4.1.4. Протоколы и алгоритмы маршрутизации

Для автоматического построения таблиц маршрутизации маршрутизаторы по своей инициативе обмениваются служебной информацией о топологии составной сети в соответствии со специальным служебным протоколом маршрутизации. Протоколы маршрутизации, например,

• протокол информации о трассировке (Routing Information Protocol, RIP),

• «открытия кратчайшего пути первым» (Open Shortest Path First, OSPF),

• протокол коммуникации услуг в среде NetWare (NetWare Link Services Protocol, NLSP),

следует отличать от собственно сетевых протоколов, например, протокола IP или IPX. Те и другие выполняют функции сетевого уровня – участвуют в доставке каких-то пакетов адресату через разнородную составную сеть. Но первые собирают и передают по сети чисто служебную информацию, вторые – пользовательские данные. Протоколы маршрутизации используют сетевые протоколы как транспортное средство. При обмене маршрутной информацией пакеты протокола маршрутизации помещаются в поле данных пакетов сетевого или даже транспортного уровня.

Маршрутизаторы сообщают соседям об известных им сетях в интерсети, маршрутизаторах и связях этих сетей с маршрутизаторами. Учитывается не только топология связей, но и их пропускная способность, и состояние. Это позволяет маршрутизаторам быстрее адаптироваться к изменениям конфигурации сети (обновляя таблицы маршрутизации), а также правильно передавать пакеты в сетях с произвольной топологией, допускающей наличие замкнутых контуров.

Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, различающихся способами построения таблиц маршрутизации, выбора маршрута и другими особенностями работы. Выделяют одношаговые и многошаговые алгоритмы маршрутизации.

Одношаговые алгоритмы (распределенная схема). При выборе маршрута каждый выбранный маршрутизатор отвечает за выбор только одного очередного шага маршрута (следующего маршрутизатора), а окончательный маршрут складывается в результате работы всех маршрутизаторов, через которые проходит данный пакет. Одношаговые алгоритмы в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации делятся на 3 следующих класса.

1. Алгоритмы фиксированной (статической) маршрутизации. Все записи в таблице маршрутизации являются статическими, они создаются и редактируются администратором сети вручную. Таблицы бывают одно- и многомаршрутные. Многомаршрутные таблицы определяют несколько альтернативных путей для каждого адресата (основной и резервные) и правило выбора лучшего из них. Эти алгоритмы приемлемы для небольших сетей с простой топологией или для магистралей крупных сетей (простая структура с очевидными лучшими путями следования пакетов в присоединенные подсети).

2. Алгоритмы простой маршрутизации. Таблица маршрутизации не используется, либо строится без участия протоколов маршрутизации. Выделяются 3 типа простой маршрутизации:

• случайная, когда прибывший пакет посылается в случайном направлении, кроме исходного;

• лавинная, когда пакет посылается по всем направлениям, кроме исходного;

• по предыдущему опыту, когда выбор маршрута осуществляется по таблице, но она строится (как у моста) в результате анализа адресных полей пакетов, появляющихся на входных портах. Каждый конкретный отправитель «связывается» с определенным портом маршрутизатора, и в дальнейшем все пакеты, адресованные ему, посылаются на этот порт.

3. Алгоритмы адаптивной (динамической) маршрутизации. Они наиболее распространены и обеспечивают автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменений конфигурации сети. Протоколы, построенные на основе этих алгоритмов, позволяют всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети и ее изменениях. В таких таблицах имеется информация о «времени жизни маршрута». Эти алгоритмы имеют распределенный характер, так как работают все маршрутизаторы, а не только специально выделенные (запрашиваемые) серверы маршрутов. Алгоритмы должны: обеспечивать рациональность маршрута, быть несложными и не порождать интенсивный служебный трафик, обладать сходимостью за приемлемое время.

Адаптивные протоколы обмена маршрутной информацией делятся на две группы, основу которых составляют:

• дистанционно-векторные алгоритмы. При их использовании каждый маршрутизатор периодически рассылает всем по сети вектор с расстояниями (в хопах или по времени прохождения) до всех известных ему сетей. Получив вектор от соседа, каждый маршрутизатор корректирует расстояния с учетом расстояния до этого соседа и добавляет информацию об известных ему сетях, затем сам рассылает новый вектор всем. Эти алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они «засоряют» линии широковещательным трафиком, либо могут не всегда корректно отрабатывать изменения конфигурации, полученные извне. Например, протоколы RIP: RIP IP (работающий с IP) и RIP IPX;

• алгоритмы состояния связей. Они обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети, одинакового для всех маршрутизаторов. Широковещательная рассылка соседям производится только в случае изменения состояния связей (редко для надежных сетей). Вершинами графа являются маршрутизаторы и объединяемые ими сети, ребрами – связи вида «маршрутизатор-маршрутизатор» и «маршрутизатор-сеть». Для проверки состояния «своих» линий связи маршрутизаторы периодически обмениваются короткими пакетами HELLO с соседями. Объем пакетов HELLO намного меньше, чем объем RIP-пакетов. На алгоритме состояния связей основаны протоколы: «промежуточная система – промежуточной системе» (Intermediate System to Intermediate System, IS-IS) стека OSI; OSPF стека TCP/IP; NLSP стека Novell.

Многошаговые алгоритмы (маршрутизация от источника). Узел-источник задает в пакете весь маршрут его следования, и нет необходимости строить и анализировать таблицы маршрутизации. Это ускоряет прохождение пакета, разгружает маршрутизаторы, но загружает узлы-источники. Поэтому многошаговые алгоритмы применяются реже.

Таким образом, маршрутизатор представляет собой сложное многофункциональное устройство, в задачи которого входят: построение таблицы маршрутизации, определение маршрута на ее основе, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов [1, 5].