Когда устройство имеет несколько путей для достижения пункта назначения, оно всегда выбирает один путь, предпочитая его другим. Этот процесс выбора называется Routing. Маршрутизация выполняется с помощью специальных сетевых устройств, называемых маршрутизаторами, или их можно выполнять с помощью программных процессов. Маршрутизаторы на основе программного обеспечения имеют ограниченную функциональность и ограниченную область действия.

Маршрутизатор всегда настроен с определенным маршрутом по умолчанию. Маршрут по умолчанию сообщает маршрутизатору, куда пересылать пакет, если маршрут не найден для конкретного адресата. Если существует несколько путей для достижения одного и того же адресата, маршрутизатор может принять решение на основе следующей информации:

• Счетчик прыжков
• Пропускная способность
• Метрика
• Длина префикса
• Задержка

Маршруты могут быть статически настроены или динамически обучаемы. Один маршрут может быть настроен так, чтобы быть предпочтительным по сравнению с другими.

Одноадресная маршуртизация

Большая часть трафика в Интернете и интрасети, называемая одноадресными или одноадресным трафиком, отправляется с указанным пунктом назначения. Маршрутизация одноадресных данных через Интернет называется одноадресной маршрутизацией. Это простейшая форма маршрутизации, потому что назначение уже известно. Следовательно, маршрутизатор должен просто искать таблицу маршрутизации и пересылать пакет в следующий прыжок.

Широковещательная маршрутизация

По умолчанию широковещательные пакеты не маршрутизируются и не перенаправляются маршрутизаторами в любой сети. Маршрутизаторы создают широковещательные домены. Но его можно настроить для пересылки широковещательных сообщений в некоторых особых случаях. Широковещательное сообщение предназначено для всех сетевых устройств.

Маршрутизация вещания может быть выполнена двумя способами (алгоритмом):

• Маршрутизатор создает пакет данных и затем отправляет его каждому узлу по одному. В этом случае маршрутизатор создает несколько копий одного пакета данных с разными адресами назначения. Все пакеты отправляются как одноадресные, но поскольку они отправляются всем, он имитирует, как если бы роутер вещал.Этот метод потребляет много полосы пропускания, а маршрутизатор должен назначать адрес каждого узла.
• Во-вторых, когда маршрутизатор получает пакет, который должен транслироваться, он просто наводняет эти пакеты из всех интерфейсов. Все маршрутизаторы настроены одинаково.Этот метод прост в процессоре маршрутизатора, но может вызвать проблему дублирования пакетов, полученных от одноранговых маршрутизаторов.
  
  
  
  Обратная переадресация — это метод, в котором маршрутизатор заранее знает о своем предшественнике, откуда он должен получать трансляцию. Этот метод используется для обнаружения и удаления дубликатов.

Многоадресная маршрутизация

Многоадресная маршрутизация является особым случаем маршрутизации вещания с разницей в значимости и проблемами. В широковещательной маршрутизации пакеты отправляются на все узлы, даже если они этого не хотят. Но в многоадресной маршрутизации данные отправляются только узлам, которые хотят получать пакеты.

Маршрутизатор должен знать, что есть узлы, которые хотят получать многоадресные пакеты (или поток), а затем только пересылать. Маршрутизация многоадресной рассылки перекрывает протокол дерева, чтобы избежать циклирования.

Многоадресная маршрутизация также использует метод переадресации обратного пути, чтобы обнаруживать и отбрасывать дубликаты и циклы.

Anycast маршрутизация

Пересылка пакетов Anycast — это механизм, в котором несколько хостов могут иметь одинаковый логический адрес. Когда пакет, предназначенный для этого логического адреса, принимается, он отправляется хосту, ближайшему к топологии маршрутизации.

Маршрутизация Anycast выполняется с помощью DNS-сервера. Всякий раз, когда принимается пакет Anycast, он запрашивает DNS для отправки. DNS предоставляет IP-адрес, который является ближайшим к нему IP-адресом.

Одноадресные протоколы маршрутизации

Существует два типа протоколов маршрутизации для маршрутизации одноадресных пакетов:

• Протокол маршрутизации с дистанционным вектором
  
  Distance Vector — это простой протокол маршрутизации, который принимает решение о маршрутизации количества переходов между источником и получателем. Лучшим маршрутом считается маршрут с меньшим количеством перелетов. Каждый маршрутизатор рекламирует свои лучшие маршруты для других маршрутизаторов. В конечном счете, все маршрутизаторы создают свою топологию сети на основе рекламы своих одноранговых маршрутизаторов. Например, протокол маршрутизации информации (RIP).
• Протокол маршрутизации состояния канала
  
  Протокол состояния канала — это несколько сложный протокол, чем «Вектор расстояния». Он учитывает состояния ссылок всех маршрутизаторов в сети. Этот метод помогает маршрутам строить общий график всей сети. Затем все маршрутизаторы рассчитывают наилучший путь для маршрутизации. Например, Open Shortest Path First (OSPF) и промежуточная система для промежуточной системы (ISIS).

Протоколы многоадресной маршрутизации

Протоколы одноадресной маршрутизации используют графики, в то время как протоколы маршрутизации многоадресной рассылки используют деревья, т.е. Связывают дерево, чтобы избежать циклов. Оптимальное дерево называется кратчайшим связующим деревом.

• DVMRP — Протокол маршрутизации многоадресной передачи расстояния
• MOSPF — Открытый многоадресный маршрут
• CBT — базовое дерево
• PIM — независимая от протокола многоадресная рассылка

Протокол Независимой Многоадресной рассылки (PIM) используется сейчас. Он имеет два вида:

• Режим PIM Dense
  
  В этом режиме используются деревья на основе источника. Он используется в плотной среде, такой как LAN.
• PIM разреженный режим
  
  В этом режиме используются общие деревья. Он используется в редких средах, таких как WAN.

Алгоритмы маршрутизации

Flooding

Flooding — это самый простой способ пересылки пакетов. Когда пакет принимается, маршрутизаторы отправляют его на все интерфейсы, кроме тех, на которых он был получен. Это создает слишком большую нагрузку на сеть и множество дублирующих пакетов, блуждающих по сети.

Time to Live (TTL) можно использовать, чтобы избежать бесконечного цикла пакетов. Существует еще один подход к наводнению, который называется выборочным наводнением для снижения накладных расходов в сети. В этом методе маршрутизатор не реализуется на всех интерфейсах, а выборочно.

Shortest Path

Решение о маршрутизации в сетях, в основном, берется на основе стоимости между источником и пунктом назначения. Здесь играет важную роль. Самый короткий путь — это метод, который использует различные алгоритмы для определения пути с минимальным количеством прыжков.

Общими алгоритмами кратчайшего пути являются:

• Алгоритм Дейкстры
• Алгоритм Беллмана Форда
• Алгоритм Флойда Варшалла

Два процесса удаленного приложения могут взаимодействовать в основном в двух разных моделях:

• Одноранговый: оба удаленных процесса выполняются на одном уровне, и они обмениваются данными с использованием некоторого общего ресурса.
• Клиент-сервер: один удаленный процесс действует как Клиент и запрашивает некоторый ресурс из другого прикладного процесса, действующего как Сервер.

В модели клиент-сервер любой процесс может действовать как сервер или клиент. Это не тип машины, размер машины или ее вычислительная мощность, которая делает ее сервером; это возможность обслуживания запроса, который делает машину сервером.

Система может одновременно действовать как Сервер и Клиент. То есть, один процесс действует как Сервер, а другой действует как клиент. Также может случиться так, что и клиентский, и серверный процессы находятся на одной машине.

Коммуникация

Два процесса в клиент-серверной модели могут взаимодействовать различными способами:

• Сокеты
• Удаленные вызовы процедур (RPC)

Сокеты

В этой парадигме процесс, действующий как сервер, открывает сокет, используя известный (или известный клиентский) порт и ждет, пока не появится какой-либо клиентский запрос. Второй процесс, действующий как клиент, также открывает сокет, но вместо ожидания входящего запроса клиент сначала обрабатывает запросы

Когда запрос доходит до сервера, он обслуживается. Это может быть либо обмен информацией, либо запрос ресурсов.

Удаленный вызов процедур

Это механизм, при котором один процесс взаимодействует с другим посредством вызовов процедур. Один процесс (клиент) вызывает процедуру, лежащую на удаленном хосте. Процесс на удаленном хосте считается сервером. Оба процесса выделяют заглушки. Это сообщение происходит следующим образом:

• Клиентский процесс вызывает клик-заглушку. Он передает все параметры, относящиеся к локальной программе.
• Затем все параметры упаковываются (сортируются) и выполняется системный вызов для отправки их на другую сторону сети.
• Ядро отправляет данные по сети, а другой — получает.
• Удаленный хост передает данные на заглушку сервера, где он не привязан.
• Параметры передаются процедуре, и процедура выполняется.
• Результат отправляется клиенту таким же образом.

Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) — это самый простой коммуникационный протокол Transport Layer, доступный из набора протоколов TCP/IP. Это связано с минимальным механизмом связи. UDP считается ненадежным транспортным протоколом, но он использует IP-услуги, которые обеспечивают лучший механизм доставки усилий.

В UDP приемник не генерирует подтверждение принятого пакета и, в свою очередь, отправитель не ожидает подтверждения подтверждения отправленного пакета. Этот недостаток делает этот протокол ненадежным, а также проще при обработке.

Востребованность UDP

Может возникнуть вопрос, почему нам нужен ненадежный протокол для транспортировки данных? Мы развертываем UDP, где пакеты подтверждения имеют значительный объем полосы пропускания вместе с фактическими данными. Например, в случае потоковой передачи видео тысячи пакетов отправляются к своим пользователям. Признание всех пакетов затруднительно и может содержать огромное количество потерь пропускной способности. Лучший механизм доставки базового IP-протокола обеспечивает наилучшие усилия для доставки своих пакетов, но даже если некоторые пакеты в потоке видео теряются, это не катастрофично и легко может быть проигнорировано. Потеря нескольких пакетов в видео и голосовом трафике иногда остается незамеченной.

Возможности User Datagram Protocol

• UDP используется, когда подтверждение данных не имеет никакого значения.
• UDP — хороший протокол для передачи данных в одном направлении.
• UDP прост и подходит для сообщений на основе запросов.
• UDP не является ориентированным на соединение.
• UDP не обеспечивает механизм контроля перегрузки.
• UDP не гарантирует заказную доставку данных.
• UDP — подходящий протокол для потоковых приложений, таких как VoIP, потоковая передача мультимедиа.

Заголовок UDP

UDP-заголовок так же прост, как и его функция.

Заголовок UDP содержит четыре основных параметра:

• Source Port — эта 16-разрядная информация используется для идентификации исходного порта пакета.
• Destination Port — эта 16-разрядная информация используется для определения службы уровня приложения на машине назначения.
• Lenght — Длина определяет всю длину UDP-пакета (включая заголовок). Это 16-битовое поле, а минимальное значение — 8-байтовое, то есть размер самого UDP-заголовка.
• Checksum. В этом поле хранится значение контрольной суммы, сгенерированное отправителем перед отправкой. IPv4 имеет это поле как необязательное, поэтому, когда поле контрольной суммы не содержит никакого значения, оно выполнено 0, а все его биты установлены на ноль.

Где используется UDP?

Вот несколько приложений, в которых UDP используется для передачи данных:

• Услуги доменных имен
• Простой протокол сетевого управления
• Тривиальный протокол передачи файлов
• Протокол маршрутной информации
• Kerberos

Как правило, сети различаются в зависимости от их географического охвата. Сеть может быть такой же малой, как расстояние между вашим мобильным телефоном и его наушниками Bluetooth и размером с самый Интернет, охватывающий весь географический мир.

Персональная сеть

Личная сеть (PAN) — это самая маленькая сеть, которая очень личная для пользователя. Она может включать устройства с поддержкой Bluetooth или инфракрасные устройства. PAN имеет диапазон подключения до 10 метров. PAN может включать беспроводную компьютерную клавиатуру и мышь, Bluetooth-совместимые наушники, беспроводные принтеры и пульты для телевизора.

Например, Piconet — это личная сеть с поддержкой Bluetooth, которая может содержать до 8 устройств, соединенных вместе в режиме ведущего-подчиненного.

Локальная сеть

Компьютерная сеть, развернутая внутри здания и работающая под единой административной системой, обычно называется локальной вычислительной сетью (LAN). Обычно LAN охватывает офисы организации, школы, колледжи или университеты. Количество систем, подключенных к локальной сети, может варьироваться от двух до 16 миллионов.

LAN обеспечивает полезный способ совместного использования ресурсов между конечными пользователями. Такие ресурсы, как принтеры, файловые серверы, сканеры и Интернет, легко распространяются среди компьютеров.

LAN состоят из недорогого сетевого и маршрутного оборудования. Она может содержать локальные серверы, обслуживающие хранилище файлов и другие локально распространенные приложения. В основном работает на частных IP-адресах и не требует большой маршрутизации. LAN работает в своем собственном локальном домене и контролируется централизованно.

LAN использует технологию Ethernet или Token-ring. Ethernet является наиболее широко используемой технологией LAN и использует топологию Star, в то время как Token-ring встречается редко.

LAN может быть подключена к сети, беспроводной или в обеих формах одновременно.

Городская вычислительная сеть

Городская вычислительная сеть (Metropolitan Area Network, MAN) обычно расширяется по всему городу, например, сеть кабельного телевидения. Он может быть в виде Ethernet, Token-ring, ATM или Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

Metro Ethernet — это услуга, предоставляемая провайдерами. Эта услуга позволяет своим пользователям расширять свои локальные сети. Например, MAN может помочь организации подключить все свои офисы в городе.

Основой MAN является высокопроизводительная и высокоскоростная волоконная оптика. MAN работает между локальной сетью и глобальной сетью. MAN обеспечивает восходящую линию связи для локальных сетей в WAN или Интернет.

Глобальная вычислительная сеть (WAN)

Как следует из названия, глобальная сеть (WAN) охватывает широкую область, которая может охватывать провинции и даже целую страну. Как правило, телекоммуникационные сети являются глобальной сетью. Эти сети обеспечивают подключение к MAN и LAN. Поскольку они оснащены очень высокоскоростной магистралью, WAN используют очень дорогое сетевое оборудование.

WAN может использовать передовые технологии, такие как режим асинхронной передачи (ATM), Frame Relay и синхронная оптическая сеть (SONET). WAN может управляться несколькими администрациями.

Internetwork

Это межсетевое взаимодействие или просто интернет. Это самая большая сеть, существующая на этой планете. Интернет чрезвычайно соединяет все WAN-сети и может иметь подключение к локальным сетям и домашним сетям. Интернет использует пакет протоколов TCP/IP и использует IP в качестве протокола адресации. В настоящее время Интернет широко внедряется с использованием IPv4. Из-за нехватки адресных пространств он постепенно переходит с IPv4 на IPv6.

Интернет позволяет своим пользователям делиться и получать доступ к огромному количеству информации по всему миру. Он использует WWW, FTP, почтовые службы, потоковое аудио и видео и т.д. На огромном уровне интернет работает на модели Client-Server.

Интернет использует очень высокоскоростную основу волоконной оптики. Для соединения различных континентов волокна прокладываются под морем, известным нам как подводный коммуникационный кабель.

Интернет широко используется в службах World Wide Web, используя страницы, связанные с HTML, и доступен через клиентское программное обеспечение, известное как веб-браузер. Когда пользователь запрашивает страницу с использованием какого-либо веб-браузера, расположенного на каком-либо веб-сервере в любой точке мира, веб-сервер отвечает соответствующей HTML-страницей. Задержка связи очень низкая.

Интернет обслуживает множество предложений и участвует во многих аспектах жизни. Некоторые из них:

• Веб-сайты
• Эл. почта
• Мгновенные сообщения
• Ведение блогов
• Социальные медиа
• Маркетинг
• Построение сетей
• Обмен ресурсами
• Потоковое аудио и видео

Разница между пропускной способностью и латентностью — это то, что смущает много людей, но если вы профессионал в области ИТ, было бы полезно узнать разницу между ними, потому что рано или поздно вам придется столкнуться с связанной с ней сетевой проблемой. Часть путаницы была создана интернет-провайдерами, всегда рекомендуя увеличить пропускную способность для каждой проблемы, связанной с интернет-скоростью, но, как мы увидим, скорость интернет-соединения не всегда определяется пропускной способностью.

Что такое пропускная способность?

Чтобы понять пропускную способность и задержку, нам нужно иметь четкое определение обеих, поэтому давайте начнем с полосы пропускания. Полоса пропускания — это объем данных, которые могут передаваться из одной точки в другую, обычно измеряемой в секундах. Интернет-провайдеры обычно рекламируют свою полосу пропускания в Интернете, например, 20/20 Мбит/с, что означает, что 20 мегабайт/с данных могут быть загружены или загружены с YouTube в секунду, например. Большинство людей знакомы только с такими параметрами, как мегабайты, гигабайты и т.д., Но интернет-провайдеры все еще используют метрику Megabit, потому что это делает номера более крупными, но на самом деле соединение 20/20 Мбит/с составляет всего около 2 мегабайт. Важно помнить, что пропускная способность — это не скорость. Следовательно, возникает путаница!

Что такое латентность?

Задержка — это время, которое пакет данных принимает для перемещения из одной точки в другую. Другим точным термином для задержки является задержка. Одна важная вещь, которую следует помнить о латентности, состоит в том, что это естественное явление, постулированное Эйнштейном в теории относительности. В нашей вселенной все нужно время для путешествия, даже свет. Таким образом, в Интернете, когда требуется пакет для поездки (например, из центра обработки данных Facebook на ваш компьютер), он называется Latency.

В чем разница между пропускной способностью и задержкой?

Читая определение обоих терминов выше, вы, вероятно, уже заметили разницу между ними, но я дам вам аналогию, чтобы было легче понять это, если вы все еще запутались. Представьте себе шоссе с 4 дорожками, где ограничение скорости составляет 60 миль/ч. Теперь в Интернете пропускная способность — это шоссе, а латентность — ограничение скорости 60 миль в час. Теперь, если вы хотите увеличить количество автомобилей, которые путешествуют по шоссе, вы можете добавить еще несколько дорожек, но поскольку шоссе имеет слишком много кривых и ударов, вы не можете увеличить ограничение скорости, поэтому все автомобили должны путешествовать со скоростью 60 миль в час все еще. Не имеет значения, сколько полос дороги имеет шоссе, машины добираются до места назначения в то же время независимо от размера шоссе!

Почему увеличение пропускной способности увеличивает скорость загрузки, то вы можете спросить, не так ли? Нет, увеличивая пропускную способность, вы увеличиваете пропускную способность, а не скорость. Следуя аналогиям с шоссе, представьте, что транспортные средства, проезжавшие по этой автомагистрали, были все грузовики с кирпичами дома для доставки. Все грузовики должны путешествовать со скоростью 60 миль в час, но как только они добираются до места назначения, а не доставляют 4 груза из кирпича, доставляется 6 грузов, поскольку к шоссе добавлено еще 2 полосы. То же самое происходит, когда вы добавляете пропускную способность к интернет-соединению, емкость увеличивается, но латентность (скорость) остается неизменной.

Что вызывает латентность?

Задержка вызвана расстоянием и качеством среды, через которую проходят интернет-пакеты. Например, латентность через опто-волоконное соединение короче, чем через медный кабель, но латентность через медный кабель короче, чем через спутниковое соединение и т.д. Спутники используют микроволновый спектр для ретрансляции соединений данных из космоса. То, что увеличивает задержку, например, отставание в спутниковых соединениях, — это расстояние, которое пакеты должны перемещать туда и обратно.

Когда возникает латентность?

Большинство людей не замечают и не заботятся о латентности, пока веб-страницы, Netflix, YouTube и другие мультимедийные материалы загружаются быстро. Задержка становится проблемой только при необходимости передачи данных в реальном времени. Например, звонки VOIP, онлайн-встречи лицом к лицу и т.д. Я подсчитал, что любая латентность за пределами 200 мс даст вам проблемы в режиме реального времени. Например, в вызове Skype или VOIP, вы почувствуете заметную задержку, из-за чего практически невозможно провести текучую беседу без перерывов.

Как я могу проверить задержку?

Самый быстрый способ проверить задержку с любого компьютера — использовать протокол ICMP с помощью команды Ping. Например, если я хочу проверить задержку между моим компьютером и центром обработки данных Google, я наберу команду ping google.com:

Как вы можете видеть, средняя задержка между моим компьютером и центром обработки данных Google составляет 48 мс.

Вывод

Надеюсь, ваше понимание между пропускной способностью и задержкой стало более ясным. Если у вас есть какие-либо вопросы, предложения или комментарии, пожалуйста, используйте поле комментариев ниже.