Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Основы организации сетей CISCO т.2 - Вито Амато

.pdf
Скачиваний:
608
Добавлен:
24.05.2014
Размер:
3.11 Mб
Скачать

Маршрутизируемые протоколы и протоколы маршрутизации

Часто смешивают понятия маршрутизируемого протокола (routed protocol) и протокола маршрутизации (routing protocol). Маршрутизируемыми (routed protocol) являются прото-

колы, которые автоматически маршрутизируются в сети Примерами таких протоколов явля-

ются протокол управления передачей/Internet-протокол (Transmission Control Protocol/Internet protocol, TCP/IP) и протокол межсетевого обмена пакетами ( Internetwork Packet Exchange, IPX) Протоколы маршрутизации (routing protocol) управляют работой маршрутизируемых протоколов Примерами протоколов маршрутизации являются IGRP, Enhanced IGRP, Open Shortest Path First (OSPF), Exterior Gateway Protocol (EGP), Border Gateway Protocol (BGP), OSI routing, Advanced Peer-to-Peer Networking (APPN), Intermediate System-to-Intermediate System и RIP. Кратко говоря, компьютеры (или конечные системы, end systems) используют мар- шрутизируемые протоколы, такие, как IP для "разговора друг с другом", в то время как мар- шрутизаторы (или промежуточные системы, intermediate systems) для "разговора о сетях и путях" используют протоколы маршрутизации.

Маршрутизация с использованием нескольких протоколов

Маршрутизаторы способны работать с несколькими независимыми протоколами (multi-

protocol routing), такими, например, как RIP и IGRP. Это позволяет маршрутизаторам переда- вать по одним и тем же каналам связи пакеты от нескольких маршрутизируемых протоколов, таких, например, как TCP/IP и IPX.

_________________________________________________________________________________

Вашингтонский проект: маршрутизация с использованием нескольких протоколов

В соответствии с пожеланиями пользователей сеть Вашингтонского учебного округа должна быть способна выполнять маршрутизацию с использованием нескольких про-

токолов. Округу желательно, чтобы в сети использовались два протокола маршрути-

зации — TCP/IP и IPX.

_________________________________________________________________________

Протоколы IP-маршрутизации

Маршрутизация представляет собой процесс определения того, куда следует направить паке- ты данных, направленные по адресам, лежащим вне данной локальной сети. Маршрутизаторы собирают и поддерживают информацию о маршрутах для того, чтобы обеспечить получение и отправку таких пакетов. Информация о маршрутах заносится в таблицу маршрутизации, каждой позиции которой соответствует один определенный маршрут. Протоколы маршрутизации по- зволяют маршрутизаторам создавать и поддерживать эти таблицы динамически и модифициро- вать их в соответствии с происходящими изменениями в сети.

Протоколы маршрутизации отличаются друг от друга следующими основными характери- стиками.

Во-первых, на работу протокола маршрутизации оказывают влияние конкретные цели его создателя.

Во-вторых, существуют различные типы протоколов маршрутизации и каждый тип протокола оказывает свое специфическое влияние на ресурсы сети и маршрутизато- ров.

В-третьих, как говорилось выше, различные протоколы маршрутизации используют разные виды метрик для определения оптимального пути.

Вцелом протоколы маршрутизации можно разделить на два основных класса: внутренние и внешние. Внутренние протоколы (interior protocols) используются в сетях, находящихся под управлением одного администратора. До начала маршрутизации все внутренние IP-протоколы должны быть связаны со списком ассоциированных сетей. В процессе маршрутизации фиксиру- ется информация об изменениях, поставляемая маршрутизаторами этих сетей, а собственная информация маршрутизации широковещательно передается в те же самые сети. Система под- держки внутренних протоколов корпорации Cisco включает в себя протоколы RIP и IGRP. Внешние протоколы (exterior protocol) используются для обмена информацией о маршрути- зации между сетями, которые управляются разными администраторами. Примерами внешних протоколов могут служить EGP и ВОР.

Перед началом работы внешним протоколам должна быть предоставлена следующая инфор- мация.

Список соседних (также называемых, одноуровневыми, peer) маршрутизаторов, с ко- торыми происходит обмен информацией о маршрутах.

Список сетей, которые объявлены непосредственно достижимыми.

Вследующих разделах характеристики протоколов маршрутизации обсуждаются более под- робно.

_________________________________________________________________________

Вашингтонский проект: реализация протокола IGRP

Далее в этой главе будут описаны понятия и техника конфигурирования в соответст-

вии со следующими целями реализации протокола IGRP в сети Вашингтонского учеб- ного округа.

В сети должна обеспечиваться стабильная маршрутизация; при этом в маршру- тах не должно быть петель.

Сеть должна быстро реагировать на изменения в ее топологии.

Сеть должна передавать по возможности меньшее количество служебной ин- формации, а сам IGRP не должен использовать большей полосы пропускания,

чем это действительно требуется для выполнения им своих функций.

При проектировании сети должен учитываться уровень ошибок и уровень пото-

ков данных по различным путям маршрутизации.

_________________________________________________________________________

Оптимальный маршрут

Понятие оптимального маршрута (optimal mute) относится к способности протокола мар- шрутизации выбрать наилучший маршрут. Выбор наилучшего пути зависит от используемых метрик и их весов, используемых при вычислениях. Например, протокол маршрутизации может использовать метрику, включающую в себя количество переходов и время задержки, однако влияние времени задержки может быть преобладающим.

Простота и эффективность

При проектировании сетевых протоколов их стараются сделать максимально простыми и эффективными. Эффективность особенно важна, когда программное обеспечение, реализующее протокол, должно устанавливаться на компьютере с ограниченными вычислительными ресур- сами.

Устойчивость

Протоколы маршрутизации должны быть устойчивыми. Иными словами, они должны пра- вильно работать и в необычных или непредвиденных обстоятельствах, таких как аппаратные сбои, высокая нагрузка, а также в случае не совсем точной реализации. Поскольку маршрутиза- торы устанавливаются в точках сопряжения сетей, при их сбоях возникают серьезные пробле- мы. Наилучшими протоколами маршрутизации часто являются те, которые прошли испытание временем и подтвердили свою стабильность в различных условиях.

Быстрая конвергенция

Протоколы маршрутизации должны обладать высокой степенью конвергенции. Под конвер-

генцией (convergence) понимается способность группы сетевых устройств, работающих с неко- торым протоколом маршрутизации, учитывать изменения в сетевой топологии, а также ско- рость, с которой это происходит .

Когда в сети происходит какое-либо событие, например, выход из строя маршрутизатора или возобновление его работы, маршрутизаторы рассылают сообщения об изменениях в сети. Эти сообщения об изменениях направляются на другие сети, вызывая тем самым новое вычисление оптимальных маршрутов и переориентацию на них всех остальных маршрутизаторов Протоко- лы маршрутизации с низкой конвергенцией могут вызвать появление петель или простои сети.

На рис. 5.2 показан пример образования петли. В данном случае пакет поступает на 1-й мар- шрутизатор в момент времени Т1. В его таблицу маршрутизации уже внесены изменения, по- этому ему известен наилучший маршрут к пункту назначения, которым является следующий, 2- й маршрутизатор. Пакет направляется на этот 2-й маршрутизатор, который еще не обновил свою информацию о сети и поэтому полагает, что наилучшим следующим переходом будет 1-й мар- шрутизатор и, вследствие этого, вновь отправляет пакет на 1-й маршрутизатор. Эта передача па- кета от одного маршрутизатора к другому будет продолжаться до тех пор, пока на 2-й маршру-

тизатор не поступят данные об изменениях в сети или пока не будет достигнуто максимально допустимое число коммутаций, задаваемое конфигурацией. Различные протоколы маршрутиза- ции имеют разные допустимые максимумы числа коммутаций; обычно сетевой администратор может установить меньшее значение этого максимума. Например, протокол IGRP имеет макси- мум 255 коммутаций, по умолчанию устанавливается 100, а в реальных сетях этот максимум ус- танавливается на значение 50 или менее.

Гибкость

От протоколов маршрутизации требуется также достаточная гибкость Иными словами, они должны быстро и точно адаптироваться к различным ситуациям в сети. Например, предполо- жим, что один из сегментов сети перестал функционировать. Многие протоколы маршрутиза- ции быстро выбирают новый наилучший путь для всех маршрутов, которые в обычной ситуа- ции использовали этот сегмент. Протоколы маршрутизации могут быть запрограммированы на адаптацию к изменениям ширины полосы пропускания, длины очереди, времени задержки и

других переменных

Статическая маршрутизация

Протоколы статической маршрутизации (static routing), вообще говоря, не являются про- токолами. Перед началом маршрутизации сетевой администратор самостоятельно заполняет

таблицы маршрутизации.

Эта таблица сохраняется до тех пор, пока сетевой администратор не изменит ее. Протоколы, использующие статические маршруты, просты в проектировании и хорошо работают в ситуа- циях, когда перемещение потоков данных в сети легко предсказуемо, а сама сеть имеет про- стую структуру.

Поскольку системы со статической маршрутизацией не могут реагировать на изменения в сетевой топологии, они обычно рассматриваются в качестве неприемлемых для современных обширных и постоянно меняющихся сетей. Такие сети требуют динамической маршрутизации.

Динамическая маршрутизация

Протоколы с динамической маршрутизацией (dynamic routing) обладают способностью адаптироваться к изменяющейся обстановке в сети Это делается на основе анализа поступаю- щих от маршрутизаторов сообщений об изменениях в сети. Если в сообщении указывается на произошедшее в сети изменение, то программное обеспечение, осуществляющее маршрутиза- цию, заново вычисляет наилучшие маршруты и рассылает сообщения об изменениях на все маршрутизаторы сети. Эти сообщения распространяются по сети, побуждая маршрутизаторы заново пересчитать значения в таблице маршрутизации.

Там, где это целесообразно, динамические протоколы маршрутизации могут быть дополне- ны статическими. Например, может быть назначен шлюз "последней надежды (gateway of last resort) (т е. маршрутизатор, на которые пересылаются все пакеты, не поддающиеся мар- шрутизации). Этот маршрутизатор выступает в качестве основного места хранения для всех не поддающихся нормальной отправке пакетов, что позволяет обработать хотя бы каким-то обра- зом все пакеты.

Различные подходы к маршрутизации

Как было описано ранее, большинство протоколов маршрутизации попадают в одну из сле- дующих трех категорий.

Дистанционно-векторные протоколы маршрутизации определяют направление (век- тор) и расстояние для всех соединений в сети В качестве примеров дистанционно- векторных протоколов маршрутизации можно назвать IGRP и RIP

Протоколы состояния канала связи (также называемые протоколами поиска первого кратчайшего пути) воссоздает точную топологию всей сети (или, по крайней, мере той ее части, в которой расположен маршрутизатор). Примерами протоколов состоя- ния канала связи являются OSPF, IS-IS и протокол канальных служб корпорации

NetWare (NetWare Link Services Protocol, NLSP).

Протоколы гибридного типа соединяют в себе отдельные свойства дистанционно- векторных протоколов и протоколов состояния канала связи. Примером гибридного протокола является расширенный IGRP.

Конфигурирование IP-маршрутизации

Для каждого протокола маршрутизации должна быть установлена своя индивидуальная конфигурация. Этот процесс включает в себя два основных этапа.

1.Задание параметров процесса маршрутизации с использованием одной из команд маршру- тизатора.

2.Конфигурирование конкретного протокола.

Как было описано ранее, перед началом работы внутренние протоколы, такие как IGRP и RIP, должны иметь список указанных сетей до начала маршрутизации. Кроме того, было ска- зано, что в процессе маршрутизации анализируются сообщения маршрутизаторов об измене-

ниях в их сетях и этим же маршрутизаторам рассылаются широковещательные сообщения об изменениях. Протоколу IGRP также дополнительно требуется номер автономной системы

(autonomous system, AS).

_________________________________________________________________________________

Вашингтонский проект: назначение номеров автономным системам

В процессе проектирования сети необходимо следить за согласованностью номеров автономных систем, которые должны быть едиными в пределах сети округа. Эти 16- битовые номера присваиваются Департаментом назначения номеров сети Internet.

_________________________________________________________________________

При разработке любого протокола IP-маршрутизации необходимо задать параметры процес- са маршрутизации, связать сети с этим процессом и приспособить протокол маршрутизации к конкретной сети. Выбор оптимального протокола маршрутизации представляет собой слож- ную задачу. При выборе этого протокола необходимо принять во внимание следующие факто- ры.

Размер и сложность сети.

Уровни потоков данных.

Требования к защите информации.

Требования надежности.

Величина времени задержки для данной сети.

Организационные вопросы.

Допустимость изменений.

Описание работы протокола IGRP

Протокол IGRP является собственной разработкой компании Cisco и был создан для замены протокола RIP. IGRP представляет собой дистанционно-векторный протокол маршрутизации. Дистанционно-векторные протоколы маршрутизации требуют, чтобы каждый маршрутизатор через регулярные интервалы времени посылал полностью или часть своей таблицы маршрути- зации своим соседям маршрутизаторам. По мере того как информация о маршрутах распро- страняется по сети, маршрутизаторы рассчитывают расстояния до всех ее узлов.

Протокол IGRP использует комбинацию метрик. При принятии решения о маршруте исполь- зуются с разными весами следующие величины: время ожидания, ширина полосы пропускания, надежность и нагрузка. Сетевой администратор может задать значения каждой из этих метрик. Для автоматического вычисления наилучшего пути протокол IGRP использует либо значения, установленные администратором, либо значения по умолчанию.

Протокол IGRP обеспечивает широкий диапазон изменения метрик. Например, надежность и нагрузка могут принимать любое значение в диапазоне 1—255, ширина полосы пропускания может иметь значения, соответствующие скоростям от 1200 бит/с до 10 Гбит/с, а время ожида- ния может принимать любое значение от 1 до 224 секунд. Широкие диапазоны изменения мет-

рик позволяют устанавливать в различных сетях адекватные значения метрик со значительно изменяющимися рабочими характеристиками. Вследствие этого сетевые администраторы могут

повлиять на выбор маршрута на основе интуитивных решений. Это делается путем приписыва- ния различным метрикам индивидуальных весов, т.е. задавая маршрутизатору степень их влия- ния. В значениях, принимаемых по умолчанию, наибольший вес приписывается ширине полосы пропускания, благодаря чему IGRP превосходит RIP. Протокол RIP не приписывает метрикам весов, поскольку он использует лишь одну метрику.

Внутренние, системные и внешние маршруты протокола IGRP

Основной целью при создании корпорацией Cisco протокола IGRP было получение ус- тойчивого протокола для маршрутизации в автономных системах. Автономная система пред- ставляет собой набор сетей, находящихся под общим административным управлением и вместе использующих одну и ту же стратегию маршрутизации (рис. 5.3).

Протокол IGRP использует комбинацию конфигурируемых пользователем метрик, которые включают в себя время ожидания, ширину полосы пропускания, надежность и нагрузку. В про- токоле IGRP определены три типа маршрутов: внутренние, системные и внешние (см. рис. 5.3). Внутренними (interior) называются маршруты между подсетями сети, подключенной к одному интерфейсу маршрутизатора. Если сеть, подсоединенная к маршрутизатору, не разделена на подсети, то внутренние маршруты не объявляются. Кроме того, информация о подсетях не включается в изменения, фиксируемые протоколом, что представляет собой серьезную пробле- му для IP-подсетей, не являющихся непрерывными.

Системными (system route) называются маршруты к сетям внутри автономной системы. Маршрутизатор вырабатывает системные маршруты на основе анализа непосредственно под- соединенных сетевых интерфейсов и системной маршрутной информации, предоставляемой другими маршрутизаторами, использующими протокол IGRP. Системные маршруты не содер- жат информации о подсетях.

Рис. 5.3. Автономные системы разделены границами областей

Внешними (external) называются маршруты к сетям, лежащим вне автономной системы, ко- торые рассматриваются при нахождении "шлюза последней надежды". Маршрутизатор выбира- ет направление к этому шлюзу из списка внешних маршрутов, предоставляемого протоколом IGRP. Шлюз последней надежды выбирается в тех случаях, когда не имеется лучшего пути для пакета, а пункт назначения не является подсоединенной сетью. Если автономная система имеет более чем одно соединение с внешней сетью, то различные маршрутизаторы могут выбрать раз- ные внешние маршрутизаторы в качестве шлюза последней надежды.

Конфигурирование процесса IGRP-маршрутизации

Для установки конфигурации протокола IGRP необходимо задать характеристики его про- цесса маршрутизации. В настоящем разделе рассматриваются команды, необходимые для реа- лизации протокола IGRP на маршрутизаторе. В нем также описаны действия выполняемые маршрутизатором для того, чтобы все соседние маршрутизаторы были оповещены о статусе всех сетей автономной системы, включая частоту, с которой рассылаются сообщения об изме- нениях в сети и информацию о том, каково влияние этих изменений на использование полосы пропускания.

_________________________________________________________________________________

Инженерный журнал: конфигурирование протокола IGRP

Для задания характеристик процесса маршрутизации в протоколе IGRP необходимо выполнить описанные ниже действия, начав работу в режиме установки глобальной конфигурации.

Процесс маршрутизации начинается с помощью команды router igrp: router igrp автономная-система

Аргумент автономная-система указывает маршруты к другим маршрутизаторам про-

токола IGRP и используется для создания тега прошедшей информации о мар-

шрутизации. Для прекращения процесса маршрутизации в автономной системе, ука- занной в качестве аргумента автономная-система, используется команда по router igrp:

no router igrp автономная-система

Связывание сети с процессом маршрутизации производится путем выполнения ко-

манды network: network номер-сети

Аргумент номер-сети представляет собой номер сети, записанный в точечном деся- тичном формате. Отметим, что этот номер не должен содержать информации о под-

сетях. Могут быть выполнены несколько команд network.

При установке конфигурации процесса маршрутизации необходимо указать номер ав- тономной системы. Этот номер может быть указан заранее или не указан. Номер ав- тономной системы используется для создания тега изменений в сети, связанных с процессами маршрутизации, количество которых в протоколе IGRP может изменяться

от одного до четырех. Команда no network с номером сети может быть использована

для удаления сети из списка: no network номер-сети

В приведенном ниже примере маршрутизатор конфигурируется для протокола IGRP и включается в автономную систему 109. В последних двух строках две команды network включают две сети в список сетей, получающих изменения в IGRP.

Router(config)# router igrp 109

network 131.108.0.0.

network 192.31.7.0

Протокол IGRP посылает сообщения об изменениях на интерфейсы указанных сетей.

Если интерфейс сети не указан, то он не объявляется ни в каких сообщениях об изме- нениях протокола IGRP.

_________________________________________________________________________

Повышение устойчивости протокола IGRP

Протокол IGRP обладает рядом средств, предназначенных для повышения его устойчивости, включая следующие:

удержание (holddown);

расщепление горизонта (split horizon);

обратное исправление (poison reverse update).

Эти средства описаны в последующих пунктах.

Удержание

Когда маршрутизатор узнает, что сеть находится дальше, чем это было предварительно из- вестно, или узнает, что сеть прекратила функционировать, то маршрут к этой сети переводится в состояние удержания (holddown). Во время этого удержания маршрут объявляется, однако все поступающие объявления об изменениях в этой сети со всех маршрутизаторов, кроме того, ко- торый первоначально объявил новую метрику сети, игнорируются. Этот механизм часто ис- пользуется для предотвращения образования в сети петель, однако он увеличивает время кон- вергенции сети.

Удержания используются для того, чтобы предотвратить рассылку регулярных сообщений об изменениях маршрута, который, возможно, стал недействительным. Когда маршрутизатор вы- ходит из строя, соседние маршрутизаторы узнают об этом по отсутствию запланированных ре- гулярных сообщений об изменениях. В этом случае они вычисляют новые маршруты и рассы- лают сообщения об изменениях для того, чтобы проинформировать своих соседей об изменении маршрута. Такая деятельность вызывает появление волны изменений, которые фильтруются, проходя по сети. Сообщения об изменениях приходят на сетевые устройства не мгновенно, по- этому становится возможной такая ситуация, когда устройство А, которое еще не было проин- формировано о сбое в сети, рассылает регулярные сообщения об изменениях (указывающие, что маршрут, который перестал существовать, по-прежнему находится в рабочем состоянии) уст- ройству В, которое только что было проинформировано о сбое в сети. В этом случае устройст- во. В будет содержать (и потенциально объявлять другим) неверную информацию о маршрути- зации.

Механизм удержания заставляет маршрутизаторы задерживать на некоторое время всю ин- формацию об изменениях в сети, которая могла бы повлиять на действия маршрутизаторов. Время удержания обычно выбирается несколько большим того, которое необходимо для внесе- ния в сеть изменений. Это позволяет предотвратить образование петель маршрутизации, вы- званное медленной конвергенцией.

Расщепление горизонта

Расщепление горизонта (split horizon) возникает в том случае, когда маршрутизатор пыта- ется послать информацию о маршруте в том же направлении, в котором он ее получил. В каче- стве примера рассмотрим ситуацию, изображенную на рис. 5.4. Первоначально маршрутизатор 1 объявляет, что он имеет маршрут к сети А. В результате у маршрутизатора В отсутствуют причины для повторного включения этого маршрута в информацию о маршрутизаторе А, по- скольку последний ближе к сети А. Правила расщепления горизонта требуют, чтобы маршрути- затор 2 исключил этот маршрут из всех сообщений об изменениях, которые он посылает мар- шрутизатору 1.

Рис. 54 Поскольку маршрутизатор 1 находится ближе к сети А, маршрутизатор 2 должен исключить со- общения об изменениях, направляемые маршрути- затору 1, которые касаются его маршрута к сети

2

Правила расщепления горизонта помогают избежать появления петель маршрутизации. На- пример, рассмотрим случай, когда интерфейс маршрутизатора 1, подключенный к сети А, выхо- дит из строя. Если бы не было расщепления горизонта, то маршрутизатор 2 продолжал бы ин- формировать маршрутизатор 1 о том, что у него есть доступ к сети А (через маршрутизатор 1). Если маршрутизатор 1 не обладает способностью обрабатывать такую ситуацию, то он, возмож- но, действительно выберет маршрут через маршрутизатор 2 в качестве альтернативы своему вышедшему из строя соединению, создав таким образом петлю. Хотя удержания должны пре- дотвратить это, в IGRP также используется и разделение пространства, поскольку оно обеспечи- вает дополнительную стабильность протокола.

Обратное исправление

В то время как расщепление горизонта должно предотвращать возникновение петель между соседними маршрутизаторами, метод обратного исправления (poison reverse update) предназна- чен для ликвидации петель в более обширных группах. Значительное увеличение значений мет- рик маршрутизации обычно свидетельствует о возникновении петель. Как только обрывается связь с некоторой сетью, анонсирующий ее маршрутизатор сохраняет в своей таблице данные об этой сети на время посылки нескольких периодических сообщений об обновлении. При этом в широковещательных сообщениях указывается бесконечная стоимость маршрута к сети, с ко- торой отсутствует связь.

_________________________________________________________________________________

Инженерный журнал: команды timers basic и holddown

Приведенное ниже описание команд timers basic и holddown позволяет управлять изменениями в маршрутизации.

Команда timers basic. Команда timers basic позволяет контролировать частоту, с которой протокол IGRP рассылает сообщения об изменениях. По умолчанию

это происходит каждые 90 секунд. В случае потери пакетов протоколу IGRP мо- жет потребоваться несколько минут для того, чтобы исключить ставшие нерабо- тоспособными маршруты. При удалении маршрута и принятии нового протоколу

IGRP из-за удержания могут вновь потребоваться несколько минут.

Первое, что следует сделать для уменьшения этой задержки уменьшить временные константы. Для основной временной константы рекомендуется

значение 15 вместо 90 В этом случае маршруты будут исключаться после ис-

течения 45 секунд. Другие значения будут уменьшать это время пропорцио- нально.