Маршрутизатор (router)- сетевое устройство для объедения локальных сетей

Локальные сети могут строиться по разным топологиям с разными методами доступа среды передачи, использующие разные стандарты передачи информации. Локальные сети могут быть разнородными. Для объединения разнородных сетей применяется специальное сетевое устройство – маршрутизатор.

Маршрутизатор пересылает пакеты данных между разнородными локальными сетями, используя единый протокол обмена – протокол межсетевого обмены данными.

Такой протокол называется сетевым протоколом- (третьего уровня модели OSI). В коммутаторах стандартными являются протоколы канального уровня - (второго уровня).

Для физического соединения разнородных локальных сетей, в маршрутизаторах устанавливаются различного рода интерфейсы (порты), предназначенные для работы в различных средах передачи данных, с различными стандартами локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI) и на различных скоростях передачи данных.

Рис. 2.7. Соединение территориально разнесенных LAN сетей с помощью маршрутизаторов.

В настоящее время в качестве сетевого протокола, как правило, используется Интернет протокол –IP (Internet Protocol). Чтобы доставить пакет с информацией, из одной сети LAN в другую, маршрутизатор использует сетевой адрес в данном случае IP адрес, а также таблицу маршрутизации. Таблицы маршрутизации бывают динамическими и статическими. В первом случае таблицы маршрутизации создаются с помощью протоколов маршрутизации, во втором, администратор формирует таблицу вручную.

IP- адреса имеют формат 4-е байта IPv4 и новый стандарт IPv6 16-ть байт.

Новый стандарт IPv6 постепенно внедряется в сетевые технологии, но пока что активно используются IPv4. Адрес IPv4 пишется обычно по байтно: - каждый байт отделяется от соседнего точкой и значение каждого байта может быть от 0 до 255, например: 192.168.123.12 или 10.12.204.11. Пакеты данных между маршрутизаторами движутся на основании IP-протокола, при выходе пакета в локальную сеть (LAN) происходит инкапсуляция (вложение) пакета IP в кадр технологии LAN, если используется Ethernet, то соответственно в кадр Ethernet, если Token Ring, то в кадр технологии Token Ring. Далее данные доставляются этой технологией.

С помощью маршрутизаторов можно строить сети сложной, смешанной топологией.

Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI и не накладывают ограничений на топологию сети. Если для мостов и коммутаторов обязательно отсутствие петлевых маршрутов в сети (древовидная структура), то маршрутизатор работает в сетях с произвольной топологией и обеспечивает выбор оптимального маршрута для доставки пакетов.

Использование древовидной структуры для крупных сетей нерационально, т.к. в таком случае на корневой коммутатор (мост) приходится слишком большая нагрузка, а его отказ приводит к распадению сети на отдельные фрагменты и потере пользователями доступа к большому количеству ресурсов сети.

Маршрутизаторы обладают многими полезными функциями:

· Строить сети любой сложности и топологии, повышая надёжность сети в целом за счет резервных, обходных путей;

· С помощью протоколов маршрутизации, определять наиболее оптимальный маршрут доставки пакетов;

· Соединять локальные сети разной архитектуры и технологии, используя интерфейсы к любой физической среде доступа;

· Строить глобальные сети;

· Отфильтровать не нужный трафик, повышая безопасность сетей;

· Обеспечить доступ к общим ресурсам сети;

· Создавать централизованное управление сетью целого региона.

1.2 Семиуровневая модель OSI

Для единого представления данных в сетях с неоднородными устройствами и программным обеспечением международная организация по стандартам ISO (International Standardization Organization) разработала базовую модель связи открытых систем OSI (Open System Interconnection). Эта модель описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи. Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения. На рис. 2.8 представлена структура базовой модели.

Рис.2.8. Базовая эталонная модель OSI.

В стандартах ISO для обозначения единиц обмена данными, с которыми имеют дело протоколы разных уровней, используют общее название протокольная единица данных. (Protokol Data Unit, PDU). Для обозначения единиц обмена данными конкретных уровней часто используют специальные названия, в частности: сообщения, кадр, пакет, дейтаграмма, сегмент.

Каждый уровень моделиOSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети. Базовая модель является основой для разработки сетевых протоколов. OSI разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней, каждый из которых обслуживает различные части процесса области взаимодействия сетевых систем.

Модель ОSI
Тип данных	Уровень	Функции
Данные	7. Прикладной	Доступ к сетевым службам
6. Представления	Представление и кодирование данных
5. Сеансовый	Управление сеансом связи
Сегменты	4. Транспортный	Прямая связь между конечными пунктами и надежность
Пакеты	3. Сетевой	Определение маршрута и логическая адресация
Кадры	2. Канальный	Физическая адресация
Биты	1. Физический	Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными

Рассмотрим кратко три нижних уровня модели OSI.

Физический уровень. Самый нижний уровень модели OSI, предназначен для непосредственного взаимодействия с физической средой. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем (физической средой) и сетевым устройством.

Сетевой уровень		Передача данных на межсетевом уровне
Канальный уровень	LLC	управление логическим соединением (Logical Link Control, LLC).
MAC	управление доступом к среде передачи (Media Access Control, MAC)
Физический уровень		Передача информации по физической среде (кабель, беспроводная физ. среда)

Канальный уровень (data link layer) второй уровень модели OSI- является первым уровнем, который работает в режиме коммутации пакетов. На этом уровне PDU обычно носит название кадр (frame). Этот уровень определяет логическую топологию сети, правила получения доступа к среде передачи данных, решает вопросы, связанные с адресацией физических устройств в рамках логической сети и управлением передачей информации (синхронизация передачи и сервис соединений) между сетевыми устройст-вами (LLC). Для взаимодействия с физической средой - передача и прием кадров используются MAC – подуровень с MAC адресацией, а для взаимодействия с вышестоящим – сетевым уровнем, используются подуровень LLC. Остальные уровни модели OSI будут рассмотрены далее по курсу лекций и лабораторных работ.

1.3 Программный продукт Packet Tracer (PT)

Программный продукт Packet Tracer (PT)— являетсясимулятором сети передачи данных, разработанное фирмой Cisco Systems в рамках программы Сетевых академий Cisco. Packet Tracer позволяет имитировать работу различных сетевых устройств: маршрутизаторов, коммутаторов, точек беспроводного доступа, персональных компьютеров, сетевых принтеров, IP-телефонов и т.д.

С помощью Packet Tracer можно создавать работоспособные модели сети, настраивать (командами Cisco IOS) маршрутизаторы и коммутаторы, взаимодействовать между несколькими пользователями (через облако). Включает в себя серии маршрутизаторов Cisco 1800, 2600, 2800 и коммутаторов 2950, 2960, 3650. Кроме того есть серверы DHCP, HTTP, TFTP, FTP, рабочие станции, различные модули к компьютерам и маршрутизаторам, устройства Wi-Fi, различные кабели.

Cisco Packet Tracer (PT) является удобным средством моделирования сетей передачи данных различной топологии и сложности. Основные инструменты его интерфейса расположены и организованы вполне логично, что упрощает процесс освоения программы PT.

Основное окно программы одержит 6 основным меню, 4 из которых используются наиболее часто. На рисунке отмечены наиболее часто используемые меню программы Cisco Packet Tracer.

Рис. 2.9. Интерфейс программы Cisco Packet Tracert с «основными инструментами».

Стандартное программное меню (1) мало чем отличается от подобного меню в других программах операционной системы Windows. Исключение составляют два инструмента на графической панели: Drawing Palette и Custom Device Dialog. В процессе выполнения лабораторных работ курса АПОЭиС нет острой необходимости для использования этих инструментов. Остальные пункты меню (1) вполне можно освоить самостоятельно.

Правое графическое меню (2) содержит узнаваемые пиктограммы инструментов для работы с проектом и объектами проекта.

Первый инструмент меню (с верху в низ) Select (быстрый доступ - [Esc]), используется для выделения одного или более объектов. Как правило, для последующего перемещения, копирования или удаления.

Следующий инструмент данного графического меню Move Layout ([M]). Используется для прокрутки окна проекта. Несмотря на наличие полосы прокрутки в основном окне, этот инструмент очень полезен для прокрутки больших проектов. Может активироваться нажатием одной клавиши [M].

Инструмент Place Note ([N]) добавляет подпись в любой части проекта. Удобно использовать для комментариев, обозначения наименования (маркировки) элементов сети или же для размещения основной информации сценария непосредственно в проекте для дальнейшей работы.

Инструмент Delete ([Del]) удаляет объект или группу объектов. Перед применением рекомендуется сохранить проект.

Инструмент Inspect ([I] используется для просмотра конфигураций устройств сети, а не для увеличения объектов проекта.

Для просмотра конфигурации устройств можно просто подвести указатель мыши к данному устройству и задержать его на какое-то время.

Инструмент Resize Shape ([Alt]+[R]) предназначен для изменения размеров рисованных объектов (четырехугольников и окружностей) .

Находящиеся в самом низу данного меню (1) инструменты «Добавить простой PDU(P)» и «Добавить комплексный PDU(C)» предназначены для эмулирования отправки простого или усложненного пакета данных по сети, с последующим отслеживанием пути прохождения и трансформации.

- Add Simple PDU ([P]) -«Добавить простой PDU(P)»;

- Add Complex PDU ([C]) -«Добавить комплексный PDU(C)»;

В левом нижнем углу окна программы, располагаются графические меню, которые используются наиболее часто.

Рис. 2.10. Меню выбора типа устройств и само устройство.

Меню 3 позволяет выбрать тип устройств: маршрутизаторы, коммутаторы, Hub’s, линии связи, конечные устройства, т.д. а меню 4 непосредственно само устройство.