1.1 Требования к алгоритмам маршрутизации

Алгоритмы, положенные в основу формирования и обновления таблицы маршрутизации, называют алгоритмами маршрутизации. В соответствии с данными алгоритмами и определяются наилучшие маршруты до возможных пунктов назначения. Алгоритмы передачи пакетов по оптимальным путям, выбираемым из таблицы маршрутизации, называют алгоритмами коммутации.

Из приведенного выше описания становится понятно, что алгоритмы коммутации, задающие порядок транспортировки пакетов через сеть при известных оптимальных маршрутах, являются достаточно простыми. Сложными и наиболее важными являются алгоритмы маршрутизации, которые и составляют основу протоколов маршрутизации. К данным алгоритмам предъявляют следующие функциональные требования:

- по оптимальности определяемых маршрутов —способности определять наилучший маршрут в зависимости от заданных показателей и их весовых коэффициентов;

- по гибкости —способности быстро и точно адаптироваться к изменениям структуры и условий функционирования сети;

- по сходимости —способности достигать быстрого соглашения между всеми маршрутизаторами сети по оптимальным маршрутам.

В протоколах маршрутизации показатель оптимальности маршрута часто называют метрикой. Оптимальным считается кратчайший путь. При этом метрика, т. е. мера длины пути задается определенной формулой, в качестве переменных которой могут выступать любые характеристики маршрута, например, общее число транзитных маршрутизаторов и суммарное время пересылки.

Требования к алгоритмам маршрутизации по гибкости и сходимости взаимосвязаны друг с другом. Когда в сети происходят какие-либо изменения, влияющие на выбор оптимальных маршрутов, например, перегрузка какого-либо участка сети или появление нового канала связи, узнавшие первыми об этих изменениях маршрутизаторы должны переопределить свои оптимальные маршруты, адаптируясь к возникшим изменениям. Кроме того, они должны разослать сообщения об изменениях другим маршрутизаторам. Данные сообщения пронизывают сети, стимулируя пересчет оптимальных маршрутов. В конечном итоге все маршрутизаторы должны прийти к общему соглашению по оптимальным маршрутам.

Алгоритмы маршрутизации, не обладающие высокой гибкостью и быстрой сходимостью, приводят к образованию петель маршрутизации и даже выходам сети из строя.

1.2 Классификация алгоритмов и протоколов маршрутизации

Признаки классификации алгоритмов и протоколов маршрутизации в большинстве случаев совпадают друг с другом. Наиболее важными признаками классификации являются:

- степень динамичности, отражающая наличие или отсутствие гибкости и сходимости;

- количество одновременно поддерживаемых маршрутов к одному пункту назначения;

- способ организации маршрутизаторов;

- область влияния;

- способ получения маршрутной информации.

По степени гибкости и сходимости различают статические и динамические алгоритмы маршрутизации.

Статические алгоритмы представляют собой свод правил по заполнению и использованию статических таблиц маршрутизации, которые не изменяются в автоматическом режиме. Данные таблицы формируются и обновляются администратором, который сам должен отслеживать все изменения в сети. Статические алгоритмы не обеспечивают гибкость и сходимость. Их целесообразно использовать только в простых и небольших сетях, где график является предсказуемым.

Динамические алгоритмы маршрутизации обеспечивают автоматическое формирование и обновление таблиц маршрутизации в масштабе реального времени. В соответствии с данными алгоритмами между маршрутизаторами осуществляется обмен сообщениями. При отсутствии маршрутной информации маршрутизаторы запрашивают ее друг у друга. В случае возникновения изменений в сети маршрутизаторы уведомляют друг друга.

По количеству одновременно поддерживаемых маршрутов к одному пункту назначения алгоритмы маршрутизации могут быть одномаршрутными или многомаршрутными. Многомаршрутные алгоритмы позволяют осуществлять мультиплексную передачу трафика сразу по нескольким путям. Такая возможность ускоряет передачу и увеличивает пропускную способность каналов связи.

По способу организации маршрутизаторов различают алгоритмы одноуровневой и иерархической организации.

Алгоритмы одноуровневой организации предполагают равенство всех маршрутизаторов по отношению друг к другу. Примером протокола, использующего алгоритм одноуровневой организации, является протокол RIP(RoutingInformationProtocol).

При использовании алгоритмов иерархической организации маршрутизаторы разделяются по уровням. Как правило, вводятся два уровня маршрутизации — верхний и нижний. К нижнему уровню относятся маршрутизаторы отдельных областей сети, а к верхнему — маршрутизаторы межобластной связи. Передачу пакетов в пределах одной сетевой области обеспечивают маршрутизаторы нижнего уровня, принадлежащие этой области. При передаче пакетов в другую область сети эти пакеты передаются от маршрутизаторов нижнего уровня к маршрутизаторам верхнего, которые доставляют пакеты в требуемую область. Для доставки непосредственному получателю эти пакеты передаются с верхнего уровня маршрутизаторам нижнего уровня, принадлежащим этой области.

По области влияния алгоритмы маршрутизации могут быть внутридоменными и междоменными.

Здесь под доменом понимается автономная система, представляющая собой группу объединенных сетей, управляемую одним уполномоченным, например, одной организацией. Объединение доменов с свою очередь образует более масштабную сеть.

Алгоритмы маршрутизации, используемые в рамках автономных систем, называются внутридоменными алгоритмами. Эти алгоритмы могут отличаться дpyrот друга, и в качестве каждого из них может выступать алгоритм как одноуровневой, так и иерархической маршрутизации. Однако для возможности взаимодействия между автономными системами должен использоваться один междоменный алгоритм. Этот алгоритм обеспечивает связь между специально выделенными в каждом домене маршрутизаторами. При том внутридоменные алгоритмы маршрутизации должны быть согласованы междоменным алгоритмом.

Внутридоменные алгоритмы используются в большинстве современных протоколов маршрутизации, например, в протоколах RIP,OSPF,IS-IS.

Междоменные алгоритмы маршрутизации лежат в основе таких протоколов, как EGP(ExteriorGatewayProtocol) иBGP(BorderGatewayProtocol).

По способу получения маршрутной информации различают алгоритмы вектора расстояния и алгоритмы состояния канала.

В соответствии с алгоритмами вектора расстояния каждый маршрутизатор периодически рассылает соседним маршрутизаторам копию своей таблицы маршрутизации. Соседние маршрутизаторы сверяют полученные данные со своими собственными таблицами маршрутизации и вносят необходимые изменения. Данные алгоритмы просты в реализации, не требовательны к компьютерным ресурсам, но плохо работают в больших сетях. Основной причиной этому является медленное распространение информации об изменении в сети, например, информации о недоступности той или иной линии или выходе того или иного маршрутизатора из строя. Кроме того, рассылаемые сообщения являются избыточными, что снижает пропускную способность каналов связи.

Алгоритмы вектора расстояния используется в таких протоколах, как RIP,IGRP(InteriorGatewayRoutingProtocol) и др.

В случае алгоритмов состояния канала маршрутизатор собирает информацию о своих непосредственных соседях, определяя текущие состояния соединяющих его с ними каналов связи, например, пропускные способности. Вместо рассылки соседям полного содержимого своих таблиц маршрутизации каждый маршрутизатор осуществляет широковещательную рассылку списка непосредственно подключенных к нему маршрутизаторов и локальных сетей, а также сведений о состоянии его каналов связи. Эта информация, за исключением периодического широковещания о своем присутствии в сети, рассылается маршрутизатором только в случае обнаружения каких-либо изменений в своих каналах связи, по запросам других маршрутизаторов и по истечении заданного периода времени.

Отличаясь более быстрой сходимостью, алгоритмы состояния канала меньше склонны к образованию петель маршрутизации и поэтому оптимальны' для больших сетей.

Алгоритмы состояния канала лежат в основе таких протоколов маршрутизации, как OSPF,IS-IS,NLSP,EIGRP(EnhancedInteriorGatewayRoutingProtocol).