Внутренние и внешний протоколы маршрутизации

 

Для рассмотрения протоколов маршрутизации необходимо ввести понятие автономной системы. Автономная система AS (Autonomous System) обладает следующими признаками:

1. AS – это множество маршрутизаторов и сетей (подсетей), управляемых одной организацией.

2. AS состоит из группы маршрутизаторов, обменивающихся информацией через общий протокол маршрутизации.

3. За исключением состояния неисправности в AS существует путь между любой парой узлов.

На рис. 13.2 приведена IP – сеть, состоящая из двух AS. Протокол маршрутизации, который передаёт информацию между маршрутизаторами внутри AS, называется внутренним протоколом маршрутизации IRP (Interior Routing Protocol). При этом алгоритмы маршрутизации, используемые маршрутизаторами различных AS, могут отличаться. Тем не менее, маршрутизаторы в одной AS должны иметь минимальный уровень информации, связанной с сетями других AS, на которые возможна отправка пакетов. Протокол, который используется для передачи информации между маршрутизаторами в различных AS, называется внешним протоколом маршрутизации ERP (Exterior Routing Protocol).

Рис. 13.2. Внутренний и внешний протоколы маршрутизации

Приведём краткое описание внутренних протоколов RIP и OSPF, а также внешнего протокола маршрутизации BGP. Протоколы RIP и OSPF входят в состав межсетевого уровня архитектуры TCP/IP и выполняют две функции:

· построение таблицы маршрутизации;

· обновление таблиц маршрутизации, если состояние связей в составной сети изменилось по причине изменения топологии сети (отказа каналов связи, перегрузки и др.).

Протокол BGP входит в состав транспортного уровня TCP.

Протокол RIP

 

Протокол маршрутной информации RIP (Routing Information Protocol) является внутренним протоколом маршрутизации дистанционно-векторного типа. Определенный в документе RFC 1058 в качестве метрики протокол RIP использует число транзитных маршрутизаторов (хопов). Согласно спецификации, маршрутизатор извлекает информацию о подсети и расстоянии из своей таблицы маршрутизации и передаёт эти данные соседним маршрутам через каждые 30 секунд. Соседний узел, в свою очередь передает информацию соседнему узлу, пока все узлы внутри сети не получат одинаковую информацию о маршрутах. Протокол RIP продолжает оставаться популярным протоколом маршрутизации, поскольку он прост и хорошо подходит для небольших IP-сетей. Однако он имеет множество ограничений, включая следующие.

1. RIP неприемлем для больших конфигураций (более 15 подсетей). Если разрешить метрики большого размера, то чрезмерно увеличится время формирования таблиц маршрутизации или их коррекции после изменения топологии. Способ обмена таблицами маршрутизации, принятый протоколом RIP, в крупных сетях может привести к перегрузке сети.

2. В современных сетях использование числа транзитов в качестве метрики маршрутизации не всегда эффективно, т.к. она не берёт в расчёт загрузку каналов передачи, не учитывает разную пропускную способность каналов. Протокол RIP выбирает маршрут через два маршрутизатора через каналы 64 Кбит/с, хотя мог бы быть выбран более экономичный маршрут - через три маршрутизатора, соединенные 30-канальньной группой со скоростью 2,048 Мбит/с. Этот экономичный выбор обеспечивает протокол OSPF.

Протокол OSPF

 

Протокол маршрутизации - OSPF (Open Shortest Path First - выбор кратчайшего пути первым) использует принцип контроля состояния канала, а метрика представляет собой оценку эффективности связи в этом канале. Чем меньше метрика, тем эффективней организация связи. Метрика, оценивающая пропускную способность канала, определяется, например, компанией Cisco, как количество секунд для передачи 100 Мбит. Тогда, например,

· 30-канальная группа типа E1 со скоростью 2,048 Мбит/с (глава 3) соответствует метрике 488;

· канал 64 Кбит/с соответствует метрике 1562.

В этом случае маршрут через три маршрутизатора с каналами типа E1 составит метрику 488+488=976 единиц и является более экономичным по сравнению с маршрутом между двумя маршрутизаторами с каналом 64 Кбит/с (метрика 1562).

При первоначальном построении таблицы маршрутизации маршрутизатор определяет метрику канала на каждом своём интерфейсе. Затем маршрутизатор информирует об этих значениях все другие маршрутизаторы сети. На основании этих данных каждый маршрутизатор строит топографическую карту (базу данных) сети, по которой определяется кратчайший путь к каждой подсети. Данные этих кратчайших маршрутов помещаются в таблицу маршрутизации маршрутизатора. При невозможности передать пакеты к сети назначения (из-за отказа каналов связи, транзитных маршрутизаторов, перегрузках и др.) эти пакеты отбрасываются. Каждая запись в топологической базе данных сети имеет свой срок жизни. С каждой записью связан таймер, который служит для контроля времени жизни записи. Если какая-либо запись в топологической базе данных устаревает, то первый из таких маршрутизаторов запрашивает её новую копию с помощью специального пакета OSPF "Запрос сведений о состоянии каналов" (Link-State Request), на который должен поступить ответ "Корректировка сведений о состоянии каналов" (Link-State Update) или "Уведомление о состоянии канала" (Link-State Acknowledgement) от маршрутизатора непосредственно тестирующего эту связь. Если состояние связей в сети изменилось и произошла корректировка в маршрутизаторе сети, то этот маршрутизатор в широковещательном режиме сообщает всем соседним маршрутизаторам эти изменения. В OSPF передается только часть таблицы маршрутизации, а не вся таблица маршрутизации, как в RIP.

Протокол BGP

 

Основа работы протокола внешней маршрутизации BGP (Border Gateway Protocol - пограничный шлюзовой протокол) обмен маршрутной информации между маршрутизаторами в нескольких автономных системах AS. Рассмотрим его работу на примере IP-сети из двух AS (рис 13.2). В каждой AS имеются несколько маршрутизаторов, выполняющих роль внешних шлюзов. На каждом из них работает протокол BGP. Взаимодействие между AS осуществляется через эти граничные маршрутизаторы. На рис. 13.2 такими маршрутизаторами, обеспечивающими взаимодействие AS1 и AS2, являются R1 и R5. Вначале на маршрутизаторе R1 в AS1 реализуется внутренний протокол маршрутизации, например OSPF. В результате создаётся таблица маршрутизации в R1. Затем по протоколу TCP (порт 179) R1 посылает сообщение Update на маршрутизатор R5 в AS2. В это сообщение включена следующая информация:

1. идентификатор AS1;

2. IP - адрес маршрутизатора R1;

3. список всех подсетей в AS1, достижимых через R1.

Допустим, что R5 имеет также связь с другим маршрутизатором в другой AS, например, с маршрутизатором R9 в AS3. Маршрутизатор R5 будет передавать информацию, полученную от R1, в R9 в новом сообщении Update. В это сообщение включена следующая информация:

· список идентификаторов (AS1, AS2);

· IP - адрес маршрутизатора R5;

· список всех подсетей в AS1.

Это сообщение информирует маршрутизатор R9 о том, что все подсети AS1 достижимы через R5 и пересекаемыми автономными системами являются AS1 и AS2. Маршрутизатор теперь должен принять решение, является ли этот маршрут к перечисленным подсетям предпочтительным. Он может иметь альтернативные маршруты к некоторым или ко всем этим подсетям, которые по некоторым показателям (производительность, некоторые метрики и др.) сочтёт более предпочтительными. В таком случае R9 присоединяет эту информацию к своей и передаёт список всех подсетей AS1, AS2. Обновлённая таким образом информация распространяется по Интернету, который состоит из большого числа взаимодействующих AS.