Бабич А.В. Оргранизация информационных сетей: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

ных приоритетов выбирается маршрутизатор с большим иденти-

фикатором.

Если никто не предложил себя в качестве DR, в поле «Designated 3.

Router» заносится идентификатор BDR.

Если маршрутизатор 4. только что выбрал себя на роль DR или

BDR или только что потерял статус DR или BDR, шаги 1-3 по-

вторяются. Термин «только что» означает «в результате выпол-

нения непосредственно предшествующих шагов 1-3, а не преды-

дущих итераций алгоритма».

После выбора DR и BDR маршрутизатор сообщает их идентифи-

каторы в своих Hello-сообщениях. Если в результате процедуры вы-

бора DR или BDR изменились по сравнению с предыдущим выбором

данного маршрутизатора, он устанавливает необходимые отношения

смежности, если они еще не были установлены, и разрывает ненуж-

ные больше отношения смежности, если таковые имеются.

Когда маршрутизатор подключается к сети, сначала он достигает

состояния 2-WAY со всеми своими соседями, а потом, прежде чем

приступать к выборам, ожидает время WAIT. В течение этого време-

ни он передает Hello-сообщения с обнуленными полями DR и BDR.

После истечения периода WAIT вновь подключившийся маршрути-

затор может предлагать себя на роль BDR, производить выборы и

формировать отношения смежности.

§6. Протокол обмена

После установления отношений смежности для каждой пары

смежных маршрутизаторов происходит синхронизация их баз дан-

ных. Эта же операция происходит при восстановлении ранее разо-

рванного соединения, поскольку в образовавшихся после аварии

двух изолированных подсистемах базы данных развивались незави-

симо друг от друга. Синхронизация баз данных происходит с помо-

щью протокола обмена (Exchange protocol).

Сначала маршрутизаторы обмениваются только описаниями сво-

их баз данных (Database Description), содержащими идентифика-

торы записей и номера их версий, что позволяет избежать пересылки

всего содержимого базы данных, если требуется синхронизировать

только несколько.

Во время этого обмена каждый маршрутизатор формирует спи-

сок записей, содержимое которых он должен запросить (ибо такие

записи в его базе данных устарели либо отсутствуют), и соответ-

ственно отправляет пакеты запросов о состоянии связей (Link State

Request). В ответ он получает содержимое последних версий нуж-

ных ему записей в пакетах типа «Обновление состояния связей

(Link State Update)».

После синхронизации баз данных производится построение

маршрутов.

§7. Протокол затопления (flooding)

Каждый маршрутизатор отвечает за те и только те записи в базе

данных состояния связей, которые описывают связи, исходящие от

данного маршрутизатора. Это значит, что при образовании новой

связи, изменении в состоянии связи или ее исчезновении (обрыве)

маршрутизатор, ответственный за эту связь, должен соответственно

изменить свою копию базы данных и немедленно известить все

остальные маршрутизаторы OSPF-системы о произошедших измене-

ниях, чтобы они также внесли исправления в свои копии базы дан-

ных.

Подпротокол OSPF, выполняющий эту задачу, называется про-

токолом затопления (Flooding protocol). При работе этого про-

токола пересылаются сообщения типа «Обновление состояния свя-

зей (Link State Update)», получение которых подтверждается

сообщениями типа «Link State Acknowledgment».

Каждая запись о состоянии связей имеет свой номер (номер вер-

сии), который также хранится в базе данных. Каждая новая версия за-

писи имеет больший номер. При рассылке сообщений об обновлении

записи в базе данных номер записи также включается в сообщение для

предотвращения попадания в базу данных устаревших версий.

Маршрутизатор, ответственный за запись об изменившейся связи,

рассылает сообщение «Обновление состояния связи» по всем интер-

фейсам. Однако новые версии состояния одной и той же связи долж-

ны появляться не чаще, чем оговорено определенной константой.

Далее на всех маршрутизаторах OSPF-системы действует сле-

дующий алгоритм:

1. Получить сообщение. Найти соответствующую запись в базе

данных.

2. Если запись не найдена, добавить ее в базу данных, передать

сообщение по всем интерфейсам.

3. Если номер записи в базе данных меньше номера пришедшего

сообщения, заменить запись в базе данных, передать сообщение по

всем интерфейсам.

4. Если номер записи в базе данных больше номера пришедшего

сообщения и эта запись не была недавно разослана, разослать со-

держимое записи из базы данных через тот интерфейс, откуда при-

шло сообщение. Понятие «недавно» определяется значением кон-

станты.

5. В случае равных номеров сообщение игнорировать.

Протокол OSPF устанавливает также такую характеристику за-

писи в базе данных, как возраст. Возраст равен нулю при создании

записи. При затоплении OSPF-системы сообщениями с данной за-

писью каждый маршрутизатор, который ретранслирует сообщение,

увеличивает возраст записи на определенную величину. Кроме это-

го, возраст увеличивается на единицу каждую секунду. Из-за раз-

ницы во времени пересылки, в количестве промежуточных маршру-

тизаторов и по другим причинам возраст одной и той же записи в

базах данных на разных маршрутизаторах может несколько разли-

чаться, это нормальное явление.

При достижении возрастом максимального значения (60 минут)

соответствующая запись расценивается маршрутизатором как про-

сроченная и непригодная для вычисления маршрутов. Такая запись

должна быть удалена из базы данных.

Поскольку базы данных на всех маршрутизаторах системы долж-

ны быть идентичны, просроченная запись должна быть удалена из

всех копий базы данных на всех маршрутизаторах. Это делается с

использованием протокола затопления: маршрутизатор затапливает

систему сообщением с просроченной записью. Соответственно, в

описанный выше алгоритм обработки сообщения вносятся дополне-

ния, связанные с получением просроченного сообщения и удалением

соответствующей записи из базы данных.

Чтобы записи в базе данных не устаревали, маршрутизаторы, от-

ветственные за них, должны через каждые 30 минут затапливать

систему сообщениями об обновлении записей, даже если состояние

связей не изменилось. Содержимое записей в этих сообщениях неиз-

менно, но номер версии больше, а возраст равен нулю.

Вышеописанные протоколы обеспечивают актуальность инфор-

мации, содержащейся в базе данных состояния связей, оперативное

реагирование на изменения в топологии системы сетей и синхрони-

зацию копий базы данных на всех маршрутизаторах системы.

Для обеспечения надежности передачи данных реализован меха-

низм подтверждения приема сообщений, также для всех сообщений

вычисляется контрольная сумма.

В протоколе OSPF может быть применена аутентификация со-

общений, например, защита их с помощью пароля.

§8. оптимизация топологической базы данных

Протокол OSPF особым образом выделяет сети множественного

доступа, то есть сети, где каждый узел может непосредственно свя-

заться с каждым. Такие сети могут также поддерживать широкове-

щательную передачу и мультикастинг (broadcast networks, напри-

мер, Ethernet, FDDI) или не поддерживать таковой (non-broadcast

multi-access networks, NBMA, например, Х.25, Frame Relay, ATM).

Рассмотрим сначала случай широковещательной сети, к которой

подключено несколько маршрутизаторов. Следуя модели работы

протоколов состояния связей, связь каждой пары маршрутизаторов

должна рассматриваться как связь типа «точка-точка», что значит:

каждый маршрутизатор должен установить смежность с каждым,

то есть всего N(N-1)/2 отношений смежности, по которым происхо-

дит обмен всеми типами сообщений. Каждый маршрутизатор будет

вносить в базу данных N-1 записей о связях с другими маршрутиза-

торами плюс одна связь с вершиной типа «тупиковая сеть» (с хоста-

ми, которые тоже могут находиться в этой IP-сети), всего в базе

данных будет N2 записей, касающихся рассматриваемой сети.

Очевидно, такое буквальное следование идеологии не является

рациональным. Протокол OSPF сводит ситуацию только к N отноше-

ниям смежности, выбирая среди всех маршрутизаторов данной ши-

роковещательной сети один выделенный маршрутизатор (designated

router, DR), с которым все остальные маршрутизаторы устанавлива-

ют отношения смежности.

Это значит, что каждый «невыделенный» маршрутизатор поддер-

живает синхронизацию базы данных состояния связей не со всеми

соседями, а только с выделенным маршрутизатором. При этом про-

токол затопления в подобной сети работает следующим образом:

«обычный» маршрутизатор сообщает об изменении состояния своих

связей выделенному маршрутизатору, а тот затапливает сеть этим

сообщением и его получают все остальные маршрутизаторы сети.

Естественно, что по своим внешним интерфейсам, ведущим к про-

чим маршрутизаторам системы, не находящимся в данной сети мно-

жественного доступа, каждый маршрутизатор отправляет сообщения

без участия выделенного маршрутизатора.

Протокол OSPF позволяет также редуцировать размер базы дан-

ных состояния связей. Для этого в граф системы вводится виртуаль-

ная вершина «транзитная сеть», представляющая собой сеть множе-

ственного доступа как таковую. Каждый маршрутизатор, в том числе

и выделенный, при таком подходе имеет не набор двухточечных

связей со всеми остальными маршрутизаторами своей сети, а одну

связь с вершиной «транзитная сеть». Таким образом, в базу данных

вносится всего 2N, а не N2 записей: N записей о связях, идущих от

маршрутизаторов к вершине «транзитная сеть», и столько же связей,

идущих в обратном направлении.

За поддержку в базе данных записей о связях, идущих от марш-

рутизаторов, отвечают, как и положено, сами маршрутизаторы. Эти

связи имеют метрику, равную метрике сети (например, 10 в случае

10 Base-T Ethernet).

За поддержку связей, идущих от транзитной сети к маршрутиза-

торам, отвечает выделенный маршрутизатор. Такие связи имеют ну-

левую метрику. Это связано с тем, что при такой модели маршрут

между двумя маршрутизаторами А и В в сети T проходит через вер-

шину «транзитная сеть Т», его метрика равна сумме метрик связей

АТ и ТВ. Очевидно, что метрика данного маршрута должна быть

равна метрике сети, но метрика связи АТ уже равна метрике сети,

следовательно, метрика связи ВТ должна быть нулевой.

§9. Иерархическая маршрутизация (разбиение на области)

Для упрощения вычисления маршрутов и уменьшения размера

базы данных состояния связей OSPF-система может быть разбита на

отдельные независимые области (areas), объединяемые в единую си-

стему особой областью, называемой магистралью (backbone). Обла-

сти, не являющиеся магистралью, называются периферийными.

Маршруты внутри каждой области вычисляются как в отдельной

системе: база данных состояния связей содержит записи только о

связях маршрутизаторов внутри области, действие протокола зато-

пления не распространяется за пределы области.

Некоторые маршрутизаторы принадлежат магистрали и одной

или нескольким периферийным областям. Такие маршрутизаторы

называются областными пограничными маршрутизаторами (area

border router, ABR). Каждая область должна иметь как минимум

один ABR, иначе она будет полностью изолирована от остальной

части системы.

Областные пограничные маршрутизаторы поддерживают отдель-

ные базы данных состояния связей для всех областей, к которым они

подключены. На основании этих данных они обобщают информацию

о достижимости сетей внутри отдельных областей и сообщают ре-

зультат в смежную область. Также ABR обрабатывают подобные

сообщения от других ABR (граничащих с другими областями) и ре-

транслируют информацию о внешних маршрутах, исходящую от по-

граничных маршрутизаторов (автономной) системы (ASBR).

Тем самым обеспечивается передача маршрутной информации и

связность между областями. При этом за пределы области передает-

ся не полная база данных состояния связей, а просто список сетей

этой области, достижимых извне области через данный ABR, вместе

с метриками расстояния до таких сетей. Если возможно, адреса се-

тей агрегируются в общий адрес с более короткой маской. Подобную

же информацию, но только о сетях, лежащих за пределами OSPF-

системы, распространяют ASBR.

В качестве примера, рассмотрим автономную систему, изобра-

женную на рисунке 14. Кружками обозначены маршрутизаторы,

буквами — IP-сети, к которым они подключены.

Рис. 14. Пример разбиения OSPF-системы на области

Система поделена на три области, из которых область номер 0

(area 0) является магистралью (backbone). Маршрутизаторы (1) и (2)

являются пограничными маршрутизаторами автономной системы.

Маршрутизаторы (4), (5), (8), (9) — областные пограничные марш-

рутизаторы. Сети A, B, C, G, K, H принадлежат магистрали.

§10. Настройка OsPF

Конфигурирование протокола OSPF выполняется в режиме кон-

фигурирования протокола маршрутизации, попасть в который можно

командой:

CLI Routerconfigure terminal

Router(config)router ospf номер_процесса

Router(config-router),

где номер_процесса — номер процесса OSPF, обязательный пара-

метр, произвольное число от 1 до 65535, позволяющее запускать

несколько процессов OSPF на одном маршрутизаторе (настоятельно

не рекомендуется).

Единственной обязательной командой конфигурации EIGRP яв-

ляется команда network:

CLI Router(config-router)network префикс шаблон area 0

Получив такую команду, маршрутизатор выполняет следующие

действия:

1. Находит все интерфейсы, чьи IP-адреса попадают в диапазон,

указанный в команде network. При этом шаблон функционирует так

же, как и в списках доступа: IP-адрес интерфейса отбирается, если

он побитно совпадает с префиксом в тех битовых позициях, где у

шаблона стоят нули. Например, если у маршрутизатора есть интер-

фейсы с адресами 1.2.3.4, 1.2.5.25, 1.2.6.36, а в команде network ука-

заны префикс 1.2.4.0 и шаблон 0.0.3.255, то отбираются интерфейсы

1.2.5.25 и 1.2.6.36, поскольку шаблон требует совпадения первых 22

бит адресов интерфейсов с префиксом 1.2.4.0. В обычной практике

для отбора интерфейсов используют три метода:

В команде network указывается адрес сети и инвертированная x

маска. Отбирается интерфейс, непосредственно подключенный к

указанной сети. (Напомним, что к одной IP-сети маршрутизатор

позволяет подключить только один интерфейс.) Если адрес ин-

терфейса будет изменен в пределах той же IP-сети, интерфейс

все равно будет отбираться командой network.

В команде network указывается некоторый объемлющий префикс x

и его инвертированная маска. Отбираются все интерфейсы, непо-

средственно подключенные к сетям в пределах объемлющего

префикса. Например, если для корпоративной сети предприятия

выделен префикс 1.1.0.0/16, то для того, чтобы отобрать все ин-

терфейсы любого маршрутизатора предприятия (не вдаваясь в

подробности того, как именно выделены на предприятии IP-сети),

на каждом маршрутизаторе достаточно указать префикс 1.1.0.0,

шаблон 0.0.255.255.

В команде network указывается адрес интерфейса и шаблон x

0.0.0.0 («строгое соответствие»). Отбирается интерфейс с указан-

ным адресом. Если адрес интерфейса будет изменен, даже в

пределах той же IP-сети, то интерфейс уже не будет отбираться

командой network.

2. На интерфейсах, отобранных на предыдущем шаге, запускает-

ся протокол OSPF. При этом интерфейсы помещаются в ту область

OSPF-системы, которая указана в параметре area. Магистраль

(backbone) — area 0.

3. В базу данных состояния связей добавляются записи, соответ-

ствующие сетям, к которым подключены отобранные интерфейсы.

Следует четко понимать, что префикс и шаблон, указанные в коман-

де network (несмотря на название команды), не устанавливаются в

базу данных, а служат только для отбора интерфейсов. После того

как интерфейсы отобраны, префикс и шаблон из команды network

маршрутизатором не используются и на формирование базы данных

влияния не оказывают.

Например, интерфейс маршрутизатора 1.2.3.4/24 подключен к

сети Ethernet. Этот интерфейс может быть отобран в область 0 OSPF-

системы любой из следующих команд:

network 1.2.0.0 0.0.255.255 area 0 x

network 1.2.3.0 0.0.0.255 area 0 x

network 1.2.3.4 0.0.0.0 area 0 x

Независимо от того, какая команда network была использована,

в базу данных будет внесена сеть 1.2.3.0/24.

§11. Проверка настроек

Просмотр информации о соседях (таблица соседей):

CLI Routersh ip ospf neighbors

В случае, если на двух соседних маршрутизаторах правильно

настроен процесс OSPF, то они должны добавить друг друга в та-

блицу соседей.

CLI

Routersh ip route ospf

В случае правильной настройки, в таблице маршрутизации поя-

вятся записи о новых сетях.

К дополнительным методам проверки работоспособности настро-

ек относятся следующие команды.

Для отображения полной информации о настройках протокола

OSPF, информации о Router ID, таймерах и статистике необходимо

использовать команды:

CLI Routershow ip protocols

Routershow ip ospf

Резюме

OSPF предлагает решение следующих задач:

увеличение скорости сходимости (в сравнении с протоколом x

RIP2, ибо нет необходимости выжидания многократных таймау-

тов по 30 с);

поддержка сетевых масок переменной длины (VLSM); x

достижимость сети (быстро обнаруживаются отказавшие марш- x

рутизаторы, и топология сети изменяется соответствующим об-

разом);

оптимальное использование пропускной способности (строится x

минимальный остовый граф по алгоритму Дейкстры);

метод выбора пути. x

Вопросы и тестовые задания для контроля

1. Протокол маршрутизации OSPF является:

дистанционно-векторным;a)

протоколом маршрутизации по состоянию канала;b)

гибридным протоколом маршрутизации.c)

2. обновление записей LSA в топологических базах данных марш-

рутизаторов происходит:

через 10 минут;a)

30 минут;b)

60 минут;c)

120 минут.d)

3. Протокол маршрутизации OSPF является:

собственностью корпорации Cisco;a)

открытым протоколом;b)

закрытым протоколом.c)

4. Соседские отношения поддерживаются с помощью пакетов:

Update;a)

Request;b)

Query;c)

Hello.d)

5. В команде network протокола OSPF используется:

прямая маска подсети;a)

инвертированная маска подсети.b)