Принципы маршрутизации в Internet. Самое полное описание протокола BGP 4 - Сэм Хелеби

доступа в Internet, подключая это оборудование локально к своей сети на базе Fast Ethernet (100 Мбит/с) или Gigabit Ethernet (1 Гбит/с). При такой организации доступа к Internet реализуются различные схемы оплапы услуг провайдера — как на основе фиксированных тарифов, так и в зависимости от частоты использования той или иной услуги.

Для oбъединения трафика от сотен, а иногда и тысяч серверов на узлах хостингпровайдеров часто применяются высокопроизводительные коммутаторы Ethernet. Клиенты должны придерживаться заявленной полосы пропускания и механизмов защиты от отказов, которые применяются на узле провайдера. Кроме того, в целях обеспечения безопасности в крупных коммутируемых сетях клиенты должны представлять себе, каким oбразом на узле провайдера осуществляется разделение широковещательных доменов в poли которых обычно выступают виртуальные локальные сети. В коммутируемой сети с совместным доступом, общей для модели контент-хостинга, понимание этих механизмов является ключевым условием для предотвращения возможных атак типа "отказ в обслуживании" (Denial of Service — DoS), несанкционированного доступа к данным и лругих проблем, связанных с работой системы.

Услуги хостинга становятся все более привлекательными и уже сегодня являются сегментом рынка с многомиллиардным оборотом. Однако клиенты должны быть весьма осторожны и представлять себе, какие, кто и каким образом обеспечивает услуги. Более детально о коммутаторах, виртуальных локальных вычислительных сетях (Virtual Local Area Networks —VLAN) и широковещательных доменах читайте в книгах "Межсетевое оборудование: мосты, маршрутизаторы, коммутаторы и межсетевые протоколы" 2-е

изд., ("Intcnvnturfions: Bridges, Routers, Switches and Internetworking Protocols", 2nd edition., Addison-Wesley, 1999) Рэдии Перлман (Radia Perlman) или "Коммутация ЛВС с помощью оборудования компании Cisco" ("Cisco LAN Switching", Cisco Press, 1999) Кеннеди Кларка

(Kennedy (Lark) и Кевина Гамильтона (Kevin Hamilton).

Другие услуги, предоставляемые провайдерами

Internet

К другим услугам, которые также широко используются клиентами, относятся электронная почта, службы новостей, виртуальные частные сети (Virtual Private Networks —

VPN) и организация многоадресных IP-запросов. Желая получить эти услуги, клиенты должны взвесить все “за'' и "против" их использования. В особенности мы хотели бы обратить ваше внимание на то, как эти услуги предоставляются, а также на уровень знаний технического персонала, необходимых для поддержания работы подобных служб.

Большинство ISP предоставляют услуги консультативного характера и другие услуги, такие как, например, обеспечение безопасности сети. Простейшие мероприятия по обеспечению безопасности включают в себя фильтрацию пакетов, проходящих через устройство доступа к сети. Сейчас также распространены услуги по шифрованию данных и защите от компьютерных вирусов.

Цены на предоставляемые услуги значительно разнятся в зависимости от надежности метода доступа к сети на узле провайдера (об этом более подробно в следующем разделе). Кроме того, цены сильно зависят от объемов капиталовложений, сделанных провайдером в инфраструктуру, оборудование и персонал.

Цены на услуги ISP, соглашения об уровне обслуживания и технические характеристики

Оценив доступные услуги, клиенты при выборе провайдера должны также проанализировать цены и технические характеристики, предлагаемых услуг. Хотя технические характеристики кажутся немного пугающими, тем не менее их необходимо знать, хотя бы для общения с провайдером, которого вы уже, вероятно, выбрали. Технические вопросы, рассматриваемые в этом разделе, включают в себя характеристики магистральных каналов, разграничение сетей и хостинг.

Цены на услуги, предоставляемые ISP

Цены на одни и те же услуги могут значительно отличаться у разных провайдеров, даже если они находятся в одном регионе. Довольно часто авторитет провайдера или объем сделанных им капиталовложений являются главными факторами, определяющими конечную цену услуги. Так, например, провайдер, который продает доступ по Frame Relay, скорее всего предложит вам подключение по более привлекательной цене, чем начинающая компания-провайдер. С другой стороны, новый провайдер будет более конкурентоспособным, так как он не вкладывал деньги в устаревшую инфраструктуру, а предосташшет свои услуги на базе нового оборудования с более широкими возможностями.

Таким образом, выбор провайдера лишь на основании цены не совсем оправдан, так как за одну и ту же цену у разных провайдеров вы получите различные услуги, как по качеству, так и по содержанию. Так, например, доступ по выделенной линии некоторыми провайдерами организуется с использованием оборудования на стороне клиента (Customer Pertinent Equipment — CPE) (более подробно об этом далее в этой главе), такого как маршрутизатор и устройства сопряжения с цифровыми каналами CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit). Другие провайдеры могут потребовать отдельной платы за установку СРЕ или адаптировать его для работы со своим оборудованием, что может стоить намного дороже самой услуги по подключению. В этом случае, возможно, дешевле оплатить услуги провайдера по закупке и/или обслуживанию СРЕ.

Крупные компании часто закупают подключение к сети Internet и другие телекоммуникационные услуги у одного провайдера. Такого рода интегрированные решения от одного провайдера обычно обеспечивают лучшее управление и координацию действий по предоставлению различных услуг в одной сети по регионам. Некоторые провайдеры предлагают объединенные пакеты услуг, предоставляемых как в пределах одной страны, так и на мировом рынке, и довольно часто предоставляют клиентам, закупающим пакеты услуг, значительные скидки. Например, если организация закупает междугородные переговоры и доступ в Internet. Такое объединение счетов упрощает бухгалтерский учет (выписывается один счет и оплачивается один счет), что для большинства компаний является очевидным преимуществом. Конечно, если удобство объединенного счета за услуги не является важным фактором для вашей компании, то вполне можно найти и другие предложения от провайдеров Internet.

Соглашения об уровне обслуживания

Сегодня большинство провайдеров предоставляют свои услуги на основе

соглашений о гарантиях и уровне обслуживания (Service-Level Agreements/Service-Level Guarantees — SLA/SLG), в которых определяются критерии для гарантированной производительности и доступности использования различных услуг. При выборе провайдера следует убедиться, что в этих соглашениях четко описана ответственность сторон в случае сбоев и простоев системы и др. Осведомитесь у провайдера, каким образом реализуются гарантии и генерируются ли автоматически сообщения при отказах оборудования со стороны клиента или со стороны провайдера, или уведомление об отказах в работе оборудования должно исходить непосредственно от заказчика.

В соглашениях обычно указывается допустимый уровень потерь пакетов и обязательное время задержки при доступе к сети провайдера, а также вопросы обслуживания и/или уведомления о простоях каналов связи.

Финансовая ответственность, закладываемая в соглашениях с провайдером, может стать реальным рычагом обеспечения заявленного качества услуг, однако идентификация нарушений соглашения и сбор штрафов могут оказаться для неподготовленного клиента непосильной задачей.

Критерии выбора магистральных каналов ISP

Сеть магистральных каналов ISP имеет несколько довольно важных технических характеристик.

Физическая топология сети.

"Бутылочные горлышки" в сети и их описание.

Уровень отказоустойчивости элементов сети и сети в целом.

Межсетевые соединения с другими сетями, включая расстояние между узлами и соглашения об обмене трафиком.

Этот раздел предназначен как для пользователей, так и для разработчиков сетей ISP. Клиенты должны при выборе провайдера оценить все нижеприведенные характеристики. Это даже более важно, чем цены на услуги. При расширении существующих или построении новых сетей инженерам следует проанализировать все преимущества и недостатки, связанные с этими характеристиками.

Физические соединения

Клиентам следует ознакомиться с топологией сети провайдера, а провайдер должен предоставить для этого карту своей сети со всеми соединениями и последними изменениями. Что касается соединений, правильная физическая топология сети — один из важнейших факторов, обеспечивающих адекватное разделение полосы пропускания в зависимости от направления трафика, даже в том случае, если одно или несколько соединений выйдут из строя. Существование у провайдера магистральных подключений на базе каналов ОСИ и ОС48 само по себе не гарантирует высокоскоростной доступ для конечных пользователей. Ваш трафик может поступать в сеть провайдера через низкоскоростное магистральное соединение или через высокоскоростное, но перегруженное абонентами соединение. Все эти факторы влияют на качество соединения.

Потенциальные "бутылочные горлышки" на узлах ISP и коэффициенты абонентской нагрузки

Мощность сети провайдера определяется ее самым слабым соединением. Потенциально на узлах провайдеров существуют два "бутылочных горлышка" (bottlenecks), или, другими словами, "узких места", которые создают задержки при прохождении трафика,

— это превышение допустимого числа абонентов на магистральных каналах (так называемый oversubscription) и образование шлейфов при работе в точках присутствия (Points of Presence — POP) или от узла провайдера в сторону клиента. Провайдерам следует быть осторожными и не перегружать свои соединения. Провайдеры, пытающиеся сэкономить деньги путем повышения нагрузки на свои маршрутизаторы и каналы, закончат

тем, что потеряют доверие клиентов на долгое время.

Рис. 2.3. Производительность каналов ISP определяется самым слабым соединением

Превышение допустимого числа абонентов происходит в том случае, когда совокупная нагрузка соединений превышает имеющуюся полосу пропускания. Так, провайдер, продавая 20 каналов типа TI в POP и подключаясь, в свою очередь, к NAP тоже по каналу Т1, создает так называемое "бутылочное горлышко". Как видно из рис. 2.3 при примерном подсчете получим соотношение 5:1, т.е. в этом случае на одно магистральное соединение типа Т1 нельзя подключать более пяти каналов Т1. Коэффициенты абонентской нагрузки (отношение совокупной полосы пропускания подключаемых каналов к полосе пропускания выходного канала) могут значительно варьироваться в зависимости от предлагаемых услуг. Как правило, провайдеры, предоставляющие услуги выделенного хостинга, пользуются соотношениями 8:1 и даже 10:1. Эти значения обычно основаны на практическом опыте и проектной нагрузке, однако если они небрежно выбраны или не соблюдаются, то это может привести к перегрузке канала.

Рис. 2.4. Скорость доступа ограничивается наименьшей полосой пропускания

В качестве еще одного примера создания эффекта "бутылочного горлышка" можно привести ситуацию, когда системы с высокоскоростными каналами пытаются получить доступ к системам, которые подключены через низкоскоростные соединения.

Так, доступ к Web-серверу расположенному на узле, подключенном к Internet со скоростью 56 Кбит/с, может осуществляться лишь на этой скорости, независимо от того, с какой скоростью работает с Internet пользователь. На рис. 2.4 показано, как клиент, имеющий доступ в Internet по каналу типа ТЗ, при подключении к Web-серверу будет работать лишь со скоростью 56 Кбит/с, т.е. со скоростью, на которой этот сервер подключен к Internet. Обратите внимание, что и другие пользователи, получающие одновременно доступ к этому серверу также будут ограничены скоростью 56 Кбит/с, причем все они должны будут совместно использовать эту полосу пропускания.

Очень важно, чтобы провайдеры вели постоянный мониторинг соединений и управляли нагрузкой в своих сетях. Перед приобретением услуг клиентам следует задать потенциальному провайдеру следующие вопросы.

Каким образом осуществляется управление нагрузкой на каналы?

При каких граничных условиях подключаются резервные системы?

Какие типовые коэффициенты абонентской нагрузки (отношение доступной производительности к используемой производительности) установлены для той или иной услуги?

Какие типовые коэффициенты абонентской нагрузки установлены для магист ральных каналов и узлов?

Теоретическое ограничение пропускной способности для данного вида услуги?

Уровень резервирования оборудования ISP

Рис. 2.5. В сети с резервированием обеспечивается более высокая надежность соединений

Итак, Мэрфи уже здесь и готов сделать вашу жизнь ужасной. В силу плохой погоды либо проблем с карьерой, или просто из-за неудачного дня соединение вашего провайдера с NAP, с другим провайдером или с другой POP в какой-то момент времени пропадает, что приводит к невозможности достичь всех или определенного списка узлов. Сеть с дублирующим оборудованием позволяет в аварийных ситуациях направлять трафик по альтернативным маршрутам до тех пор, пока неполадка не будет устранена. Правильно сконструировать сеть ISP — весьма ответственная задача. Наиболее оптимальной считается схема, при которой POP провайдера подключаются к нескольким NAP и сетям других провайдеров, а также к POP других провайдеров, как показано на рис. 2.5.

Важно понимать, что резервирование одноранговых соединений и узлового оборудования обычно производится глобально, т.е. во всех сетях сразу. Другими словами, если соединение с провайдером становится недоступным через основную точку обмена трафиком, то выбирается следующая ближайшая точка обмена трафиком. Таким образом, основная идея заключается не в обеспечении резервирования оборудования на одном узле, а в создании резервных соединений и магистральных каналов для быстрого реагирования на один или несколько отказов на различных узлах сети. При таком подходе обеспечение избыточных межсетевых соединений и соединений с ближайшими географически NAP вполне может возместить затраты на резервирование. В результате вы получите более надежную сеть, чем при реализации резервирования лишь между провайдерскими POP. На рис. 2.6 представлена схема неоптимального соединения между двумя провайдерами, а на рис. 2.7 — схема соединения с полным резервированием.

Рис. 2.6. Неоптимальное соединение провайдеров

Следует обсудить с провайдером план резервирования. Большинство провайдеров имеет на своих рабочих площадках определенный запас критичного к сбоям оборудования. Количество запасных компонентов обычно зависит от критичности того или иного оборудования, а также от времени наработки на отказ (Mean Time Between Failures —

MTBF).

Некоторые провайдеры выбирают резервирование отдельных услуг для географически близких дилеров, которые имеют сети хранилищ и предоставляют свои площади клиентам. Хотя такой подход увеличивает гарантированное время до первого ремонта (Mean Time To Repair — MTTR), при возникновении проблем он все-таки лучше, чем отсутствие какого-либо резервирования вообще. Иногда возникает дефицит наиболее востребованных компонентов оборудования, что также при отсутствии плана резервирования скажется на сроках восстановления нормальной работоспособности.

Рис. 2.7. Соединение провайдеров с полным резервированием

Расстояние до удаленных узлов

Типичное заблуждение заключается в том, что единственный вопрос, который должен волновать клиентов — это количество переприемов IP-пакетов (IP hops), т.е. количество маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет, чтобы достичь нужной сети. В прошлом это обстоятельство в некоторой степени действительно оказывало влияние на прохождение IP-пакетов, так как чем больше переприемов, тем больше была задержка в каждом из них, возрастала также вероятность неправильной маршрутизации пакетов и даже их потери. Однако сегодня большинство магистральных сетей провайдеров строятся на основе технологий мультипротокольной коммутации (Multiprotocol Label Switching —

MPLS), ATM или Frame Relay. Благодаря этому большинство узловых устройств прозрачны для средств определения IP-маршрутов, таких как traceroufe.

Меньшее количество переприемов IP-пакетов для заданной сети может свидетельствовать о более коротком маршруте к пункту назначения, чем путь через сеть с большим количеством переприемов. Однако знание технологий, на которых строятся межсетевые соединения, поможет вам принять правильное решение. Например, возможно более эффективным будет воспользоваться несколькими сквозными высокоскоростными каналами, чем одним низкоскоростным.

Как вам уже известно, сеть Internet представляет собой конгломерат наложенных друг на друга магистральных сетей, соединенных точками обмена трафиком и посредством прямых межсетевых соединений. Справедливо оценивать количество сетей или число переприемов между AS (количество пересекающихся доменов маршрутизации) для заданного набора пунктов назначения. Расстояние до удаленных узлов будет зависеть от того, сколько каналов закупают у провайдера администраторы удаленных сетей и насколько хорошо провайдер соединен с другими сетями, т.е. насколько развита инфраструктура его сети. Мелкие компании-провайдеры могут быть подключены только к одной NAP или вообще не иметь соединения ни с одной из них. Более крупные провайдеры часто подключаются к другим сетям как посредством NAP, так и с помощью прямых межсетевых соединений.

Соглашения об обмене трафиком

При выборе провайдера непременным условием является наличие у него двусторонних соглашений об обмене трафиком с другими провайдерами на равноправной основе. Существующая сегодня архитектура сети Internet и незначительное вмешательство в регулирование работы сети по вопросам, кто и каким образом должен соединяться (напрямую или через NAP), вынуждает провайдеров решать эти вопросы самостоятельно.

Многие годы провайдеры вынашивали идеи относительно урегулирования межсетевого взаимодействия, но в вопросах о том, кто, кому и за что должен платить, не достигали консенсуса. Как отмечалось в главе 1, "Эволюция сети Internet”, наиболее крупные провайдеры начали постепенно переходить к модели распределенных межсетевых соединений, используя NAP для подключения только мелких провайдеров. Более крупные провайдеры ужесточили также режим обмена трафиком в NAP, т.е. они соглашались организовывать межсетевые соединения в NAP только с равноценными компаниям и- провайдерами. Эти положения фиксируются в так называемом совместном соглашении о неразглашении (Nondisclosure Agreement — NDA), которое заключается обеими сторонами.

Хотя потенциальные провайдеры скорее всего не будут столь строги насчет заключения специфических соглашений об обмене трафиком со всеми сетями, они лишь потребуют сведения о количестве задействованных адресов и техническую информацию о межсетевых соединениях и правилах их взаимодействия. То, каким образом провайдер соединяется с другими сетями, может быть наиболее важным с точки зрения производительности соединения, которое вы будете оплачивать.

Точка демаркации

Кроме ценовой политики, магистральных каналов и способов межсетевых соединений, следует также обсудить с провайдером вопрос о точке демаркации (demarcation point — DP). Тонка демаркации — это точка, в которой происходит разделение сети на зоны ответственности провайдера и клиента (или клиентов). Частично это определение верно и для провайдера, предоставляющего услуги выделенного хостинга. Очень важно определить и правильно понимать различия между зоной ответственности провайдера и клиента. Точки демаркации определяются вплоть до конкретных кабелей и разъемов для того, чтобы избежать конфликтных ситуаций при возникновении каких-либо проблем с оборудованием или в работе сети. На рис. 2.8 представлена типовая точка демаркации между сетью провайдера и сетью клиента.

Рис. 2.8. Точка демаркации

Провайдеры по-разному определяют точку демаркации. Как правило, выбор точки демаркации зависит от того, кто платит за оборудование и за канал доступа, где находится оборудование и кто проводит его обслуживание.

Оборудование принадлежащее клиенту

Оборудование, принадлежащее клиенту (Customer Premises Equipment — CPE), обычно включает в себя маршрутизатор, устройство сопряжения с цифровым каналом CSU/DSU, систему кабелей и иногда аналоговый модем для мониторинга и управления вышеуказанным оборудованием вне основной полосы (out-of-bandwidth — ООВ). Обычно провайдер предлагает клиенту выбор в приобретении СРЕ и канала для доступа к своему узлу. Так, вы можете оплатить только канал доступа или же выплачивать ежемесячно набор услуг, в который входит аренда и обслуживание всего оборудования и канала доступа, но при этом все эти задачи выполняются персоналом провайдера. Практически всегда удается достичь с провайдером хорошего соотношения цена/качество для предоставляемых услуг. Обычно ISP несет ответственность за обслуживание оборудования или за качество предоставляемых с его помощью услуг. Как правило, провайдеры заранее формируют различные пакеты услуг, в которые входит и обслуживание СРЕ. Если же клиент не желает приобрести стандартный пакет услуг, то ему придется выбрать оборудование, заранее одобренное провайдером. После этого покупатель будет самостоятельно нести ответственность за обслуживание и решение технических проблем, возникающих при эксплуатации этого оборудования. Провайдер всегда окажет помощь в решении технических проблем, но уже за отдельную плату.

На рис. 2.9—2.11 представлены схемы предоставления стандартных пакетов услуг. На схеме, представленной на рис. 2.9, провайдер отвечает за соединительную линию

и за CSU/DSU вплоть до разъема CSU на технической площадке клиента. В этом случае провайдером могут также предъявляться определенные требования к принадлежащему клиенту маршрутизатору, в частности к объему памяти и версии операционной системы.

На схеме, представленной на рис. 2.10 провайдер предоставляет все оборудование, и зона его ответственности заканчивается портом локальной вычислительной сети на маршрутизаторе, который расположен у клиента.

На рис. 2.11 представлена схема, когда клиент предоставляет и СРЕ, и соединительную линию. В этом случае ответственность провайдера заканчивается на коммутационном шкафу, расположенном на одной из POP провайдера, где осуществляется

коммутация технической площадки провайдера с центральным офисом.

Рис. 2.9. Провайдер обеспечивает доступ до CSU/DSU; клиент предоставляет маршрутизатор (пример)

Расположение маршрутизаторов

Расположением (или монтажом) (collocation) называют действия по размещению оборудования одной стороны на технической площадке другой стороны. В качестве примера можно привести установку маршрутизатора клиента на технической площадке провайдера или в хостинг-центре, как показано на рис. 2.12. Стимулирующими факторами для расположения клиентом своего оборудования на узле провайдера является более быстрый доступ и упрощение мониторинга оборудования со стороны провайдера или предоставление клиенту возможности более гибкого управления нагрузкой на полосу пропускания.

Рис. 2.10. Провайдер предоставляет доступ, маршрутизатор и CSU/DSU (пример)

Рис. 2.11. Все оборудование предоставляется клиентом (пример

Рис. 2.12. Размещение маршрутизатора на технической площадке провайдера (пример)

Ситуация, обратная показанной на рис. 2.12, — размещение провайдером своего маршрутизатора на площадях клиента (рис. 2.13). В таком случае ISP оплачивает и маршрутизатор, и соединительную линию, а клиент выплачивает полную стоимость услуги по подключению.

Рис. 2.13. Размещение провайдером своего маршрутизатора у клиента (пример)

Забегая вперед

Технические характеристики сети провайдера определяют в значительной степени качество услуг, предоставляемых клиентам, и оптимальность маршрутизации. Поскольку клиент не может в полной мере контролировать все технические параметры, он должен уметь оценивать самые важные из них и определять, соответствуют ли они заданным требованиям к структуре и качеству обслуживания.

Если вы являетесь клиентом какого-либо провайдера и оговоренная точка демаркации вменяет вам в обязанности обслуживание собственного оборудования, даже если вы только арендуете его, то вы должны взять на себя вопросы развития сети, а также разработки и реализации правил маршрутизации для нее. Даже если не вы устанавливаете и не обслу живаете сетевое оборудование, все равно вам придется принимать определенные решения, для чего необходимо иметь представление об организации маршрутизации в сети.

В следующей главе обсуждением фундаментальных положений IP-адресации и рс зервировании адресного пространства завершается формирование теоретической базы После этого во второй части книги мы перейдем к рассмотрению различных протоко лов маршрутизации.

Часто задаваемые вопросы

В—Говорит ли высокая цена на услуги провайдера о том, что я получу более быстрое и качественное соединение с провайдером?

О - Нет, это не совсем так. Иногда более высокая цена означает, что провайдер обладает собственными высокоскоростными магистральными каналами типа ОС12 или ОС48, в которые он вложил свои деньги. Однако, наличие этих каналов отнюдь не означает, что вы получмте более быстрое соединение. При неправильной комбинации высокоскоростных соединений с низкоскоростными может произойти общее падение производительности в сети провайдера и даже в связанных с ней сетями. В конечном итоге цена – лишь один фактор из многих, на которые следует опираться при выборе провайдера. Более важно узнать побольше о топологии сети провайдера, о том в достаточной ли степени зарезервировано в ней оборудование и соответствует ли предлагаемая полоса вашим нуждам.

В— Что может привести к появлению "бутылочных горлышек" на магистральных каналах провайдера?

О – Как правило, появление "бутылочных горлышек” обусловлено превышением допустимого предела количества абонентских линий или перегрузкой самой полосы пропускания

В— Следует ли мне при подключении к провайдеру приобретать собственное оборудование?

О — Существуют несколько "за" и "против” такого решения, и принимать его следует лишь исходя из потребностей вашей организации. Выясните, во-первых, будет ли провайдер настаивать, чтобы вы работали исключительно с его оборудованием (некоторые