Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

же основными проблемами, что и в одной сети, но с некоторыми дополнительными сложностями. Рассмотрим две сети с разными алгоритмами маршрутизации: с учетом состояния линий и по вектору расстояний. В первом случае алгоритму требуется информация о топологии сети, во втором — нет, поэтому неясно, как вычислять кратчайшие пути в такой интерсети.

Более серьезные проблемы возникают, если работу сети обеспечивают разные операторы. Прежде всего, они могут по-разному представлять себе, что такое хороший маршрут: одни обращают больше внимания на время задержки, другие — на затраты. В результате стоимость пути указывается в разных единицах: в миллисекундах задержки или денежных единицах. Из-за невозможности сопоставления весовых коэффициентов вычисление кратчайших путей становится затруднительным.

Более того, провайдер может не предоставлять другим операторам доступ к данным о весах и маршрутах в своей сети. В них может быть информация, составляющая коммерческую тайну (например, стоимость).

Наконец, интерсеть может быть гораздо больше, чем любая из ее составляющих. В такой ситуации требуются алгоритмы маршрутизации, масштабируемые с учетом иерархии, даже если в отдельных сетях такой необходимости нет.

Следовательно, нам необходим двухуровневый алгоритм маршрутизации. В пределах каждой сети для маршрутизации используется внутридоменный (intradomain), или внутренний, шлюзовый протокол (термин «шлюз» ранее обозначал «маршрутизатор»). Это может быть обычный протокол, учитывающий состояние линий. Между сетями применяется междоменный (interdomain), или внешний, шлюзовый протокол. Сети могут использовать разные внутридоменные протоколы, но междоменный протокол должен быть общим. В интернете используется междоменный протокол пограничной маршрутизации (Border Gateway Protocol, BGP). Мы подробно обсудим его в разделе 5.7.7.

Здесь следует рассказать еще об одном важном понятии. Так как все сети управляются независимо, их часто называют автономными системами (АС). Хорошая умозрительная модель АС — сеть интернет-провайдера. На практике она может состоять из нескольких АС, если они управляются независимо. Но разница не слишком существенна.

Два уровня маршрутизации не являются в строгом смысле иерархическими. Если крупную международную сеть объединить с небольшой региональной сетью, пути могут быть близкими к оптимальным. Но для вычисления маршрутов в интерсети отдельные сети предоставляют сравнительно мало информации о своих путях. Это позволяет преодолеть сложности. В результате улучшается масштабирование сети, а операторы свободны в выборе протоколов маршрутизации внутри своих сетей. Кроме того, не требуется сравнивать веса различных сетей и раскрывать секретную внутреннюю информацию.

До сих пор мы практически ничего не рассказали о том, как вычисляются маршруты в интерсети. В интернете ключевым фактором являются коммерческие договоренности между провайдерами. Каждый из них может взимать с других провайдеров плату за передачу трафика. Еще одна особенность — если при межсетевой маршрутизации пересекаются границы государств, в игру могут вступить их законы. Так, в Швеции персональные данные граждан находятся под строжайшей защитой. Все эти внешние предпосылки объединяются в понятие политики маршрутизации (routing policy), в соответствии с которой автономные сети выбирают пути. К этому понятию мы еще вернемся, когда будем говорить о BGP.

5.5.6. Поддержка различных размеров пакета: фрагментация пакета

Все сети и каналы накладывают на размер своих пакетов ограничения, обусловленные разными факторами:

1. Аппаратное обеспечение (например, размер фрейма Ethernet).

2. Операционная система (например, все буферы имеют размер 512 байт).

3. Протоколы (например, количество битов в поле длины пакета).

4. Соответствие какому-либо международному или национальному стандарту.

5. Желание снизить количество пакетов, отправляемых повторно из-за ошибок передачи.

6. Желание предотвратить ситуацию, когда один пакет слишком долгое время занимает канал.

С учетом всех этих факторов разработчики не могут выбирать максимальный размер пакета по своему усмотрению. Максимальный размер поля полезной нагрузки составляет 1500 байт для сети Ethernet и 2272 байта для 802.11. Протокол IP более щедр: размер пакета может достигать 65 515 байт.

Обычно хосты стараются отправлять крупные пакеты, так как это уменьшает издержки — например, позволяет сэкономить на заголовках. Очевидно, возникает проблема, когда большой пакет должен пройти по сети с недостаточным максимальным размером пакетов. Эта проблема была актуальна долгое время, а ее решения разрабатывались во многом на основании опыта использования интернета.

Одно из решений проблемы состоит в ее предотвращении. Но сделать это непросто. Обычно отправитель не знает, по какому пути будут передаваться данные, а значит, ему неизвестно, какого размера должен быть пакет, чтобы добраться до места назначения. Такой размер пакета называется путевым значением MTU (Path Maximum Transmission Unit — максимальный размер пакета для выбранного пути). Неважно, знает ли отправитель путевое значение MTU. В сети, не требующей соединения (например, в интернете), маршруты в любом случае выбираются независимо. Это означает, что путь может неожиданно измениться, а тогда изменится и путевое значение MTU.

Альтернативное решение — позволить шлюзам разбивать пакеты на фрагменты (fragments) и отправлять каждый из них в виде отдельного пакета сетевого уровня. Однако, как известно любому родителю маленького ребенка, разобрать большой объект на мелкие части существенно проще, чем соединить их обратно. (Физики даже дали этому эффекту специальное название: второй закон термодинамики.) В сетях с коммутацией пакетов также существует проблема объединения фрагментов.

Для восстановления исходных пакетов применяются две противоположные стратегии. Согласно первой, порожденная сетью с малым размером пакетов фрагментация должна быть прозрачной для всех сетей, через которые пакет проходит на пути к адресату. Этот вариант показан на илл. 5.40 (а). Когда на G1 приходит слишком большой пакет, он разбивается на фрагменты. Все они адресуются одному и тому же выходному маршрутизатору G2, который восстанавливает из них исходный пакет. Таким образом, прохождение данных через сеть с небольшим размером пакетов оказывается прозрачным. Соседние сети даже не знают, что произошла фрагментация.

Прозрачная фрагментация проста, но тем не менее, создает некоторые проблемы. Во-первых, выходной маршрутизатор должен узнать, что он получил пакет полностью, поэтому фрагменты должны содержать либо поле счетчика, либо бит, обозначающий конец пакета. Кроме того, тот факт, что для последующего восстановления пакета все фрагменты должны выходить через один и тот же маршрутизатор, ограничивает возможности маршрутизации. Фрагменты не могут идти к конечному получателю по разным маршрутам, и в результате может потеряться часть производительности. Еще более важный вопрос касается действий маршрутизатора. Возможно, ему потребуется поместить в буфер все полученные данные и определить, в какой момент их можно удалить, если пришли не все фрагменты. Наконец, фрагментация и последующая сборка пакетов при прохождении каждой сети с малым размером пакетов приводят к дополнительным накладным расходам.

Другая стратегия фрагментации заключается в отказе от восстановления пакета на промежуточных маршрутизаторах. С каждым фрагментом обращаются как с отдельным пакетом. Все фрагменты проходят через маршрутизаторы, как показано на илл. 5.40 (б). Задача восстановления оригинального пакета возложена на получающий хост.