Динамическая маршрутизация

Каждый маршрутизатор в зоне маршрутизации использует базу данных состояний каналов и алгоритм поиска кратчайшего пути для построения дерева кратчайших путей SPF.

Классификация протоколов маршрутизации

• обнаружение удаленных сетей

• обновление данных маршрутизации

выбор оптимального пути к сетям назначения

поиск нового оптимального пути в случае, если текущий путь недоступен

• Назначение — протокол внутренней маршрутизации (IGP) или протокол внешней маршрутизации (EGP)

• Действие — протокол вектора расстояния, протокол состояния канала или протокол вектора пути

• Поведение Классовый (устаревший) или бесклассовый протокол

• RIPv1 (устаревший) — дистанционно-векторный классовый протокол внутренней маршрутизации

• IGRP (устаревший) — дистанционно-векторный классовый протокол внутренней маршрутизации, разработанный компанией Cisco (не используется после выхода IOS 12.2 и более поздних версий);

• RIPv2 — бесклассовый протокол вектора расстояния внутренней маршрутизации;

• EIGRP — дистанционно-векторный бесклассовый протокол внутренней маршрутизации, разработанный компанией Cisco;

• OSPF — бесклассовый протокол внутренней маршрутизации, по состоянию канала;

• IS-IS — бесклассовый протокол внутренней маршрутизации, по состоянию канала;

• BGP — бесклассовый протокол внешней маршрутизации, по вектору маршрута.

Протоколы маршрутизации IGP и EGP

• Протоколы внутренней маршрутизации

• Протоколы внешнего шлюза (EGP),

• AS-2 является крупной организацией, использующей протокол OSPF в качестве протокола внутренней маршрутизации.

• ISP-2 является автономной системой, использующей протокол OSPF в качестве протокола внутренней маршрутизации

• ISP-1 является автономной системой, использующей протокол IS-IS в качестве протокол внутренней маршрутизации

• AS-1 является крупной организацией, использующей протокол EIGRP в качестве протокола внутренней маршрутизации

• AS-3 является небольшой организацией, использующей ранние версии маршрутизаторов в автономной системе

Протоколы маршрутизации на базе векторов расстояния

• Расстояние определяет удаленность сети назначения; основывается на таких метриках, как число переходов, стоимость, полоса пропускания, значение задержки и т. д.

• Вектор определяет направление маршрутизатора следующего перехода или выходного интерфейса маршрута для доступа к адресу назначения.

протоколы

• RIPv1

• RIPv2

• IGRP

• EIGRP

Протоколы маршрутизации на основе состояния канала

В отличие от маршрутизаторов, настроенных для работы дистанционно-векторного протокола, маршрутизаторы, использующие протокол маршрутизации по состоянию канала, могут создавать полное представление или топологию сети путем сбора данных от остальных маршрутизаторов.

Применение протоколов маршрутизации по состоянию канала является целесообразным в следующих случаях:

• Сеть имеет иерархическую структуру, что, как правило, характерно для крупных сетей.

• Быстрая адаптация к изменениям сети имеет решающее значение

• Администраторы хорошо осведомлены о реализации и обслуживании протокола маршрутизации на основе состояния канала.

• Протокол OSPF— распространенный, основанный на стандартах протокол маршрутизации

• IS-IS — протокол, распространенный в сетях операторов связи.

Характеристики протоколов маршрутизации

• Скорость сходимости — определяет скорость обмена данными маршрутизации и достижения согласованности данных между маршрутизаторами в рамках сетевой топологии. Чем выше скорость сходимости, тем предпочтительней протокол. Петли маршрутизации могут возникать в случаях, когда несогласованные таблицы маршрутизации не обновляются по причине медленной сходимости в изменяющейся сети.

• Масштабируемость — определяет максимально возможный размер сети с учетом используемого протокола маршрутизации. Чем больше размер сети, тем больше возможностей для масштабирования должно быть предусмотрено протоколом маршрутизации.

• Классовые или бесклассовые протоколы (использование VLSM): классовые протоколы маршрутизации не включают маску подсети и не поддерживают использование VLSM. Бесклассовые протоколы маршрутизации включают в обновления маску подсети. Бесклассовые протоколы маршрутизации поддерживают использование VLSM и обеспечивают более качественное объединение маршрутов.

• Потребление ресурсов — включает такие требования протокола маршрутизации, как объем памяти (ОЗУ), потребление ресурсов ЦП и полосы пропускания канала. Чем выше требования к ресурсам, тем более мощное аппаратное обеспечение требуется для поддержки работы протокола маршрутизации (помимо процессов пересылки пакетов).

• Реализация и обслуживание — характеристика, описывающая уровень знаний, требуемый сетевому администратору для реализации и обслуживания сети на базе развернутого протокола.

Метрики протоколов маршрутизации

• Протокол RIP — количество переходов.

• Протокол OSPF («алгоритм кратчайшего пути») — метрика компании Cisco, основанная на суммарной полосе пропускания от источника до места назначения.

• Протокол EIGRP (усовершенствованный протокол внутренней маршрутизации между шлюзами, EIGRP) — минимальная пропускная способность, задержка, нагрузка и надежность.

Принцип работы протоколов динамической маршрутизации

. Маршрутизатор отправляет и принимает сообщения маршрутизации на свои интерфейсы.

. Маршрутизатор предоставляет общий доступ к сообщениям маршрутизации и данным о маршрутах для других маршрутизаторов, использующих тот же протокол маршрутизации.

Маршрутизаторы осуществляют обмен данными маршрутизации для получения информации об удаленных сетях.

Когда маршрутизатор обнаруживает изменение топологии, протокол маршрутизации может объявить это изменение другим маршрутизаторам

Обеспечение сходимости

Сеть сходится, когда все маршрутизаторы имеют полную и точную информацию о всей сети, как показано на рисунке. Время сходимости — это время, требующееся маршрутизатору для обмена данными, расчета оптимальных путей и обновления таблиц маршрутизации. Сеть не является полностью рабочей до момента полной сходимости. Таким образом, для большинства сетей имеет важное значение время сходимости.

Сходимость подразумевает как совместную, так и самостоятельную работу устройств. Маршрутизаторы обмениваются данными друг с другом, однако они должны самостоятельно определять влияние изменений в топологии на собственные маршруты. Поскольку маршрутизаторы реагируют на изменения в топологии независимо друг от друга, этот процесс называют сходимостью.

К свойствам сходимости относятся скорость распространения данных маршрутизации и расчет оптимальных путей. Скорость распространения соотносится со временем, необходимым для отправки информации о маршрутизации от маршрутизаторов внутри сети.

Дистанционно-векторные технологии

Протоколы маршрутизации на базе векторов расстояния осуществляют обмен обновлениями с соседними устройствами. К соседним устройствам относятся маршрутизаторы, которые совместно используют канал и работают на базе одного протокола маршрутизации. Маршрутизатору известны только сетевые адреса собственных интерфейсов и адреса удалённых сетей, доступ к которым он может осуществлять через соседние устройства. Маршрутизаторы, использующие дистанционно-векторную маршрутизацию, не имеют данных о топологии сети.

Алгоритмы векторов расстояния

• механизм отправки и получения данных маршрутизации;

• механизм расчета оптимальных путей и добавления маршрутов в таблицу маршрутизации;

• механизм обнаружения и реагирования на изменения в топологии.

Усовершенствованный внутренний протокол маршрутизации шлюзов EIGRP

. Этот протокол имеет следующие характеристики:

• Для создания составной метрики используются характеристики полосы пропускания, задержки, нагрузки и надежности

• Широковещательная рассылка обновлений маршрутизации выполняется по умолчанию каждые 90 секунд

• Максимальное число переходов — 255

В 1992 году протокол IGRP был заменен усовершенствованным протоколом IGRP

• Oбновления, cвязанные по событию. Протокол не отправляет регулярные обновления. Распространению подлежат только изменения в таблице маршрутизации, что позволяет снизить нагрузку на сеть, связанную с работой протокола. Oбновления, cвязанные по событию, указывают на то, что протокол EIGRP отправляет обновления только тем соседним устройствам, которым они требуются. Такие обновления используют меньший размер полосы пропускания, особенно в больших сетях с множеством маршрутов.

• Механизм keepalive (Hello). Выполняется регулярная отправка и прием небольших сообщений-приветствий для поддержания отношений смежности с соседними маршрутизаторами. По сравнению с периодическими обновлениями, это требует незначительных сетевых ресурсов во время нормальной работы.

• Обработка таблицы топологии. Обработка и сохранение всех маршрутов, принятых от соседних устройств (не только оптимальных путей), в таблице топологии. Алгоритм DUAL может выполнять вставку резервных маршрутов в таблицу топологии EIGRP.

• Быстрая сходимость. В большинстве случаев этот протокол является протоколом внутренней маршрутизации с самой быстрой сходимостью, поскольку он обрабатывает альтернативные маршруты, обеспечивая практически мгновенную сходимость. Если основной маршрут выходит из строя, маршрутизатор может использовать уже определенный альтернативный маршрут. Переключение на альтернативный маршрут выполняется немедленно и не требует взаимодействия с другими маршрутизаторами.

• Поддержка протоколов на нескольких уровнях сети. Протокол EIGRP использует протоколозависимые модули (PDM), т. е. он является единственным протоколом с поддержкой не только IPv4 и IPv6, но и других протоколов (например, устаревших протоколов IPX и AppleTalk).

Протоколы маршрутизации по кратчайшему пути

Алгоритм Дейкстры

Все протоколы маршрутизации по состоянию канала используют алгоритм Дейкстры для вычисления оптимального пути. Данный алгоритм обычно называют алгоритмом маршрутизации по кратчайшему пути (SPF). Для определения совокупной стоимости маршрута алгоритм использует суммарную стоимость всех путей от источника до места назначения.

Процесс маршрутизации по состоянию канала

Все маршрутизаторы получают данные о собственных каналах и напрямую подключенных сетях. Это достигается за счет обнаружения включенных интерфейсов (up).

. Каждый маршрутизатор отвечает за связь с соседними устройствами в рамках напрямую подключенных сетей. Маршрутизаторы с маршрутизацией по состоянию канала осуществляют связь с соседними устройствами, обмениваясь пакетами приветствий с другими маршрутизаторами в рамках напрямую подключенных сетей.

. Каждый маршрутизатор создает пакет состояния канала (LSP), в котором содержатся данные о состоянии каждого из напрямую подключенных каналов. Это обеспечивается за счет записи всех сохраненных данных о каждом из соседних устройств, включая идентификатор, тип канала и полосу пропускания соседнего устройства.

Каждый маршрутизатор выполняет массовую рассылку пакетов состояния канала всем соседним устройствам. Соседние устройства сохраняют полученные пакеты состояния канала в базе данных. После этого они выполняют массовую рассылку пакетов состояния канала на адреса соседних устройств до тех пор, пока все маршрутизаторы в области не получат пакет состояния канала. Маршрутизаторы сохраняют копию каждого пакета состояния канала, полученного от соседних устройств, в локальную базу данных.

Каждый маршрутизатор использует базу данных для создания общей топологической схемы и рассчитывает оптимальный путь к каждой сети назначения. Теперь у маршрутизаторов есть полная карта всех точек назначения в топологии и маршруты доступа к ним. Алгоритм кратчайшего пути используется для создания карты топологии и определения оптимального пути к каждой из сетей.

Hello-протокол

Маршрутизаторы, использующие маршрутизацию по состоянию канала, используют hello-протокол для обнаружения соседних устройств на своих каналах. Соседним устройством считается любой маршрутизатор, настроенный с использованием того же протокола маршрутизации по состоянию канала.

Лавинная рассылка пакетов состояния канала

На четвертом этапе процесса маршрутизации по состоянию канала каждый из маршрутизаторов выполняет лавинную рассылку пакетов состояния канала всем соседним устройствам, которые затем сохраняют принятые пакеты в базу данных.

Каждый маршрутизатор выполняет лавинную рассылку данных о состоянии канала на все маршрутизаторы с маршрутизацией по состоянию канала в зоне маршрутизации. Каждый раз при получении маршрутизатором пакета состояния канала от соседнего устройства, маршрутизатор немедленно отправляет такой пакет на все остальные интерфейсы, кроме интерфейса, на который получен пакет состояния канала. Этот процесс позволяет выполнить лавинную рассылку пакетов состояния канала от всех маршрутизаторов, по всей зоне маршрутизации.

Помните, что регулярная рассылка пакетов состояния канала не требуется. Пакеты состояния канала необходимо отправлять только в следующих случаях:

• во время начального запуска протокола маршрутизации на маршрутизаторе (например, при перезагрузке маршрутизатора);

• при изменениях в топологии (например, в случаях деактивации или повторной активации канала, установлении или разрыве отношений смежности с соседними устройствами).

Создание базы данных состояний каналов

На последнем этапе процесса маршрутизации по состоянию канала каждый маршрутизатор использует базу данных для построения полной карты топологии и вычисляет оптимальный путь к каждой из сетей назначения.

В конечном итоге все маршрутизаторы получают пакет состояния канала от всех остальных маршрутизаторов с маршрутизацией по состоянию канала в рамках области маршрутизации. Эти пакеты состояния канала хранятся в базе данных состояний каналов.

Создание дерева кратчайших путей SPF

Например, используя данные о состоянии канала, полученные от всех остальных маршрутизаторов, маршрутизатор R1 может начать построение дерева кратчайших путей SPF для данной сети. Для начала, алгоритм поиска кратчайшего пути интерпретирует пакет состояния канала каждого маршрутизатора, чтобы определить сети и связанные стоимости.

Для чего нужны протоколы маршрутизации по состоянию канала

• Быстрая сходимость. При получении пакета состояния канала, протоколы маршрутизации по состоянию канала немедленно выполняют лавинную рассылку этого пакета со всех интерфейсов, кроме того интерфейса, из которого он был получен. Протоколу RIP, напротив, требуется обработать каждое обновление маршрутизации и обновление таблицы маршрутизации до выполнения лавинной рассылки из других интерфейсов.

• Создает топологическую схему. Протоколы маршрутизации на основе состояния канала создают топологическую схему или дерево SPF топологии сети. Поскольку протоколы маршрутизации по состоянию канала обмениваются пакетами состояния канала, алгоритм поиска кратчайшего пути может создать дерево кратчайших путей SPF для сети. Используя дерево кратчайших путей SPF, каждый маршрутизатор может самостоятельно определить кратчайший путь к каждой из сетей.

• Обновления по событию. После исходной лавинной рассылки пакетов состояния канала, протоколы маршрутизации рассылают пакеты состояния канала только в случае изменений в топологии. Пакет состояния канала содержит только данные по задействованному каналу. В отличие от некоторых дистанционно-векторных протоколов, протоколы маршрутизации по состоянию канала не отправляют регулярные обновления.

• Иерархическая структура. Протоколы маршрутизации по состоянию канала используют концепцию областей. Несколько зон составляют иерархическую структуру сетей, обеспечивая оптимизированную агрегацию (объединение) маршрутов и изолирование проблем маршрутизации в пределах зоны.

Недостатки протоколов маршрутизации по состоянию канала

• Требования к памяти. Протоколы маршрутизации по состоянию канала требуют дополнительных ресурсов памяти для создания и обслуживания базы данных состояний каналов и дерева кратчайших путей SPF.

• Требования к обработке. Протоколам маршрутизации по состоянию канала также могут потребоваться дополнительные ресурсы обработки ЦП. Алгоритму поиска кратчайшего пути требуется более продолжительное время обработки ЦП, чем для дистанционно-векторных алгоритмов (например, алгоритм Беллмана-Форда), поскольку протоколы маршрутизации по состоянию канала выполняют построение полной карты топологии.

• Требования к полосе пропускания. Лавинная рассылка пакетов состояния канала может отрицательно сказаться на доступности полосы пропускания сети. В большинстве случаев это может произойти во время первого запуска маршрутизаторов, но иногда может стать проблемой нестабильных сетей.