4-1маршрутизация (Лекции по Сетевым технологиям), страница 2

Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-вектор­ном алгоритме, является протокол RIP, который распространен в двух верси­ях — RIP IP, работающий с протоколом IP, и RIP IPX, работающий с протоко­лом IPX.

Алгоритмы состояния связей

Алгоритмы, состояния связей (Link State Algorithms, LSA) обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа свя­зей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. «Широковещательная» рассылка (то есть передача пакета всем непосредственным соседям маршрутизатора) имеет место только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто. Вершинами графа явля­ются как маршрутизаторы, так и объединяемые ими сети. Распространяемая по сети информация состоит из описания связей различных типов: маршрутизатор-маршрутизатор, маршрутизатор—сеть.

Чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами HELLO со своими ближайшими соседями. Объявления о состоянии связей не повторяются периодически, как у протоколов DVA, а передаются только в том случае, когда с помощью сообщений HELLO было установлено изменение со­стояния какой-либо связи. В результате служебный трафик, создаваемый прото­колами LSA гораздо менее интенсивный, чем у протоколов DVA.

Протоколами, основанными на алгоритме состояния связей, являются протоко­лы IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) стека OSI, OSPF (Open Shortest Path First) стека TCP/IP и протокол NLSP стека Novell.

Применение нескольких протоколов маршрутизации

В одной и той же сети могут одновременно работать несколько разных протоко­лов маршрутизации (рис. 1). Это означает, что на некоторых (не обязательно всех) маршрутизаторах сети установлено и функционирует несколько протоко­лов маршрутизации, но при этом, естественно, по сети взаимодействуют только одноименные протоколы. То есть если маршрутизатор 1 поддерживает, например, протоколы RIP и OSPF, маршрутизатор 2 — только RIP, а маршрутизатор 3 — только OSPF, то маршрутизатор 1 будет взаимодействовать с маршрутизато­ром 2 по протоколу RIP, с маршрутизатором 2 — по OSPF, а маршрутизаторы 2 и 3 вообще непосредственно друг с другом взаимодействовать не смогут.

Рис. 1. Работа нескольких протоколов маршрутизации в одной сети

В маршрутизаторе, который поддерживает одновременно несколько протоколов, каждая запись в таблице является результатом работы одного из этих протоко­лов. Если о некоторой сети появляется информация от нескольких протоколов, то для однозначности выбора маршрута (а данные разных протоколов могут вес­ти к различным рациональным маршрутам) устанавливаются приоритеты про­токолов маршрутизации. Обычно предпочтение отдается протоколам LSA как располагающим более полной информацией о сети по сравнению с протоколами DVA. В некоторых ОС в экранных и печатных формах в каждой записи таблицы маршрутизации имеется отметка о протоколе маршрутизации, с помощью кото­рого эта запись получена. Но даже если эта отметка на экран и не выводится, она обязательно имеется во внутреннем представлении таблицы маршрутизации. По умолчанию каждый протокол маршрутизации, работающий на определенном маршрутизаторе, распространяет только ту информацию, которая была получена маршрутизатором по данному протоколу. Таким образом, если о маршруте к не­которой сети маршрутизатор узнал от протокола RIP, то и распространять по сети объявления об этом маршруте он будет с помощью протокола RIP.

Однако возникает вопрос: «Каким образом маршрутизатор, который не поддер­живает все протоколы маршрутизации, применяемые в составной сети, узнает обо всех составляющих ее сетях?» Для того чтобы маршрутизатор распростра­нял с помощью одного протокола маршрутизации информацию о маршрутах, полученную с помощью другого протокола маршрутизации, необходимо устано­вить особый внутренний режим работы, называемый часто перераспределением (redistribute). Такой режим обеспечивает использование некоторым протоколом не только «своих» записей из таблицы маршрутизации, но и «чужих», получен­ных с помощью протокола маршрутизации, указанного при конфигурировании.

Как видно из описания, применение нескольких протоколов маршрутизации в пределах одной составной сети не является таким уж простым делом, от админи­стратора требуется провести определенную работу по конфигурированию каж­дого маршрутизатора, чтобы создание таблиц выполнялось автоматически. В то же время во многих сетях существует необходимость в нескольких протоколах маршрутизации — причины, как и причины любой гетерогенности сети, могут быть разными, историческими, техническими, вплоть до личных предпочтений администраторов. При этом проблемы взаимодействия маршрутизаторов в та­кой неоднородной в отношении протоколов маршрутизации сети быстро услож­няются с ростом сети. Очевидно, что для крупных составных сетей требуется ка­чественно иное решение.

Такое решение было найдено для самой крупной на сегодня составной сети — сети Интернет.

Внешние и внутренние протоколы Интернета

Большинство протоколов маршрутизации, применяемых в современных сетях с коммутацией пакетов, ведут свое происхождение от Интернета и его предшест­венницы — сети ARPANET. Для того чтобы дальше продвинуться в их понима­нии, полезно познакомиться со структурой Интернета.

Интернет состоит не только из сетей, но и из более крупных объединений — ав­тономных систем. Автономная система (Autonomous System) — это совокупность сетей под единым административным управлением, обеспечивающим общую для всех входящих в автономную систему маршрутизаторов политику маршру­тизации. Обычно автономной системой управляет один поставщик услуг Интер­нета, самостоятельно выбирая, какие протоколы маршрутизации использовать в некоторой автономной системе и каким образом выполнять между ними пере­распределение маршрутной информации.

Основная цель деления Интернета на автономные системы — обеспечение мно­гоуровневого подхода к маршрутизации. До введения автономных систем мар­шрутизация предполагала двухуровневый подход — маршрут на сетевом уровне прокладывался не непосредственно между узлами, а между группами узлов — сетями, а маршрутизацию внутри сети обеспечивали технологии более низких уровней. То есть маршрут определял последовательность прохождения сетей.

С появлением автономных систем появляется третий, верхний уровень маршру­тизации — маршрут сначала выбирается на уровне автономных систем, а затем уже на уровне сетей, входящих в эти автономные системы. Подобно сетям все автономные системы централизованно нумеруются. Номер системы состоит из 16 разрядов, и этот номер никак не связан с префиксами IP-адресов сетей, вхо­дящих в автономную систему.

В соответствии с этой концепцией Интернет выглядит как набор взаимосвязан­ных автономных систем, каждая из которых состоит из взаимосвязанных сетей (рис. 2).

Рис. 2. Автономные системы Интернета

Автономные системы соединяются шлюзами, называемыми внешними маршру­тизаторами (exterior gateway). Важно, что между внешними маршрутизаторами разрешается использовать только один протокол маршрутизации, причем не произвольный, а тот, который в данное время признается сообществом Интерне­та в качестве стандартного для внешних маршрутизаторов. Подобный протокол маршрутизации называется внешним протоколом маршрутизации (Exterior Gate­way Protocols, EGP). В настоящее время таким стандартным внешним прото­колом маршрутизации является протокол Border Gateway Protocol version 4(BGP-4). Все остальные протоколы являются внутренними протоколами мар­шрутизации (Interior Gateway Protocols, IGP).

Внешний протокол маршрутизации отвечает за выбор маршрута как последова­тельности автономных систем. В качестве адреса следующего маршрутизатора указывается адрес точки входа в соседнюю автономную систему. За маршрут внутри автономной системы отвечают' внутренние протоколы маршрутизации, которые в случае транзитной автономной системы определяют точную последо­вательность маршрутизаторов от точки входа в автономную систему до точки выхода из нее.

Автономные системы составляют магистраль Интернета. Концепция автономных систем экранирует от администраторов магистрали Интернета проблемы мар­шрутизации пакетов на более низком уровне — уровне сетей. Для администрато­ра магистрали неважно, какие протоколы маршрутизации применяются внутри автономных систем, для него существует единственный протокол маршрутиза­ции — BGP-4, который он и конфигурирует. Магистраль Интернета не всегда выглядела так, как показано на рис. 2. На ранней стадии развития Интернета магистраль представляла собой одну авто­номную систему, которая управлялась компанией, выбранной правительством США для этой цели. Все остальные автономные системы подключались к маги­страли, образуя древовидную структуру. По мере развития Интернета для повы­шения его эффективности возникала потребность в прямых связях между авто­номными системами, так что сегодня Интернет представляет собой объединение равноправных автономных систем с произвольной топологией связей.

Далее мы будем использовать термины «маршрутизатор» и «шлюз» как синони­мы, чтобы отдать дань уважения традиционной терминологии Интернета и в то же время не забывать и более современные термины.

Выводы

• Протоколы маршрутизации генерируют для каждого маршрутизатора согла­сованные друг с другом таблицы маршрутизации, то есть такие, которые по­зволят обеспечить доставку пакета по рациональному маршруту от исходной сети в сеть назначения за конечное число шагов. Для этого маршрутизато­ры сети обмениваются специальной служебной информацией о топологии составной сети.

• Существуют способы продвижения пакетов в составных сетях, которые не требуют построения таблиц маршрутизации, к ним относятся:

  • лавинная маршрутизация, когда каждый маршрутизатор передает пакет всем своим непосредственным соседям, кроме того, от которого его получил;

  • маршрутизация, управляемая событиями, когда пакет к определенной сети назначения посылается по маршруту, который уже приводил ранее к успеху (для данного адреса назначения);

  • маршрутизация от источника — в этом случае Отправитель помещает в пакет информацию о том, какие промежуточные маршрутизаторы должны участвовать в передаче пакета к сети назначения.

• В тех случаях, когда маршрутизация осуществляется на основании таблиц, различают статическую и адаптивную (динамическую) маршрутизацию:

  • при статической маршрутизации таблицы составляются и вводятся в па­мять каждого маршрутизатора вручную администратором сети;

  • адаптивная (динамическая) маршрутизация обеспечивает автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети.

• Протоколы маршрутизации могут быть распределенными и централизован­ными:

  • при распределенном подходе каждый маршрутизатор строит собственную таблицу маршрутизации, основываясь на данных, получаемых по протоко­лу маршрутизации от остальных маршрутизаторов сети;

  • при централизованном подходе в сети существует один маршрутизатор, который собирает всю информацию о топологии и состоянии сети от дру­гих маршрутизаторов и строит таблицы маршрутизации для всех осталь­ных маршрутизаторов сети.

• Адаптивные протоколы маршрутизации делятся на две группы, каждая из ко­торых связана с одним из следующих типов алгоритмов:

  • в дистанционно-векторных алгоритмах каждый маршрутизатор периоди­чески и широковещательно рассылает по сети вектор, компонентами кото­рого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей;

  • алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор ин­формацией, достаточной для построения точного графа связей сети.

• Протоколами, основанными на алгоритме состояния связей, являются прото­колы IS-IS стека OSI, OSPF стека TCP/IP и протокол NLSP стека Novell.

• Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-век­торном алгоритме, является протокол RIP, который распространен в двух версиях — RIP IP, работающий с протоколом IP, и RIP IPX, работающий с протоколом IPX.

• Протоколы маршрутизации Интернета делятся на внешние и внутренние. Внешние протоколы (EGP, BGP) переносят маршрутную информацию меж­ду автономными системами, а внутренние (IGP) применяются только в пре­делах определенной автономной системы.

7