47 Мережі Класифікація протоколів маршрутизації, маршрутизація без таблиць, адаптивна маршрутизація

Классификация протоколов маршрутизации

Автоматически создаваемые таблицы маршрутизации обеспечивают рациональность маршрутов следования пакетов через сеть, при этом критерии выбора маршрутов могут быть разными. В IP-сетях сегодня применяются протоколы маршрутизации, в которых маршрут выбирается либо по критерию кратчайшего расстояния, где под расстоянием, проходимым пакетом, понимается количество промежуточных маршрутизаторов (хопов), либо по комплексному показателю, учитывающему также номинальную пропускную способность каналов между маршрутизаторами, надежность каналов или вносимые ими задержки.

Протокол маршрутизации должен создавать в маршрутизаторах согласованные друг с другом таблицы маршрутизации, то есть такие, которые обеспечат доставку пакета от исходной сети в сеть назначения за конечное число шагов. Можно представить и несогласованную пару таблиц, когда таблица маршрутизатора 1 показывает, что пакет для сети А нужно передать маршрутизатору 2, а таблица маршрутизатора 2 отправляет этот же пакет маршрутизатору 1. Современные протоколы маршрутизации обеспечивают согласованность таблиц, однако это их свойство не абсолютно — при изменениях в сети, например, при отказе каналов передачи данных или самих маршрутизаторов, возникают периоды нестабильной работы сети, вызванной временной несогласованностью таблиц разных маршрутизаторов. Протоколу маршрутизации обычно нужно некоторое время, которое называется временем конвергенции, чтобы после нескольких итераций обмена служебной информацией все маршрутизаторы сети внесли изменения в свои таблицы и в результате таблицы снова стали согласованными. Различные протоколы маршрутизации обладают разным временем конвергенции.

Следуя принципу масштабируемости, маршрутизация в Интернете функционирует в пределах автономных систем (Autonomous Systems, AS).

В результате маршрутизация в Интернете носит ярко выраженный иерархический характер. Внутри каждой автономной системы может применяться любой из существующих протоколов маршрутизации, в то время как между автономными системами всегда применяется один и тот же протокол, являющийся своеобразным языком «эсперанто», на котором автономные системы общаются между собой.

В IP-сетях в качестве внутренних шлюзовых протоколов, то есть протоколов, применяемых внутри автономных систем, сегодня активно используются три протокола — RIP, OSPF и IS-IS. Внешним шлюзовым протоколом, то есть протоколом выбора маршрута между автономными системами, сегодня является протокол BGP.

Маршрутизация без таблиц

Переходя к классификации протоколов маршрутизации, прежде всего, отметим, что существуют такие способы продвижения пакетов в составных сетях, которые вообще не требуют наличия таблиц маршрутизации в маршрутизаторах.

Наиболее простым способом передачи пакетов по сети является так называемая лавинная маршрутизация, когда каждый маршрутизатор передает пакет всем своим непосредственным соседям, кроме того, от которого его получил. Понятно, что это не самый рациональный способ, так как пропускная способность сети используется крайне расточительно, но он работоспособен (именно так мосты и коммутаторы локальных сетей поступают с кадрами, имеющими неизвестные адреса).

Другой вариант маршрутизации без таблицы — это маршрутизация, управляемая событиями (Event dependent routing), когда пакет к определенной сети назначения посылается по маршруту, уже приводившему ранее к успеху (для данного адреса назначения). Подобный метод маршрутизации использовался на этапе становления Интернета, когда перед отправкой пакета данных всем или нескольким соседям посылались эхо-запросы протокола ICMP, а затем на основании времени пришедших эхо-ответов выбирался сосед с минимальным временем отклика. Данный способ хорош для сетей, работающих по протоколам с предварительным установлением соединения. Запрос на установление соединения может посылаться нескольким соседям, а подтверждение установления соединения посылается тому соседу, который первым пришлет ответ.

Еще одним видом маршрутизации, не требующим наличия таблиц маршрутизации, является маршрутизация от источника (source routing). В этом случае отправитель помещает в пакет информацию о том, какие промежуточные маршрутизаторы должны участвовать в передаче пакета к сети назначения. На основе этой информации каждый маршрутизатор считывает адрес следующего маршрутизатора и, если он действительно является адресом его непосредственного соседа, передает ему пакет для дальнейшей обработки. Вопрос о том, как отправитель узнает точный маршрут следования пакета через сеть, остается открытым. Маршрут может задавать либо вручную администратор, либо автоматически узел-отправитель, но в этом случае ему нужно поддерживать какой-либо протокол маршрутизации, который сообщит ему о топологии и состоянии сети. Маршрутизация от источника опробовалась на этапе зарождения Интернета и сохранилась как практически неиспользуемая возможность протокола IPv4. В IPv6 маршрутизация от источника является одним из стандартных режимов продвижения пакетов, существует даже специальный заголовок для реализации этого режима.

Адаптивная маршрутизация

В тех случаях, когда маршрутизация осуществляется на основании таблиц, различают статическую и адаптивную (динамическую) маршрутизацию.

При статической маршрутизации таблицы составляются и вводятся в память каждого маршрутизатора вручную администратором сети. Все записи в таблице имеют статус статических, что подразумевает бесконечный срок их жизни. При существенном изменении состояния сети администратору необходимо срочно внести изменения в соответствующие таблицы маршрутизации, иначе сеть будет работать некорректно.

При адаптивной маршрутизации все изменения конфигурации сети автоматически отображаются в таблицах маршрутизации протоколами маршрутизации. Эти протоколы основаны на сборе информации о топологии связей в сети, что позволяет им оперативно отрабатывать все текущие изменения. В таблицах маршрутизации при адаптивной маршрутизации обычно имеется информация об интервале времени, в течение которого данный маршрут будет оставаться действительным. Это время называют временем жизни (TTL) маршрута. Если по истечении времени жизни существование маршрута не подтверждается протоколом маршрутизации, то он считается нерабочим, пакеты по нему больше не посылаются.

Протоколы маршрутизации могут быть распределенными и централизованными.

При распределенном подходе в сети отсутствуют какие-либо выделенные маршрутизаторы, которые собирали бы и обобщали топологическую информацию: эта работа распределяется между всеми маршрутизаторами сети. Каждый маршрутизатор строит собственную таблицу маршрутизации, основываясь на данных, получаемых по протоколу маршрутизации от остальных маршрутизаторов сети.

При централизованном подходе в сети существует один маршрутизатор, который собирает всю информацию о топологии и состоянии сети от других маршрутизаторов. Затем этот выделенный маршрутизатор (который иногда называют сервером маршрутов) может построить таблицы маршрутизации для всех остальных маршрутизаторов сети, а затем распространить их по сети, чтобы каждый маршрутизатор получил собственную таблицу и в дальнейшем самостоятельно принимал решение о продвижении каждого пакета.

Применяемые сегодня в IP-сетях протоколы маршрутизации относятся к адаптивным распределенным протоколам.

Адаптивные алгоритмы маршрутизации должны отвечать нескольким важным требованиям.

Во-первых, они должны обеспечивать рациональность маршрута.

Во-вторых, алгоритмы должны быть достаточно простыми, они не должны требовать слишком большого объема вычислений или порождать интенсивный служебный трафик.

И наконец, алгоритмы маршрутизации должны обладать свойством сходимости, то есть всегда приводить к согласованному построению таблиц маршрутизации на всех маршрутизаторах сети за приемлемое время.

Адаптивные протоколы обмена маршрутной информацией, применяемые в настоящее время в вычислительных сетях, делятся на две группы:

• дистанционно-векторные алгоритмы (Distance Vector Algorithms, DVA);

• алгоритмы состояния связей (Link State Algorithms, LSA).