUS RT-AC5300.

Богатый функционал маршрутизатора, включая технологию беспроводных сетей 802.11n (проект), обеспечивает максимальную производительность беспроводной сети.

Двухъядерный Broadcom BCM4709C0, работающий на частоте 1,4 ГГц дополнен 512 МБ оперативной памяти и 128 МБ флэш-памяти. Также в чипе используются контроллеры USB 2.0 и USB 3.0 для реализации соответствующих портов роутера.

Устройство оборудовано тремя радиоблоками Broadcom BCM4366. В диапазоне 2,4 ГГц поддерживаются стандарты до 802.11n включительно, а максимальная скорость соединения составляет 1000 Мбит/с. Для не совместимых с технологией Broadcom NitroQAM клиентов она меньше — «всего» 600 Мбит/с. В диапазоне 5 ГГц при работе с 802.11ac ситуация аналогичная — до 2167 Мбит/с для «правильных» клиентов и до 1734 Мбит/с для остальных. Если же говорить о массовых устройствах с одной, двумя и тремя антеннами, то для них скорости соединения составят 433, 867 и 1300 Мбит/с соответственно. Два радиоблока в диапазоне 5 ГГц работают с разными наборами каналов — для первого можно выбрать 36—64, а для второго — 100—116 и 132—140.

Как и ранее отметим, что технология MU-MIMO для данной модели формально заявлена, однако текущие версии прошивок ее не поддерживают, да и клиентов мы таких пока не видели.

Поскольку центральный процессор имеет только два порта PCIe, то для подключения трех радиоблоков по этому интерфейсу на плате дополнительно установлен коммутатор ASMedia ASM1182e. Какие конкретно чипы разделяют общий порт процессора неизвестно, однако учитывая их скоростные характеристики маловероятно, что такая схема будет негативно влиять на производительность роутера.

Встроенный в процессор сетевой коммутатор поддерживает пять гигабитных портов, что позволяет реализовать стандартную схему 1×WAN+4×LAN. Отметим, что в данной модели также есть возможность объединения первого и второго портов LAN по стандарту 802.3ad LACP для увеличения скорости и/или надежности соединения при наличии у пользователя соответствующего оборудования.

Как и следовало ожидать для такой мощной начинки, обе стороны печатной платы закрыты несколькими радиаторами, что позволяет обеспечить требуемый режим работы. Отметим также наличие на плате консольного разъема, который в данном случае не очень важен, поскольку в прошивке есть доступ к консоли через telnet и ssh.

Характеристики:

• Высокая скорость передачи данных по беспроводной сети - DIR-655 при взаимодействии с другими беспроводными клиентами 802.11n поддерживает скорость передачи данных до 300Мбит/с*. Это обеспечивает возможность работы с приложениями в реальном времени, включая потоковое видео, игры on-line и передачу аудио в реальном времени. Производительность этого беспроводного маршрутизатора 802.11n дает возможность организовать сеть, обеспечивающую большую скорость передачи по сравнению с устройствами 802.11g.
• Совместимость с устройствами (802.11b) (802.11g) (802.11n) (802.11ac) Расширенные функции межсетевого экрана - Web-интерфейс пользователя позволяет настроить расширенные функции управления сетью, включая:

Большая зона охвата сети Wi-Fi. Наличие в данном маршрутизаторе восьми антенн в конфигурации 4х4 (прием и передача данных, соответственно) означает большую зону покрытия беспроводной сети Wi-Fi. Уверенной передаче радиосигнала также способствует технология «формирования луча» AiRadar.

• RT-AC5300 – это маршрутизатор, рассчитанный на одновременное обслуживание множества клиентских устройств. Например, его пропускной способности хватит для передачи сразу нескольких потоков видео в формате Full-HD. Такие отменные скоростные качества станут особенно важны в ближайшем будущем по мере того, как в современных домах будет появляться все больше бытовых цифровых устройств с сетевым доступом, таких как IP-камеры, термостаты и т.д.

Три частотных диапазона. ASUS RT-AC5300 – это, фактически, три маршрутизатора в одном корпусе. Два работают в диапазоне 5 ГГц (на скорости до 2167 Мбит/с каждый), а третий - в диапазоне 2,4 МГц (1000 Мбит/с), причем все это функционирует одновременно, обеспечивая высочайшую скорость передачи данных, которая необходима для комфортной игры через интернет, просмотра потокового видео в высоком разрешении и быстрого скачивания файлов на каждом устройстве домашней сети.

• С помощью функции Link Aggregation можно объединить два проводных сетевых порта, а именно порты номер 1 и 2, в один суперскоростной (до 2 Гбит/с) при помощи двух кабелей Gigabit Ethernet5. Такое сверхскоростное соединение будет полезным, например, для подключения сетевого хранилища данных.

Адаптивная функция QoS. С помощью функции QoS пользователь может задать приоритет использования сетевого соединения, выбрав один из предустановленных режимов. Например, в режиме одиночной игры вся пропускная способность маршрутизатора будет выделена под игровое приложение, чтобы минимизировать задержки при передаче данных.