Курс лекций "Сетевым технологиям"

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.