Курс лекций "Сетевым технологиям"

На этом этапе маршрутизатор Ml получил от маршрутизатора МЗ информацию о сети 132.15.0.0, которую тот, в свою очередь, на предыдущем цикле работы по­лучил от маршрутизатора М4. Маршрутизатор уже знает о сети 132.15.0.0, при­чем старая информация имеет лучшую метрику, чем новая, поэтому новая ин­формация об этой сети отбрасывается.

О сети 202.101.16.0 маршрутизатор Ml узнает на этом этапе впервые, причем данные о ней приходят от двух соседей — от МЗ и М2. Поскольку метрики в этих сообщениях указаны одинаковые, то в таблицу попадают данные, которые пришли первыми. В нашем примере считается, что маршрутизатор М2 опередил маршрутизатор МЗ и первым переслал свое RIP-сообщение маршрутизатору Ml.

Если маршрутизаторы периодически повторяют этапы рассылки и обработки RIP-сообщений, то за конечное время в сети установится корректный режим маршрутизации. Под корректным режимом маршрутизации здесь понимается такое состояние таблиц маршрутизации, когда все сети достижимы из любой сети по некоторому рациональному маршруту. Пакеты будут доходить до адре­сатов и не «зацикливаться» в петлях, подобных той, которую образуют маршру­тизаторы М1-М2-МЗ-М4 (см. рис. 1).

Очевидно, если в сети все маршрутизаторы, их интерфейсы и соединяющие их каналы связи постоянно работоспособны, то объявления по протоколу RIP мож­но делать достаточно редко, например один раз в день. Однако в сетях постоянно происходят изменения — изменяется как работоспособность маршрутизаторов и каналов, так и сами маршрутизаторы и каналы могут добавляться в существую­щую сеть или же выводиться из ее состава.

Для адаптации к изменениям в сети протокол RIP использует ряд механизмов

Адаптация RIP-маршрутизаторов к изменениям состояния сети

К новым маршрутам RIP-маршрутизаторы приспосабливаются просто — они передают новую информацию в очередном сообщении своим соседям и посте­пенно эта информация становится известна всем маршрутизаторам сети. А вот к изменениям, связанным с потерей какого-либо маршрута, RIP-маршрутизаторы адаптируются сложнее. Это связано с тем, что в формате сообщений протокола RIP нет поля, которое бы указывало на то, что путь к данной сети больше не су­ществует.

Для уведомления о том, что некоторый маршрут недействителен, используются два механизма:

      истечение времени жизни маршрута;

      указание специального (бесконечного) расстояния до сети, ставшей недос­тупной.

Механизм истечения времени жизни маршрута основан на том, что каждая запись таблицы маршрутизации (как и записи таблицы продвижения моста/ коммутатора), полученная по протоколу RIP, имеет время жизни (TTL). При поступлении очередного RIP-сообщения, которое подтверждает справедливость данной записи, таймер TTL устанавливается в исходное состояние, а затем из него каждую секунду вычитается единица. Если за время тайм-аута не придет новое сообщение об этом маршруте, он помечается как недействительный.

Время тайм-аута связано с периодом рассылки векторов по сети, В протоколе RIP IP период рассылки выбран равным 30 секундам, а в качестве тайм-аута выбрано шестикратное значение периода рассылки, то есть 180 секунд. Шестикрат­ный запас времени нужен для уверенности в том, что сеть действительно стала недоступной, а не просто произошли потери RIP-сообщений (а это возмож­но, так как протокол RIP использует транспортный протокол UDP, который не обеспечивает надежной доставки сообщений). Если какой-либо маршрутизатор отказывает, переставая слать своим соседям сообщения о сетях, которые можно достичь через него, то через 180 секунд все записи, порожденные этим мар­шрутизатором, станут недействительными у его ближайших соседей. После это­го процесс повторится уже для соседей ближайших соседей — они вычеркнут по­добные записи уже через 360 секунд.

Как видно, сведения о недоступных через отказавший маршрутизатор сетях рас­пространяются по сети не очень быстро. В этом заключается одна из причин вы­бора в качестве периода рассылки небольшой величины в 30 секунд. Механизм тайм-аута работает в тех случаях, когда маршрутизатор не может послать сосе­дям сообщение об отказавшем маршруте, так как либо он сам неработоспособен, либо неработоспособна линия связи, по которой можно было бы передать сооб­щение.

Когда же сообщение послать можно, RIP-маршрутизаторы используют прием, заключающий в указании бесконечного расстояния до сети, ставшей недоступной. В протоколе RIP бесконечным условно считается расстояние равным 16 хопов. Получив сообщение, в котором расстояние до некоторой сети равно 16 (или 15 что приводит к тому же результату, так как маршрутизатор наращивает получен­ное значение на 1), маршрутизатор должен проверить, исходит ли эта «плохая» информация о сети от того же маршрутизатора, сообщение которого послужило в свое время основанием для записи о данной сети в таблице маршрутизации. Если это тот же маршрутизатор, то информация считается достоверной и мар­шрут помечается как недоступный.

То, что за «бесконечное» расстояние принято столь небольшое число, вызвано тем, что в некоторых случаях отказы связей в сети вызывают длительные перио­ды некорректной работы RIP-маршрутизаторов, выражающейся в зацикливании пакетов в петлях сети. И чем меньше расстояние, используемое в качестве «бес­конечного», тем такие периоды короче.

Выводы

      Протокол RIP является наиболее распространенным протоколом маршрути­зации сетей TCP/IP. Несмотря на его простоту, определенную использовани­ем дистанционно-векторного алгоритма, RIP успешно работает в небольших сетях с количеством промежуточных маршрутизаторов не более 15.

      Для IP имеются две версии протокола RIP: первая и вторая. Протокол RIPvl не поддерживает масок. Протокол RIPv2 передает информацию о масках сетей, поэтому он в большей степени соответствует требованиям сегодняшнего дня.

      RIP-маршрутизаторы при выборе маршрута обычно используют самую про­стую метрику — количество промежуточных маршрутизаторов между сетями, то есть хопов.

      В сетях, использующих RIP и имеющих петлевидные маршруты, могут на­блюдаться достаточно длительные периоды нестабильной работы, когда паке­ты «зацикливаются» в маршрутных петлях и не доходят до адресатов. Для борьбы с этими явлениями в RIP-маршрутизаторах предусмотрено несколько приемов (Split Horizon, Hold Down, Triggered Updates), которые сокращают в некоторых случаях периоды нестабильности.

      Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях.

Протокол состояния связей OSPF

Протокол OSPF (Open Shortest Path First, открытый протокол «кратчайший путь первым») является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентиро­ванными на применение в больших гетерогенных сетях.

Два этапа построения таблицы маршрутизации

В OSPF процесс построения таблицы маршрутизации разбивается на два круп­ных этапа. На первом этапе каждый маршрутизатор строит граф связей сети, в котором вершинами графа являются маршрутизаторы и IP-сети, а ребрами — интерфейсы маршрутизаторов. Все маршрутизаторы для этого обмениваются со своими соседями той информацией о графе сети, которой они располагают к данному моменту времени. Этот процесс похож на процесс распространения векторов расстояний до сетей в протоколе RIP, однако сама информация качест­венно другая — это информация о топологии сети. Подобные сообщения называ­ются router links advertisement — объявление о связях маршрутизатора. Кроме того, при передаче топологической информации маршрутизаторы ее не модифи­цируют, как это делают RIP-маршрутизаторы, а передают в неизменном виде. В результате распространения топологической информации все маршрутизаторы сети располагают идентичными сведениями о графе сети, которые хранятся в топологической базе данных каждого маршрутизатора.

Второй этап состоит в нахождении оптимальных маршрутов с помощью полу­ченного графа. Каждый маршрутизатор считает себя центром сети и ищет опти­мальный маршрут до каждой известной ему сети. В каждом найденном таким образом маршруте запоминается только один шаг — до следующего маршрутиза­тора, в соответствии с принципом одношаговой маршрутизации. Данные об этом шаге и попадают в таблицу маршрутизации. Задача нахождения оптимального пути на графе является достаточно сложной и трудоемкой. В протоколе OSPF для ее решения используется итеративный алгоритм Дийкстры. Если несколько маршрутов имеют одинаковую метрику до сети назначения, то в таблице мар­шрутизации запоминаются первые шаги всех этих маршрутов.

Сообщения HELLO и  корректировка таблиц маршрутизации

Для того чтобы база данных о топологии сети соответствовала текущему состоя­нию сети, OSPF-маршрутизаторам необходимо постоянно отслеживать изменения состояния сети и вносить при необходимости коррективы в таблицу маршрути­зации. Для контроля состояния связей и соседних маршрутизаторов OSPF- маршрутизаторы регулярно передают друг другу сообщения HELLO. Сообщения HELLO отправляются через каждые 10 секунд, чтобы повысить скорость адапта­ции маршрутизаторов к изменениям, происходящим в сети. Небольшой объем этих сообщений делает возможной такое частое тестирование состояния соседей и связей с ними. На основании принимаемых от непосредственных соседей сооб­щений HELLO маршрутизатор формирует записи о состоянии связях со своими непосредственными соседями в базе данных о топологии сети.

В том случае, когда сообщения HELLO перестают поступать от какого-либо не­посредственного соседа, маршрутизатор делает вывод о том, что состояние связи изменилось с работоспособного на неработоспособное и делает соответствую­щую отметку в своей базе данных. Одновременно он отсылает всем непосредст­венным соседям объявление LSA об этом изменении, и те также корректируют свои базы данных и, в свою очередь, рассылают данное объявление LSA своим непосредственным соседям (естественно, кроме того соседа, от которого оно было получено). После корректировки графа сети каждый маршрутизатор зано­во ищет оптимальные маршруты и корректирует свою таблицу маршрутизации. Конвергенция таблиц маршрутизации к новому стабильному состоянию проис­ходит очень быстро, это время состоит из времени передачи объявления LSA и времени работы алгоритма Дийкстры для нахождения новых маршрутов. Анало­гичный процесс происходит и в том случае, когда в сети появляется новый сосед, объявляющий о себе с помощью своих сообщений HELLO, или новая связь.

Если же состояние сети не меняется, то объявления о связях не генерируются и таблицы маршрутизации не корректируются, что экономит пропускную спо­собность сети и вычислительные ресурсы маршрутизаторов. Однако у этого пра­вила есть исключение: каждые 30 минут OSPF-маршрутизаторы обмениваются всеми записями базы данных топологической информации, то есть синхронизи­руют их для более надежной работы сети. Так как этот период достаточно боль­шой, то данное исключение незначительно сказывается на работе сети.

Метрики и объявления

Протокол OSPF обычно использует метрику, учитывающую пропускную спо­собность сетей. Кроме того, возможно использование двух других метрик, учи­тывающих требования к качеству обслуживания в IP-пакете, — задержки передачи пакетов и надежности передачи пакетов сетью. Для каждой из метрик про­токол OSPF строит отдельную таблицу маршрутизации. Выбор нужной таблицы происходит в зависимости от требований к качеству обслуживания пришедшего пакета (рис. 2).

Данной сети соответствует граф, приведенный на рис. 3.

Протокол OSPF в своих объявлениях распространяет информацию о связях двух типов: маршрутизатор—маршрутизатор и маршрутизатор—сеть. Примером связи первого типа служит связь «R3—R4», а второго — связь «R4—195.46.17.0». Если каналам «точка-точка» дать IP-адреса, то они станут дополнительными верши­нами графа, как и локальные сети. Вместе с IP-адресом сети передается также информация о маске сети.

После инициализации OSPF-маршрутизаторы знают только о связях с непо­средственно подключенными сетями, как и RIP-маршрутизаторы. Они начина­ют распространять эту информацию своим соседям. Одновременно они посыла­ют сообщения HELLO по всем своим интерфейсам, так что почти сразу же каждый маршрутизатор узнает идентификаторы своих ближайших соседей, что пополняет его топологическую базу новой информацией, которую он узнал не­посредственно. Далее топологическая информация начинает распространяться по сети от соседа к соседу и через некоторое время достигает самых удаленных маршрутизаторов.

Каждая связь характеризуется метрикой. Протокол OSPF поддерживает стан­дартные для многих протоколов (например, для протокола Spanning Tree) зна­чения расстояний для метрики, отражающей производительность сетей: Ether­net — 10 единиц, Fast Ethernet — 1 единица, канал Т1 — 65 единиц, канал 56 кбит/с — 1785 единиц и т. д.

При выборе оптимального пути на графе с каждым ребром графа связана метри­ка, которая добавляется к пути, если данное ребро в него входит. Пусть на при­веденном примере маршрутизатор R5 связан с R6 и R7 каналами Т1, a R6 и R7 связаны между собой каналом 56 кбит/с. Тогда R7 определит оптимальный мар­шрут до сети 201.106,14.0 как составной, проходящий сначала через маршрутиза­тор R5, а затем через R6, поскольку у этого маршрута метрика равна 65 + 65 = 130 единиц. Непосредственный маршрут через R6 не будет оптимальным, так как его метрика равна 1785. При использовании хопов был бы выбран маршрут через R6, который не является оптимальным.

Протокол OSPF разрешает хранить в таблице маршрутизации несколько мар­шрутов к одной сети, если они обладают равными метриками. Если такие записи образуются в таблице маршрутизации, то маршрутизатор реализует режим ба­ланса загрузки маршрутов (load balancing), отправляя пакеты попеременно по каждому из маршрутов.

Стабильность OSPF

У каждой записи в топологической базе данных имеется срок жизни, как и у маршрутных записей протокола RIP. С каждой записью о связях связан таймер, который используется для контроля времени жизни записи. Если какая-либо за­пись топологической базы маршрутизатора, полученная от другого маршрутиза­тора, устаревает, то маршрутизатор может запросить ее новую копию с помощью специального сообщения Link-State Request протокола OSPF, на которое дол­жен поступить ответ Link-State Update от маршрутизатора, непосредственно тес­тирующего запрошенную связь.