Протоколи маршрутизації, Журнал мережевих рішень

Автоматичне побудова таблиць маршрутизації.

Для автоматичного побудови таблиць маршрутизації у складових мережах застосовуються спеціальні службові протоколи — звані протоколи маршрутизації. Вони можуть бути реалізовані на основі різних алгоритмів, що відрізняються методами побудови таблиць маршрутизації, способами вибору найкращого маршруту та іншими особливостями.

Існує і протилежний, багатокроковий підхід - маршрутизація від джерела (Source Routing). Відповідно до нього вузол-джерело вказує у пакеті, що відправляється в мережу, повний маршрут його прямування через всі проміжні маршрутизатори. Такий спосіб не вимагає побудови та аналізу таблиць маршрутизації. Це прискорює проходження пакета по мережі та розвантажує маршрутизатори, але при цьому велике навантаження лягає на кінцеві вузли. Ця схема застосовується набагато рідше, ніж схема розподіленої однокрокової маршрутизації.

Статичні алгоритми та проста маршрутизація

Залежно від способу формування таблиць маршрутизації однокрокові алгоритми поділяються на три класи:

алгоритми фіксованої (або статичної) маршрутизації;
алгоритми простої маршрутизації;
алгоритми адаптивної (чи динамічної) маршрутизації

Таблиця, як правило, створюється в процесі завантаження і редагується за необхідності. Такі виправлення можуть знадобитися, зокрема, якщо в мережі відмовляє якийсь маршрутизатор, і його функції передаються іншому.

Очевидно, що алгоритм фіксованої маршрутизації з його способом формування таблиць маршрутизації вручну прийнятний лише у невеликих мережах із простою топологією. Однак він може бути ефективно використаний і на магістралях великих мережпростою структурою та очевидними найкращими шляхами проходження пакетів у підмережі.

У алгоритмах простої маршрутизації таблиця маршрутизації або не використовується, або будується без участі протоколів маршрутизації. Виділяють три типи простої маршрутизації:

АДАПТИВНА МАРШРУТИЗАЦІЯ

Найбільшого поширення набули алгоритми адаптивної (чи динамічної) маршрутизації. Вони забезпечують автоматичне оновлення таблиць маршрутизації після зміни конфігурації мережі. Використовуючи протоколи адаптивних алгоритмів, маршрутизатори можуть збирати інформацію про топологію зв'язків у мережі та оперативно реагувати на всі зміни конфігурації зв'язків. У таблиці маршрутизації зазвичай заноситься інформація про інтервал часу, протягом якого цей маршрут залишатиметься дійсним. Це час називають часом життя маршруту (Time To Live, TTL).

Адаптивні алгоритми мають розподілений характер, тобто у мережі немає спеціально виділених маршрутизаторів для збирання та узагальнення топологічної інформації: ця робота розподілена між усіма маршрутизаторами.

Останнім часом намітилася тенденція використовувати звані сервери маршрутів: вони збирають маршрутну інформацію, та був за запитами роздають її маршрутизаторам. У цьому випадку останні або звільняються від функції створення таблиці маршрутизації, або створюють лише частину таблиці. Взаємодія маршрутизаторів із серверами маршрутів здійснюється за спеціальними протоколами, наприклад Next Hop Resolution Protocol (NHRP).

Адаптивні алгоритми маршрутизації мають відповідати декільком важливим вимогам. Насамперед, вони мають забезпечувати вибір якщо оптимального, хоча б раціонального маршруту. Друга умова — їхня неодмінна простота, щоб відповідні реалізаціїне споживали значних мережевих ресурсів: зокрема, вони повинні породжувати занадто великий обсяг обчислень чи інтенсивний службовий трафік. І, нарешті, алгоритми маршрутизації повинні мати властивість збіжності, тобто завжди приводити до однозначного результату за прийнятний час.

Сучасні адаптивні протоколи обміну інформацією про маршрути, у свою чергу, поділяються на дві групи, кожна з яких пов'язана з одним із таких типів алгоритмів:

дистанційно-векторні алгоритми (Distance Vector Algorithm, DVA);
алгоритми стану каналів (Link State Algorithm, LSA).

В алгоритмах дистанційно-векторного типу кожен маршрутизатор періодично та широкомовно розсилає по мережі вектор, компонентами якого є відстані від даного маршрутизатора до всіх відомих мереж. Під відстанню зазвичай розуміється кількість транзитних вузлів. Метрика може бути й іншою, що враховує не лише кількість проміжних маршрутизаторів, а й час проходження пакетів між сусідніми маршрутизаторами або надійність шляхів.

Дистанційно-векторні алгоритми добре працюють лише у невеликих мережах. У великих вони завантажують лінії зв'язку інтенсивним широкомовним трафіком. Зміни конфігурації відпрацьовуються за цим алгоритмом який завжди коректно, оскільки маршрутизатори немає точного ставлення до топології зв'язків у мережі, а мають лише узагальненої інформацією — вектором відстаней, — до того ж отриманої через посередників. Робота маршрутизатора відповідно до дистанційно-векторного протоколу нагадує роботу моста, оскільки точної топологічної картини мережі такий маршрутизатор не має. Найбільш поширеним протоколом з урахуванням дистанційно-векторного алгоритму є протокол RIP.

ДляЩоб зрозуміти, в якому стані знаходяться лінії зв'язку, підключені до його портів, маршрутизатор періодично обмінюється короткими пакетами HELLO зі своїми найближчими сусідами. Цей службовий трафік також засмічує мережу, але не настільки, як, наприклад, пакети RIP, оскільки пакети HELLO мають набагато менший обсяг.

Прикладами протоколів з урахуванням алгоритму стану зв'язків можуть бути IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) стека OSI, OSPF (Open Shortest Path First) стека TCP/IP і протокол NLSP стека Novell.

СТРУКТУРА INTERNET

Більшість протоколів маршрутизації, що застосовуються в сучасних мережах з комутацією пакетів, з'явилося завдяки Інтернету та його попередниці — мережі ARPANET. Щоб зрозуміти їхнє призначення та особливості, корисно познайомиться зі структурою мережі Internet, яка наклала відбиток на термінологію і типи протоколів.

Internet спочатку будувався як мережу, що об'єднує велику кількість незалежних систем. З самого початку у його структурі виділяли магістральну мережу (core backbone network), а підключені до магістралі мережі розглядалися як автономні системи (autonomous system). Магістраль та кожна з автономних систем мали власні адміністративне управління та протоколи маршрутизації. Слід зазначити, що розподіл на автономні системи пов'язані безпосередньо з розподілом Internet на мережі і домени імен. Автономна система об'єднує мережі, де маршрутизація здійснюється під загальним адміністративним керівництвом однієї організації, а домен імен - єдиний для комп'ютерів (можливо, що належать різним мережам), у яких призначення унікальних символьних імен відбувається під таким же керівництвом. Природно, область дії автономної системи та домену імен можуть у окремому випадкузбігатися, якщо одна організація виконує обидві зазначені функції.

Маршрутизатори, що застосовуються для формування мереж та підмереж усередині автономної системи, називаються внутрішніми шлюзами (interior gateway), а ті, за допомогою яких автономні системи підключаються до магістралі мережі, – зовнішні шлюзи (exterior gateway). Магістраль мережі також є автономною системою. Усі автономні системи мають унікальний 16-розрядний номер, який надається централізовано відповідним адміністративним органом Internet.

протоколи маршрутизації, що використовуються всередині автономних систем, називаються протоколами внутрішніх шлюзів (Interior Gateway Protocol, IGP), а протоколи обміну маршрутною інформацією між зовнішніми шлюзами і шлюзами магістральної мережі - протоколами зовнішніх шлюзів (Exterior Gateway Protocol, EGP). Всередині магістральної мережі також може працювати будь-який власний внутрішній протокол IGP.

Поділ усієї мережі Internet на автономні системи необхідний багаторівневої модульної організації, без чого неможливо значно розширити будь-яку велику систему. Зміна протоколів маршрутизації всередині будь-якої автономної системи має вплинути працювати інших автономних систем. Крім того, розподіл Internet на автономні системи сприяє агрегування інформації на магістральних та зовнішніх шлюзах. Внутрішні шлюзи можуть використовувати для внутрішньої маршрутизації докладні графи взаємних зв'язків, щоб вибрати найбільш раціональний маршрут. Однак якщо інформація такого ступеня деталізації зберігатиметься у всіх маршрутизаторах мережі, то топологічні бази даних настільки розростуться, що знадобиться пам'ять гігантських розмірів, а час прийняття рішень про маршрутизацію стане неприйнятно більшим.

Наведена наНа малюнку 1 структура Internet з єдиною магістраллю була такою досить довго, тому спеціально для неї було розроблено протокол обміну маршрутною інформацією між AS, названий EGP. Проте з розвитком мереж провайдерів послуг структура Internet стала набагато складнішою, з довільним характером зв'язків між автономними системами. Тому протокол EGP поступився місцем протоколу BGP, який дозволяє розпізнати наявність петель між автономними системами і виключити їх з міжсистемних маршрутів. Протоколи EGP та BGP використовуються провайдерами послуг Internet лише на зовнішніх шлюзах автономних систем. На маршрутизаторах корпоративних мереж працюють внутрішні протоколи маршрутизації, такі як RIP та OSPF.

RIP та OSPF

Поділіться матеріалом з колегами та друзями