Тема 1 5: Маршрутизація в комп’ютерних мережах. Мета



Скачати 83.66 Kb.

Дата конвертації03.03.2017
Розмір83.66 Kb.

ТЕМА
1_5: Маршрутизація в комп’ютерних мережах.
МЕТА
: Розглянути протоколи динамічної маршрутизації. Дати визначення поняттю автономна система.


ПЛАН


1.
Класифікація протоколів маршрутизації.
2.
Автономні системи.
1. Класифікація протоколів маршрутизації.
Перш ніж перейти до класифікації протоколів маршрутизації, необхідно відзначити, що існують такі способи передачі пакетів в складних мережах, які взагалі не вимагають наявності таблиць маршрутизації в маршрутизаторах, а значить, і протоколів маршрутизації.
Найбільш простим способом передачі пакетів по мережі є так звана лавинна маршрутизація, коли кожен маршрутизатор передає пакет всім своїм безпосереднім сусідам.
Зрозуміло, що це не найраціональніший спосіб, оскільки пропускна здатність мережі використовується нераціонально, він працездатний (саме так мости і комутатори локальних мереж поступають з кадрами, що мають невідомі адреси).
Інший варіант маршрутизації без таблиць - це маршрутизація, керована подіями
(Event Dependent Routing), коли пакет до певної мережі призначення посилається по маршруту, який вже приводив раніше до успіху (для даної адреси призначення). Це досить ефективний метод маршрутизації, але він вимагає наявності зворотнього зв'язку, щоб маршрутизатор-відправиник міг фіксувати факт успіху доставки пакету. Подібний метод маршрутизації використовувався на етапі становлення Інтернету, коли перед відправкою пакету, даних заздалегідь всім або декільком сусідам посилалися ехо-запити по протоколу
ICMP, а потім на підставі часу приходу ехо-відповідей вибирався сусід, для якого цей час мінімальний. Даний спосіб добре зарекомендував себе в мережах, що працюють по протоколах з попереднім встановленням з'єднання. Запит на встановлення з'єднання може посилатися декільком сусідам, а підтвердження встановлення з'єднання посилається тому сусідові, який першим пришле відповідь.
Маршрутизація, керована подіями, може поєднуватися з таблицею маршрутизації. У такій таблиці для кожної мережі призначення вказується декілька можливих сусідів, яким доцільно направляти запит на встановлення з'єднання (або тестуючий ехо-запит). Подібний підхід застосовується в телефонних мережах, в яких вказується декілька можливих
«напрямів» передачі запиту на встановлення з'єднання, і ці запити передаються спочатку по першому з вказаних напрямів, поки не буде вичерпана його комутаційна ємкість, потім по наступному і так далі
Ще одним видом маршрутизації, що не вимагає наявності таблиць маршрутизації, є маршрутизація від джерела (Source Routing). В цьому випадку відправник поміщає в пакет
інформацію про те, які проміжні маршрутизатори повинні брати участь в передачі пакету до мережі призначення. На основі цієї інформації кожен маршрутизатор прочитує адресу наступного маршрутизатора і, якщо він дійсно є адресою його безпросереднього сусіда, передає йому пакет для подальшої обробки. Питання про те, як відправник дізнається точний маршрут дотримання пакету через мережу, залишається відкритим. Маршрут може прокладати або адміністратор вручну, або вузол-відправиник автоматично, але в цьому випадку йому потрібно підтримувати той або інший протокол маршрутизації, який повідомить вузол про топологію і стан мережі.
Адаптивна маршрутизація. У тих випадках, коли маршрутизація здійснюється на підставі таблиць, розрізняють статичну і адаптивну (динамічну) маршрутизацію. У першому випадку таблиці складаються і вводяться в пам'ять кожного маршрутизатора вручну адміністратором мережі.
У іншому випадку забезпечується автоматичне оновлення таблиць маршрутизації після зміни конфігурації мережі. Для адаптації таблиць якраз і потрібні протоколи
маршрутизації. Ці протоколи працюють на основі алгоритмів, що дозволяють всім маршрутизаторам збирати інформацію про топологію зв'язків в мережі, оперативно відпрацьовувати всі зміни конфігурації зв'язків. У таблицях маршрутизації при адаптивній маршрутизації зазвичай є інформація про інтервал часу, протягом якого даний маршрут залишатиметься дійсним. Цей час називають часом життя маршруту (Time Те Live, TTL),
Якщо після закінчення часу життя існування маршруту не підтверджується протоколом маршрутизації, то він вважається неробочим, пакети по ньому більше не посилаються.
Протоколи маршрутизації можуть бути розподіленими і централізованими. При розподіленому підході в мережі відсутні які-небудь виділені маршрутизатори, які збирали б і узагальнювали топологічну
інформацію: ця робота розподіляється між всіма маршрутизаторами мережі. Кожен маршрутизатор будує свою власну таблицю маршрутизації, грунтуючись на даних, що отримуються по протоколу маршрутизації від кінцевих маршрутизаторів мережі.
При централізованому підході в мережі існує один маршрутизатор, який збирає всю
інформацію про топологію і стан мережі від інших маршрутизаторів. Потім цей виділений маршрутизатор (який інколи називають сервером маршрутів) може вибрати декілька варіантів поведінки. Він може побудувати таблиці маршрутизації для всіх останніх маршрутизаторів мережі, а потім розповсюдити їх по мережі, щоб кожен маршрутизатор отримав власну таблицю і надалі самостійно ухвалював рішення про передачу кожного пакету. Центральний маршрутизатор може також повідомити про вибрані маршрути тільки кінцевим вузлам (або прикордонним маршрутизаторам), щоб вони направляли пакети в мережу відповідно до техніки маршрутизації від джерела. У мережі може бути не один, а декілька виділених маршрутизаторів, кожен з яких обслуговує певну групу підлеглих йому маршрутизаторів.
Адаптивні алгоритми маршрутизації повинні відповідати декільком важливим вимогам. По-перше, вони повинні забезпечувати якщо не оптимальність, то хоч би раціональність маршруту. По-друге, алгоритми мають бути досить простими, щоб при їх реалізації не витрачалося дуже багато мережевих ресурсів, зокрема вони не повинні вимагати дуже великого об'єму обчислень або породжувати інтенсивний службовий трафік. І нарешті, алгоритми маршрутизації повинні володіти властивістю збіжності, тобто завжди приводити до однозначного результату за прийнятний час.
Адаптивні протоколи обміну маршрутною інформацією, що використовуються в даний час в обчислювальних мережах, у свою чергу, діляться на дві групи, кожна з яких пов'язана з одним з наступних типів алгоритмів:
1.
Дистанційно-векторні алгоритми (Distance Vector Algorithms, DVA).
2.
Алгоритми стану зв'язків (Link State Algorithms, LSA).
Дистанційно-векторні алгоритми. У дистанційно-векторних алгоритмах (Distance
Vector Algorithms, DVA) кожен маршрутизатор періодично і широкомовно розсилає по мережі вектор, компонентами якого є відстані від даного маршрутизатора до всіх відомих йому мереж. Пакети протоколів маршрутизації зазвичай називаються оголошеннями
(advertisements), оскільки з їх допомогою маршрутизатор оголошує відомості про мережу.
Під відстанню зазвичай розуміється число хопів. Можлива і інша метрика, що вказує не лише число проміжних маршрутизаторів, але і час проходження пакетів по мережі між сусідніми маршрутизаторами. При отриманні вектора від сусіда маршрутизатор нарощує вказані у векторі відстані. Кожен маршрутизатор дізнається інформацію про всі наявні в
інтермережі мережі і про відстань до них через сусідні маршрутизатори. Потім він вибирає з декількох альтернативних маршрутів до кожної мережі той маршрут, який володіє найменшою метрикою. Маршрутизатор, що передав інформацію про даний маршрут, наголошується в таблиці маршрутизації як наступний маршрутизатор (next hop). Для того, щоб адаптуватися до змін стану мережі, маршрутизатори продовжують періодично повідомляти один одному інформацію про якнайкращі маршрути до всіх відомих мереж.
Якщо інформація про яку-небудь мережу перестала поступати в маршрутизатор протягом певного часу, то відповідний запис з таблиці маршрутизації віддаляється.

Дистанційно-векторні алгоритми добре працюють тільки в невеликих мережах. У великих мережах вони засмічують лінії зв'язку інтенсивним службовим періодичним трафіком, до того ж зміни конфігурації можуть оброблятися по цьому алгоритму не завжди коректно, оскільки маршрутизатори не мають точного уявлення про топологію зв'язків в мережі, а обмінюються тільки узагальненою інформацією - вектором дистанцій, до того ж отриманою через посередників. Робота маршрутизатора відповідно до дистанційно- векторного протоколу нагадує роботу моста, оскільки точної топологічної картини мережі такий маршрутизатор не має.
Найбільш поширеним протоколом, заснованим на дистанційно-векторному алгоритмі,
є протокол RIP, який поширений в двох версіях, - RIP IP, що працює з протоколом IP, і RIP
IPX, що працює з протоколом IPX.
Routing Information Protocol, RIP - один із найбільш розповсюджених протоколів

маршрутизації
в невеликих комп'ютерних мережах
, який дозволяє маршрутизаторам динамічно оновлювати маршрутну інформацію (напрямок і дальність в хопах
), отримуючи її від сусідніх маршрутизаторів.
RIP - так званий дистанційно-векторний протокол
, який оперує хопами як метрикою маршрутизації
. Максимальна кількість хопів
, дозволена в RIP - 15 (метрика 16 означає
«нескінченно велику метрику», тобто недосяжний сегмент мережі). Кожен RIP- маршрутизатор за замовчуванням передає в мережу свою повну таблицю маршрутизації раз на 30 секунд, генеруючи досить багато трафіку на низькошвидкісних лініях зв'язку. RIP працює на прикладному рівні
стека
TCP/IP
, використовуючи
UDP

порт 520
У сучасних мережевих середовищах RIP - не найкраще рішення для вибору в якості протоколу маршрутизації, тому що його можливості поступаються більш сучасним протоколам, таким як
EIGRP
,
OSPF
. Обмеження в 15 хопів не дає застосовувати його у великих мережах. Перевага цього протоколу - простота конфігурування. Внаслідок простоти його підтримують практично всі маршрутизатори початкового рівня.
Алгоритми стану зв'язків. Алгоритми стану зв'язків (Link State Algorithms, LSA) забезпечують кожен маршрутизатор інформацією, яка є достатньою для побудови точного графу зв'язків мережі. Всі маршрутизатори працюють на підставі однакових графів, що робить процес маршрутизації стійкішим до змін конфигурації. «Широкомовна» розсилка
(тобто передача пакету всім безпросереднім сусідам маршрутизатора) має місце тільки при змінах стану зв'язків, що відбувається в надійних мережах не так часто. Вершинами графу є як маршрутизатори, так і об'єднувані ними мережі. Поширювана по мережі інформація складається з опису зв'язків різних типів: маршрутизатор-маршрутизатор, маршрутизатор- мережа.
Щоб зрозуміти, в якому стані знаходяться лінії зв'язку, підключені до його портів, маршрутизатор періодично обмінюється короткими пакетами HELLO зі своїми найближчими сусідами. Оголошення про стан зв'язків не повторюються періодично, як для протоколів DVA, а передаються тільки у тому випадку, коли за допомогою повідомлень
HELLO було встановлене зміна стану якого-небудь зв'язку. В результаті службовий трафік, що створюється протоколами LSA набагато менший, ніж у протоколів DVA.
Протоколами, заснованими на алгоритмі стану зв'язків, є протоколи IS-IS (Intermediate
System to Intermediate System) стеку OSI, OSPF (Open Shortest Path First) стеку TCP/IP і протокол NLSP стеку Novell.
OSPF (
англ.
Open Shortest Path First) - протокол динамічної маршрутизації
, заснований на технології відстеження стану каналу (link-state technology), що використовує для знаходження найкоротшого шляху
Алгоритм Дейкстри
(Dijkstra's algorithm).
Протокол OSPF був розроблений
IETF
в
1988
році. Остання версія протоколу представлена в
RFC 2328
. Протокол OSPF являє собою протокол внутрішнього шлюзу
(Interior Gateway Protocol - IGP). Протокол OSPF поширює інформацію про доступні маршрутах між маршрутизаторами однієї автономної системи.
Border Gateway Protocol, BGP (
англ.
протокол граничного шлюзу) - основний протокол динамічної маршрутизації в
Інтернет
. BGP відрізняється від інших протоколів динамічною маршрутизацією, його призначення для обміну інформації про маршрути не між окремим
маршрутизаторами, а між цілими автономними системами. Використання декількох протоколів маршрутизації. У одній і тій же мережі можуть одночасно працювати декілька різних протоколів маршрутизації (рисунок 1), Це означає, що на деяких (не обов'язково всіх) маршрутизаторах мережі встановлено і функціонує декілька протоколів маршрутизації, але при цьому по мережі взаємодіють тільки однойменні протоколи. Тобто якщо маршрутизатор
1 підтримує, наприклад, протоколи RIP і OSPF, маршрутизатор 2 - тільки RIP, а маршрутизатор 3 - тільки OSPF, то маршрутизатор 1 взаємодіятиме з маршрутизатором 2 по протоколу RIP, з маршрутизатором 2 - по OSPF, а маршрутизатори 2 і 3 взагалі безпосередньо один з одним взаємодіяти не зможуть.
У маршрутизаторі, який підтримує одночасно декілька протоколів, кожен запис в таблиці є результатом роботи одного з цих протоколів. Якщо про деяку мережу з'являється
інформація від декількох протоколів, то для однозначності вибору маршруту (а дані різних протоколів можуть вести до різних раціональних маршрутів) встановлюються пріоритети протоколів маршрутизації. Звичайна перевага віддається протоколам LSA які мають в своєму розпорядженні повнішу інформацію про мережу в порівнянні з протоколами DVA. У деяких
ОС в кожному записі таблиці маршрутизації є відмітка про протокол маршрутизації, за допомогою якого цей запис отриманий. За замовчуванням кожен протокол маршрутизації, що працює на певному маршрутизаторі, поширює тільки ту інформацію, яка була отримана маршрутизатором по даному протоколу. Таким чином, якщо про маршрут до деякої мережі маршрутизатор дізнався від протоколу RIP, то і поширювати по мережі оголошення про цей маршрут він буде за допомогою протоколу RIP.
Рисунок 1 - Робота декількох протоколів маршрутизації в одній мережі
Для того, щоб маршрутизатор поширював за допомогою одного протоколу маршрутизації інформацію про маршрути, отримані за допомогою іншого протоколу маршрутизації, необхідно встановити особливий внутрішній режим роботи, що носить назву перерозподіл (redistribute). Такий режим забезпечує використання деяким протоколом не лише «своїх» записів з таблиці маршрутизації, але і «чужих», отриманих за допомогою протоколу маршрутизації, вказаного при конфігурації.
Як видно з опису, використання декількох протоколів маршрутизації в межах однієї складеної мережі не є такою вже простою справою, від адміністратора потрібно провести певну роботу по конфігурації кожного маршрутизатора, щоб створення таблиць виконувалося автоматично.
2. Автономні системи.
Більшість протоколів маршрутизації, що використовуються в сучасних мережах з комутацією пакетів, ведуть своє походження від Інтернету і його попередниці - мережі
ARPANET. Для того, щоб зрозуміти їх суть, корисно познайомитися із структурою
Інтернету.

Інтернет складається не лише з мереж, але і з крупніших об'єднань - автономних систем. Автономна система (Autonomous System) - це сукупність мереж під єдиним адміністративним управлінням, що забезпечує спільну для всіх вхідних в автономну систему маршрутизаторів політику маршрутизації. Зазвичай автономною системою управляє один постачальник послуг Інтернету, самостійно вибираючи, які протоколи маршрутизації використовувати в деякій автономній системі і яким чином виконувати між ними перерозподіл маршрутної інформації.
Основна мета ділення Інтернету на автономні системи - забезпечення багаторівневого підходу до маршрутизації. До введення автономних систем маршрутизація передбачала дворівневий підхід - маршрут на мережевому рівні прокладався не безпосередньо між вузлами, а між групами вузлів - мережами, а маршрутизацію всередині мережі забезпечували технології нижчих рівнів. Тобто маршрут визначав послідовність проходження мереж.
З появою автономних систем з'являється третій, верхній рівень маршрутизації - маршрут спочатку вибирається на рівні автономних систем, а потім вже на рівні мереж, що входять в ці автономні системи. Подібно до мереж всі автономні системи централізовано нумеруються. Номер системи складається з 16 розрядів, і цей номер ніяк не пов'язаний з префіксами IP-адрес мереж, що входять в автономну систему.
Відповідно до цієї концепції Інтернет виглядає як набір взаємозв'язаних автономних систем, кожна з яких складається з взаємозв'язаних мереж (рисунок 2).
Рисунок 2 - Автономні системи Інтернету
Автономні системи з'єднуються шлюзами, що називаються зовнішніми маршрутизаторами (exterior gateway). Між зовнішніми маршрутизаторами дозволяється використовувати тільки один протокол маршрутизації, причому не довільний, а той, який зараз визнається співтовариством Інтернету як стандартний для зовнішніх маршрутизаторів.
Подібний протокол маршрутизації називається зовнішнім протоколом маршрутизації
(Exterior Gateway Protocols, EGP). В даний час таким стандартним зовнішнім протоколом маршрутизації є протокол Border Gateway Protocol version 4 (BGP-4). Всі останні протоколи є внутрішніми протоколами маршрутизації (Interior Gateway Protocols, IGP).
Зовнішній протокол маршрутизації відповідає за вибір маршруту як послідовності автономних систем. Як адреса наступного маршрутизатора вказується адреса точки входу в сусідню автономну систему. За маршрут всередині автономної системи відповідають внутрішні протоколи маршрутизації, які в разі транзитної автономної системи визначають точну послідовність маршрутизаторів від точки входу в автономну систему до точки виходу з неї.
Автономні системи складають магістраль Інтернету. Концепція автономних систем екранує від адміністраторів магістралі Інтернету проблеми маршрутизації пакетів на нижчому рівні - рівні мереж. Для адміністратора магістралі неважливо, які протоколи маршрутизації застосовуються усередині автономних систем, для нього існує єдиний протокол маршрутизації - BGP-4, який він і конфігурує.

Магістраль Інтернету не завжди виглядала так, як показано на рисунку 2. На ранній стадії розвитку Інтернету магістраль була однією автономною системою, яка управлялася компанією, вибраною урядом США для цієї мети. Всі інші автономні системи підключалися до магістралі, утворюючи деревовидну структуру. У міру розвитку Інтернету для підвищення його ефективності виникала потреба в прямих зв'язках між автономними системами, так що сьогодні Інтернетом є об'єднання рівноправних автономних систем з довільною топологією зв'язків.
КОНТРОЛЬНІ
ПИТАННЯ:

1.
Яке призначення автономної області?
2.
Який протокол використовується для маршрутизації між автономними системами?
3.
Які протоколи використовуються для маршрутизації в межах автономної системи?
4.
Що таке точки обміну трафіком?


Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал