(Продолжение. Начало здесь).

Передача пакетов

В компьютерных сетях данные передаются в виде пакетов. У каждого пакета данных есть заголовок, в котором указан адрес назначения. Маршрутизаторы и коммутаторы в узлах сети просматривают этот заголовок и направляют пакет дальше в соответствии с информацией в адресной части пакета.

В каждом коммутаторе локальной сети находится таблица передачи (forwarding table), в которой содержится информация о том, куда направить пакет дальше. Эта таблица представляет собой пары соответствий «destination – next_hop» (destination: адрес доставки пакета, next_hop: номер выхода коммутатора, на который он направляет пакет). Когда пакет прибывает на один из входов коммутатора, последний просматривает адрес назначения (который должен быть уникальным во всей сети Интернет) и по таблице передачи определяет тот свой выход, на который пакет нужно отправить. Информация next_hop («следующий скачок») предоставляет собой сетевой адрес следующего коммутатора, который приняв пакет, проделывает с ним такие же операции. Таким образом, пакет продвигается по сети, как по эстафете (forwarding: передача по эстафете, продвижение).

Стоит заметить, что информация destination в таблице передачи не обязательно должна собой представлять адрес конечного устройства, на который должен прибыть пакет. Это может быть также адрес промежуточного устройства, например, межсетевого шлюза, который забирает пакеты из одной локальной сети и направляет их в другую локальную сеть, в которой уже может находиться конечное устройство, для которого пакет предназначен. Может быть и так, что пакет на своём пути проходит несколько сетей.

На рисунке ниже коммутатор S1 содержит внешние интерфейсы 0, 1, 2, а коммутатор S2 – интерфейсы 0, 1, 2, 3. Если сетевое устройство А посылает пакет на сетевое устройство В, то коммутатор S1 должен содержать в таблице маршрутизации запись о том, путь на устройство В лежит через его интерфейс 2, а S2 должен содержать запись, что этот коммутатор должен передать пакет на интерфейс 3.

Рис. 2. Коммутация пакетов.

Таблица передачи в коммутаторе S1, с номерами интерфейсов для параметра next_hop, может выглядеть следующим образом:

S1
destination	next_hop
A	0
C	1
B	2
D	2
E	2

Соответственно, таблица передачи в коммутаторе S2 будет такой:

S2
destination	next_hop
A	0
C	0
B	3
D	1
E	2

Коммутаторы и маршрутизаторы

Устройства коммутации, работающие на уровне локальной сети LAN, и передающие пакеты по их адресу внутри сети LAN называются коммутаторами (switch). Иногда их могут называть «мостами» (bridge). Сети LAN также называют сетями Ethernet.

Устройства коммутации пакетов, работающие на уровне IP, называются маршрутизаторами. Эти устройства передают пакеты на основании их IP-адресов. Соответственно, их таблицы передачи называются таблицами маршрутизации (routing table). Они работают в сетях IP, объединяющих локальные сети Ethernet.

В таблицах маршрутизации в граничных маршрутизаторах на локальных сетях (сайтах) конечных пользователей обычно содержится запись, которая подходит для всех возможных IP-адресов, которые не принадлежат этому сайту, и поэтому пакеты с таким адресом назначения нужно отправлять во внешний Интернет.

Топология сети

В сети из двух коммутаторов, показанной выше, нет никаких петель. В теории графов такую сеть определили бы как сеть с топологией «дерево» (Tree). В такой сети между каждыми двумя узлами сети существует только один путь. Поэтому таблицы передачи для таких сетей легко составляются и никаких двусмысленностей по поводу того, куда дальше передавать пакет, в них не возникает.

Однако, в таких сетях нет «избыточности» (redundancy), то есть нет запасных путей на тот случай, если какой-то путь вдруг окажется неисправным. При этом, между какими-то двумя узлами неисправного пути передавать данные будет невозможно. Поэтому при построении сети в них обычно добавляют альтернативные маршруты, чтобы в случае отказа какого-то пути, пакеты можно было передать по другому маршруту. Это, конечно, усложняет таблицы маршрутизации.

Рис. 3. Пример избыточной топологии сети.

Многие локальные сети LAN (в частности, Ethernet) обычно имеют топологию дерева. Напротив, сети IP имеют сложные протоколы, которые поддерживают избыточные маршруты передачи пакетов.  

Продолжение здесь.