7. Маршрутизация, основные понятия. Дистанционно-векторные протоколы. Протоколы состояния связей.

Маршрутизация (англ. Routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи.

Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты).

Статическими маршрутами могут быть:

• маршруты, не изменяющиеся во времени;

• маршруты, изменяющиеся по расписанию;

• маршруты, изменяющиеся по ситуации — административно в момент возникновения стандартной ситуации.

Маршрутизация в компьютерных сетях типично выполняется специальными программно-аппаратными средствами — маршрутизаторами (router); в простых конфигурациях может выполняться и компьютерами общего назначения, соответственно настроенными. Маршрутизатор работает на физическом, канальном и сетевом уровнях. Маршрутизатор – это сетевое устройство, предназначенное для объединения сетей. Маршрутизатор ищет наилучший маршрут для пакета, либо передает пакет по заданному маршруту.

Интерфейс маршрутизатора – физический разъём, предназначенный для получения и отправки сетевых пакетов.

• служат для подключения маршрутизатора к сетям

• должны соответствовать канальным технологиям своих сетей (Fast Ethernet, FDDI, X.25 и т.д.)

• имеют собственные физические (MAC) и логические (IP) адреса

Таблица маршрутизации содержит информацию о всех известных узлу сетях.

• Обязательные поля:

  • IP-адрес сети назначения

  • направление (собственный интерфейс или IP следующего маршрутизатора)

  • источник записи (Connected – непосредственно подключенные сети, Static – статически добавленные администратором, Dynamic – созданные протоколом маршрутизации).

• Дополнительные поля:

  • маска подсети

  • метрика, adm.distance

  • TTL (время жизни) и др.

Метрика (metric) – аддитивная характеристика протяженности маршрута (напр., количество хопов, битовая скорость, задержки) – критерий выбора маршрута.

Жизненный цикл пакета имеет следующую последовательность:

1. Из кадра, поступившего на входной интерфейс маршрутизатора, извлекается IP-пакет, анализируется IP-адрес назначения

2. Если сеть назначения не достигнута, для этого адреса по таблице маршрутизации определяется маршрут: выходной интерфейс, IP-адрес следующего маршрутизатора и т.д.

3. Исходный пакет (при необходимости) упаковывается в кадр нижележащей технологии и отправляется через выходной интерфейс на следующий маршрутизатор (или узел назначения, если сеть назначения достигнута)

4. Шаги 1-3 повторяются на всех промежуточных маршрутизаторах, пока пакет не достигнет узла назначения

• MAC-адреса отправителя и получателя меняются каждый круг

• IP-адреса отправителя и получателя не меняются никогда

Принципы маршрутизации:

• Каждый маршрутизатор принимает решение о продвижении пакета независимо от других, на основе своей таблицы маршрутов

• Наличие записи в таблице одного маршрутизатора не гарантирует её наличие в таблицах других узлов

• Наличие в таблице маршута из сети A в сеть B не означает наличие обратного маршрута (асимметричная маршрутизация)

Методы маршрутизации:

Статическая маршрутизация основана на прописывании маршрутов на маршрутизаторе вручную. Пакеты могут идти только по этим маршрутам!

Адаптивная маршрутизация (adaptive routing) – это совокупность методов маршрутизации, при которых маршрутизаторы могут в процессе работы изменять таблицы маршрутов, подстраиваясь под изменения в сети.

Маршрут по умолчанию: 0.0.0.0/0

Протоколы маршрутизации:

Дистанционно-векторные протоколы маршрутизации в качестве характеристики маршрута используют вектор расстояний (характеристика маршрута, включающая направление, т.е. номер интерфейса и/или адрес следующего маршрутизатора (вектор), и расстояние (метрику маршрута) до удалённой сети). Маршрутизаторы периодически рассылают друг другу обновления маршрутной информации, причем обновления содержат таблицы маршрутизации целиком.

Протоколы состояния связей работают следующим образом:

• В процессе инициализации маршрутизаторы собирают полную информацию о топологии сети (топологическая БД) и рассчитывают маршруты

• В процессе работы маршрутизаторы обмениваются короткими сообщениями для проверки состояния связей

• Повторный обмен маршрутной информацией только при изменении топологии (экономия ресурсов)

RIP

RIP – внутренний протокол маршрутизации дистанционно-векторного типа, основанный на математическом алгоритме Беллмана-Форда, использующий количество хопов (скачков между маршрутизаторами) в качестве метрики.

Версии:

- RIPv1 – классовая марш. – RFC 1058

- RIPv2 – бесклассовая марш. – RFC 2453

- RIPng – RIPv2 с поддержкой IPv6 – RFC 2080

Решает проблему изменения топологии (вследствие выхода из строя канала связи, маршрутизатора или изменения параметров канала передачи) путем периодических (update timer = 30 сек по умолчанию) или триггерных (сразу при изменении маршрута) обновлений.

Кроме того предусмотрены следующие виды таймеров:

invalid timer – если обновление о маршруте не будет получено до истечения данного таймера, маршрут будет помечен метрикой 16 (недостижимый). По умолчания 180 сек.

flush timer – если истечет до прихода обновлений о маршруте, маршрут будет исключен из таблицы маршрутизации. По умолчанию 240 сек.

holddown timer – запускается после того, как маршрут помечен недостижимым. До истечения данного таймера маршрут будет находиться в памяти для предотвращения образования маршрутной петли и по этому маршруту передается трафик. По умолчанию = 180 сек.

Решает проблему возникновения маршрутных петель (вследствие неверно настроенных статических маршрутов, неправильного взаимодействия протоколов маршрутизации, недостаточно частых обновлений в быстро меняющейся сети) с помощью следующих механизмов:

- Poison reverse – маршрут помечается как недостижимый (метрика 16) и отправляется в обновлениях

- holddown timer (описан выше)

- Split Horizon – маршрутная информация никогда не передается маршрутизатору, от которого она получена

- Route poisoning – принудительное удаление маршрута и перевод в состояние удержания

- Триггерные обновления

- IP TTL (после прохождения каждого маршрутизатора уменьшается на 1)

OSPF (Open Shortest Path First)

OSPF – внутренний протокол маршрутизации типа состояния связей, основанный на математическом алгоритме Дийкстры, использующий в качестве метрики различные параметры QoS и их комбинации.

Версии:

- OSPFv2 – для IPv4 – RFC 2328

- OSPFv3 – для IPv6 – RFC 5340

Этапы работы OSPF

1. Обмен HELLO-пакетами для поиска соседей через интерфейсы на которых активирован OSPF. Рассылаются маршрутизатором соседям каждые 10 секунд. В случае изменения топологии сети маршрутизатор перестраивает граф и таблицу и извещает соседей об измененной связи.

2. Установление отношений «соседства» с соседями: маршрутизаторы разделяющие общий канал передачи данных становятся соседями (neighbours), после установления договоренности о параметрах hello-пакетов.

3. Построение баз данных состояния каналов

4. Вычисление кратчайших путей (алгоритм Дийкстри)

5. Заполнение таблиц маршрутизации

OSPF-механизмы

-TTL записей топологической базы, актуализация: Link-State Request, Link-State Update

-Периодическая инициализация топологических баз (аналог RIP)

-Исключена вероятность распространения устаревшей ложной информации о доступности сетей

-Поддержка QoS на уровне метрики

-Поддержка балансировки нагрузки (хранит несколько маршрутов с одинаковой метрикой)

-Обладает высокой вычислительной сложностью

-Сеть разбивается на т.н. области сети (зоны)

-OSPF работает на мощный аппаратных маршрутизаторах