Файл: Проектирование маршрутизации в трёх двухуровневых сетях с использованием протокола BGP.pdf

Основными свойствами, отличающими Enhanced IGRP от других протоколов маршрутизации, являются быстрая сходимость, поддержка маски подсети переменной длины, частичных обновлений и нескольких протоколов сетевого уровня. 

Маршрутизатор, на котором выполняется протокол Enhanced IGRP, хранит все маршрутные таблицы соседних маршрутизаторов, что позволяет ему быстро адаптироваться к альтернативным маршрутам. Если подходящего маршрута нет, то Enhanced IGRP запрашивает альтернативный маршрут у соседних маршрутизаторов. Эти запросы передаются до тех пор, пока альтернативный маршрут не будет найден.

Протокол EIGRP поддерживает маски подсетей переменной длины, что позволяет автоматически обобщать маршруты в пределах сети с определенным номером. Кроме того, EIGRP можно настроить на обобщение маршрутов в любых битовых границах на любом интерфейсе.

Enhanced IGRP не выполняет периодических обновлений. Вместо этого он посылает обновленную информацию частями и только в случае изменения метрики маршрута. Распространение частично обновленной информации автоматически ограничивается таким образом, что ее получают только те маршрутизаторы, которым это необходимо. Благодаря этим двум свойствам протоколу Enhanced IGRP требуется значительно меньшая полоса пропускания, чем протоколу IGRP.

Для повышения эффективности в протоколе Enhanced IGRP используются четыре основные технологии, отличающие его от других технологий маршрутизации: обнаружение/восстановление соседних маршрутизаторов, транспортный протокол с достоверной передачей (reliable transport protocol, RTP), машина с конечным числом состояний алгоритма DUAL и модули, зависимые от протокола.

Механизм обнаружения и восстановления соседних узлов позволяет маршрутизаторам динамически обнаруживать другие маршрутизаторы в своей сети. Кроме того, маршрутизаторы должны определять состояние соседних маршрутизаторов в случаях, когда те становятся недоступными или неработоспособными. Этот процесс реализуется с небольшими затратами ресурсов с помощью периодической посылки небольших пакетов приветствия (hello packets). Пока маршрутизатор получает пакеты приветствия от соседнего маршрутизатора, он считает, что соседний маршрутизатор работоспособен и что они могут обмениваться между собой маршрутной информацией.

Транспортный протокол с достоверной передачей (Reliable Transport Protocol — RTP) обеспечивает гарантированную, упорядоченную доставку пакетов протокола EIGRP всем соседним маршрутизаторам. Он поддерживает смешанную передачу много и одноадресатных пакетов. Для большей эффективности EIGRP с гарантией доставки передаются только некоторые пакеты. В сетях с множественным доступом и возможностями многоадресатной передачи, таких как Ethernet, нет необходимости посылать пакеты приветствия каждому соседнему маршрутизатору отдельно. Протокол EIGRP отправляет нескольким абонентам один пакет приветствия, который содержит указатель, информирующий получателей о том, что пакет не нуждается в подтверждении. В пакетах других типов, таких как пакеты обновления, указывается, что подтверждение необходимо. В пользователе RTP есть средства более быстрой пересылки многоадресатных пакетов, в то время как отправка пакетов, не требующих подтверждения, задерживается. Это позволяет гарантировать быструю сходимость для скоростных соединений.

---

Машина с конечным числом состояний алгоритма DUAL реализует процесс принятия решений для всех маршрутных вычислений, анализируя и обобщая оповещения о маршрутах, поступающие от всех соседних маршрутизаторов. Для выбора эффективных маршрутов без петель DUAL использует информацию о расстоянии и отбирает маршруты для занесения в маршрутные таблицы, основываясь на допустимых маршрутизаторах. Допустимым маршрутизатором считается соседний маршрутизатор, используемый для пересылки пакетов к получателю с наименьшими затратами и гарантирующий отсутствие маршрутных петель. Если у соседнего маршрутизатора изменяется метрика или топология сети, то DUAL ищет в сети допустимые маршрутизаторы. Если будет найден хотя бы один, то DUAL использует его во избежание повторного вычисления маршрута. При отсутствии допустимых маршрутизаторов и повторных извещений о получателе от соседних маршрутизаторов повторное вычисление маршрута (называемое диффузным вычислением) все же выполняется, так как необходимо определить новый допустимый маршрутизатор. Хотя повторные вычисления не вызывают повышенной нагрузки процессора, они влияют на скорость сходимости, поэтому лучше их избегать.

Протокол EIGRP поддерживает внутренние и внешние маршруты. Внутренние маршруты порождаются автономной системой с Enhanced IGRP. Таким образом, непосредственно подключенная сеть, настроенная на использование EIGRP, рассчитана на внутреннюю маршрутизацию и распространяет эту информацию по автономным системам через протокол EIGRP. Информация о внешних маршрутах распространяется другим протоколом маршрутизации или хранится в маршрутной таблице как статические маршруты. Эти маршруты маркируются индивидуально в соответствии с источником.

• • 1. Open Shortest Path First (OSPF)

Протокол OSPF явился результатом научных исследований в нескольких направлениях и его базой являются алгоритм SPF, разработанный для ARPANET в 1978 г. компанией Bolt, Beranek и Newman (BBN).

OSPF является протоколом маршрутизации по состоянию канала. Это означает, что он требует отправки объявлений о состоянии канала (Link-State Advertisements - LSA) всем остальным маршрутизаторам данной иерархической области. В сообщения LSA протокола OSPF входит информация о подключенных интерфейсах, использованных метриках и других переменных. По мере того как маршрутизаторы OSPF накапливают сведений о состоянии канала, они используют алгоритм SPF для расчета кратчайшего маршрута к каждому узлу.

Являясь алгоритмом маршрутизации по состоянию канала, OSPF отличается от протоколов RIP и IGRP, которые являются дистанционно-векторными протоколами маршрутизации (используют маршрутизацию по вектору расстояния). Маршрутизаторы, использующие алгоритм маршрутизации по вектору расстояния, включают сообщения об обновлении маршрутов, отправляемые соседним маршрутизаторам, свою таблицу маршрутизации — всю или частично. 

---

В отличие от протокола RIP, OSPF может работать в иерархической системе. Самым крупным объектом в этой иерархии является автономная система (Autonomous System — AS). AS представляет собой набор сетей с общим администрированием и единой стратегией маршрутизации. Хотя OSPF является протоколом маршрутизации внутри автономной системы AS (т.е. протоколом внутреннего шлюза), он также может принимать маршруты от других AS и отправлять им свои маршруты.

Автономную систему AS можно разделить на несколько зон. Зона представляет собой группу смежных сетей и подключенных к ним узлов. Маршрутизаторы с несколькими интерфейсами могут принадлежать нескольким зонам. На таких маршрутизаторах, называемых граничными (Area Border Router), хранятся отдельные топологические базы данных для каждой зоны.

В топологической базе данных хранится общая схема сети по отношению к маршрутизаторам. В ней также содержится набор сообщений LSA, полученных от всех маршрутизаторов данной зоны. Поскольку маршрутизаторы одной зоны пользуются одной и той же информацией, их топологические базы данных одинаковы.

Доменом иногда называют часть сети, в которой у всех маршрутизаторов топологическая база данных одинакова. Термин “домен” часто употребляется как синоним термина “автономная система”.

Топология зоны является невидимой для устройств, находящихся вне этой зоны. Поддерживая отдельные топологии зон, OSPF позволяет уменьшить объем передаваемых данных маршрутизации.

Разделение на зоны приводит к использованию двух различных типов маршрутизации OSPF, в зависимости от того, находятся ли источник и получатель в одной или в разных зонах. В первом случае имеет место внутризонная, во втором — межзонная маршрутизация.

Зоны могут быть определены таким образом, что магистраль не будет непрерывной. В этом случае непрерывность магистрали обеспечивается виртуальными каналами. Такие каналы создаются между любыми магистральными маршрутизаторами, которые одновременно поддерживают соединение с обычными зонами и функционируют так, как если бы были обычными каналами.

Граничные маршрутизаторы AS, использующие OSPF, узнают о внешних маршрутизаторах при помощи протоколов внешнего шлюза, таких как протокол внешнего шлюза (Exterior Gateway Protocol — EGP), протокол граничного шлюза (Border Gateway Protocol — BGP) или через информацию о конфигурации.

Алгоритм выбора кратчайшего пути (Shortest Path First — SPF) является основой функционирования протокола OSPF. При включении маршрутизатор SPF инициализирует свои структуры данных, относящиеся к протоколу маршрутизации, а затем ожидает сообщений от протоколов низшего уровня о работоспособности его интерфейсов.

---

Получив такие подтверждения, маршрутизатор использует протокол приветствия OSPF (Hello protocol) для того, чтобы получить данные о соседних маршрутизаторах. Под соседними маршрутизаторами понимаются маршрутизаторы, интерфейсы которых подключены к общей сети. Маршрутизатор отправляет своим соседям пакеты приветствия и получает такие же пакеты от них. Кроме передачи информации о соседних маршрутизаторах, пакеты приветствия также служат подтверждением работоспособности маршрутизатора, сообщая другим маршрутизаторам, что отправитель пакета работоспособен.

В сетях с множественным доступом (поддерживающих более двух маршрутизаторов) протокол приветствия выбирает назначенный маршрутизатор и резервный назначенный маршрутизатор. Помимо других функций, назначенный маршрутизатор генерирует LSA-сообщения для всей сети множественного доступа. Благодаря назначенным маршрутизаторам уменьшается объем передаваемых по сети данных и размер топологической базы данных.

Если базы данных о состоянии канала двух соседних маршрутизаторов синхронизированы, то такие маршрутизаторы называются смежными. В сетях с множественным доступом назначенный маршрутизатор определяет, какие маршрутизаторы должны стать смежными, и их топологические базы данных попарно синхронизируются. Смежные маршрутизаторы управляют распределением пакетов протокола маршрутизации, которые отправляются и принимаются только между смежными маршрутизаторами.

Каждый маршрутизатор периодически рассылает сообщения LSA с информацией о смежных с ним маршрутизаторах и об изменении состояния маршрутизатора. Сравнение отношений смежности маршрутизаторов с состоянием канала позволяет быстро обнаружить неработающие маршрутизаторы и внести в топологию сети соответствующие изменения. По топологической базе данных, генерируемой на основе полученных сообщений LSA, маршрутизатор рассчитывает дерево кратчайших маршрутов, корнем которого он является. В свою очередь, дерево кратчайших маршрутов позволяет создать таблицу маршрутизации.

• • 1. Border Gateway Protocol (BGP)

Протокол граничного шлюза (Border Gateway Protocol — BGP) представляет собой протокол маршрутизации, который используется при передаче данных между автономными системами. Автономной системой называется сеть или группа сетей с общим администрированием и общей стратегией маршрутизации. Протокол BGP используется для обмена маршрутной информацией в сети Internet и является протоколом, используемым между провайдерами услуг Internet (Internet Service Provider). В сетях пользователей, таких как университеты и корпорации, для обмена маршрутной информацией между сетями обычно применяются протоколы внутреннего шлюза (Interior Gateway Protocol — IGP), такие как RIP или OSPF. Пользователи подключаются к ISP-провайдерам, а последние используют BGP для обмена маршрутной информацией между пользователем и провайдером ISP. Когда протокол BGP используется для обмена между автономными системами (AS), он называется внешним BGP (External BGP — EBGP). Если провайдер служб Internet использует протокол BGP для обмена маршрутами внутри автономной системы AS, то этот протокол называется внутренним (Interior BGP — IBGP).

---

BGP является очень устойчивым и легко масштабируемым протоколом маршрутизации. Об этом свидетельствует тот факт, что он применяется в сети Internet. Для обеспечения высокого уровня масштабируемости протокол BGP использует множество параметров маршрута, называемых атрибутами, которые определяют стратегию и поддерживают стабильную среду маршрутизации.

Для уменьшения размеров таблиц маршрутизации Internet протокол BGP, кроме атрибутов, использует бесклассовую междоменную маршрутизацию (Classless InterDomain Routing — CIDR). «CIDR основана на использовании масок для более гибкого распределения адресов и более эффективной маршрутизации. Она допускает произвольное разделение IP-адреса на поля для нумерации сети и узлов.» [5. стр. 413] Предположим, например, что ISP-провайдер имеет блок IP-адресов 195.10.Х.Х из традиционного адресного пространства класса С. Этот блок состоит из 256 адресных блоков класса С, с адресами от 195.10.0.x по 195.10.255.x. Предположим, что ISP-провайдер выделяет блок адресов класса С каждому из своих клиентов. Без использования CIDR-маршрутизации провайдер ISP должен был бы выделить 256 блоков адресов класса каждому из своих узлов BGP. С помощью маршрутизации CIDR протокол BGP может сконцентрировать сетевое адресное пространство и анонсировать только один блок — 195.10.Х.Х. Этот блок имеет такой же размер, как и традиционный адресный блок класса В. Благодаря использованию CIDR-маршрутизации разграничение классов становится ненужным, что приводит к значительному сокращению размера таблиц маршрутизации протокола BGP.

Соседние устройства протокола BGP обмениваются полной информацией о маршрутах при первом же установлении TCP-соединения между ними. Если в таблице маршрутизации обнаруживаются изменения, то BGP-маршрутизаторы пересылают своим соседям только те маршруты, которые претерпели изменения. Маршрутизаторы BGP не осуществляют периодической рассылки сообщений об изменениях маршрутов, а сообщают только оптимальный маршрут к сети-получателю.

Маршруты, полученные с использованием протокола BGP, обладают некоторыми свойствами, которые используются для определения наилучшего маршрута в тех случаях, когда имеется несколько маршрутов к пункту назначения. Эти свойства называются атрибутами протокола BGP, и понимание их влияния на выбор маршрута необходимо для разработки устойчивой сети. BGP использует при выборе маршрута следующие атрибуты:

• Weight;
• Local preference;
• Multi-exit discriminator;
• Origin;
• AS_path;
• Next-hop;
• Community.

Атрибут Weight (вес) представляет собой атрибут, введенный корпорацией Cisco и является локальным для конкретного маршрутизатора. Он не анонсируется соседним маршрутизаторам. Если маршрутизатор обнаруживает несколько маршрутов к пункту назначения, то выбирается маршрут с наибольшим весом.

---