Таблица маршрутизации в сетевых устройствах

Введение

В компьютерных сетях таблица маршрутизации, или база маршрутной информации (RIB), — это таблица данных, хранящаяся в маршрутизаторе или сетевом узле, содержащая перечень маршрутов к конкретным сетевым адресам назначения, а в некоторых случаях — метрики (расстояния), связанные с этими маршрутами. Таблица маршрутизации содержит информацию о топологии сети, непосредственно прилегающей к данному узлу. Построение таблиц маршрутизации является основной задачей протоколов маршрутизации. Статические маршруты — это записи, заданные вручную, а не полученные в результате работы протоколов маршрутизации и процедур обнаружения топологии сети.

Обзор

Таблица маршрутизации аналогична карте доставки при доставке посылок. Каждый раз, когда узлу необходимо отправить данные другому узлу в сети, он должен сначала знать, куда их отправить. Если узел не может напрямую соединиться с узлом назначения, он должен отправить данные через другие узлы по маршруту к узлу назначения. Каждый узел должен отслеживать, каким образом доставлять различные пакеты данных, и для этого он использует таблицу маршрутизации. Таблица маршрутов — это база данных, которая отслеживает пути, подобно карте, и использует их для определения направления пересылки трафика. Таблица маршрутизации — это файл данных в оперативной памяти, используемый для хранения информации о маршрутах к непосредственно подключенным и удаленным сетям. Узлы также могут обмениваться содержимым своих таблиц маршрутизации с другими узлами. Основная функция маршрутизатора — пересылать пакет в направлении его сети назначения, то есть целевого IP-адреса пакета. Для этого маршрутизатору необходимо искать информацию о маршрутизации, хранящуюся в его таблице маршрутизации. Таблица маршрутизации содержит соответствия между сетью и следующим узлом (next hop). Эти соответствия сообщают маршрутизатору, что до определенного пункта назначения можно оптимально добраться, отправив пакет конкретному маршрутизатору, который является следующим узлом на пути к конечному пункту назначения. Соответствие следующему узлу также может быть исходящим или выходным интерфейсом к конечному пункту назначения. При маршрутизации по принципу «от узла к узлу» (hop-by-hop routing) каждая таблица маршрутизации содержит список адресов следующего устройства на пути к каждому доступному пункту назначения: следующего узла. При условии, что таблицы маршрутизации согласованы, простого алгоритма пересылки пакетов следующему узлу назначения достаточно для доставки данных в любую точку сети. Маршрутизация по принципу «от узла к узлу» является фундаментальной характеристикой IP-уровня Интернета и сетевого уровня OSI. Когда интерфейс маршрутизатора конфигурируется с IP-адресом и маской подсети, этот интерфейс становится хостом в подключенной сети. Прямо подключенная сеть — это сеть, к которой непосредственно подключен один из интерфейсов маршрутизатора. Сетевой адрес и маска подсети интерфейса, а также тип и номер интерфейса, заносятся в таблицу маршрутизации как непосредственно подключенная сеть. Удаленная сеть — это сеть, до которой можно добраться только путем отправки пакета другому маршрутизатору. Записи в таблице маршрутизации для удаленных сетей могут быть динамическими или статическими. Динамические маршруты — это маршруты к удаленным сетям, которые маршрутизатор изучил автоматически с помощью протокола динамической маршрутизации. Статические маршруты — это маршруты, которые администратор сети настроил вручную. Таблицы маршрутизации также являются ключевым аспектом определенных операций безопасности, таких как unicast reverse path forwarding (uRPF). В этой технике, которая имеет несколько вариантов, маршрутизатор также ищет в таблице маршрутизации исходный адрес пакета. Если обратного маршрута к исходному адресу не существует, пакет считается поврежденным или участвующим в сетевой атаке и отбрасывается.

A routing table is analogous to a distribution map in package delivery. Whenever a node needs to send data to another node on a network, it must first know where to send it. If the node cannot directly connect to the destination node, it has to send it via other nodes along a route to the destination node. Each node needs to keep track of which way to deliver various packages of data, and for this it uses a routing table. A routing table is a database that keeps track of paths, like a map, and uses these to determine which way to forward traffic. A routing table is a data file in RAM that is used to store route information about directly connected and remote networks. Nodes can also share the contents of their routing table with other nodes. The primary function of a router is to forward a packet toward its destination network, which is the destination IP address of the packet. To do this, a router needs to search the routing information stored in its routing table. The routing table contains network/next hop associations. These associations tell a router that a particular destination can be optimally reached by sending the packet to a specific router that represents the next hop on the way to the final destination. The next hop association can also be the outgoing or exit interface to the final destination. With hop by hop routing, each routing table lists, for all reachable destinations, the address of the next device along the path to that destination: the next hop. Assuming that the routing tables are consistent, the simple algorithm of relaying packets to their destination's next hop thus suffices to deliver data anywhere in a network. Hop by hop is the fundamental characteristic of the IP Internet layer and the OSI Network Layer. When a router interface is configured with an IP address and subnet mask, the interface becomes a host on that attached network. A directly connected network is a network that is directly attached to one of the router interfaces. The network address and subnet mask of the interface, along with the interface type and number, are entered into the routing table as a directly connected network. A remote network is a network that can only be reached by sending the packet to another router. Routing table entries to remote networks may be either dynamic or static. Dynamic routes are routes to remote networks that were learned automatically by the router through a dynamic routing protocol. Static routes are routes that a network administrator manually configured. Routing tables are also a key aspect of certain security operations, such as unicast reverse path forwarding (uRPF). In this technique, which has several variants, the router also looks up, in the routing table, the source address of the packet. If there exists no route back to the source address, the packet is assumed to be malformed or involved in a network attack and is dropped.

Трудности

Необходимость записи маршрутов к большому количеству устройств при ограниченном объеме памяти хранения является серьезной проблемой при построении таблицы маршрутизации. В Интернете в настоящее время доминирующей технологией агрегации адресов является схема сопоставления префиксов на основе побитового анализа, известная как маршрутизация между доменами без классов (CIDR). Для контроля размера таблицы маршрутизации также могут использоваться суперсети.

Таблица пересылки

Таблицы маршрутизации обычно не используются напрямую для пересылки пакетов в современных архитектурах маршрутизаторов; вместо этого они служат для генерации информации, необходимой для создания более простой таблицы пересылки. Эта таблица пересылки содержит только те маршруты, которые алгоритм маршрутизации выбрал как предпочтительные для пересылки пакетов. Она часто представлена в сжатом или предварительно скомпилированном формате, оптимизированном для аппаратного хранения и поиска. Такая архитектура маршрутизатора разделяет функцию управления, реализуемую таблицей маршрутизации, и функцию пересылки, реализуемую таблицей пересылки. Это разделение плоскостей управления и пересылки обеспечивает непрерывную высокопроизводительную пересылку.