Дибров М.В. Маршрутизаторы

Подождите немного. Документ загружается.

3.5.3 Гибридные протоколы маршрутизации

Третий тип протоколов маршрутизации, называемых протоколами сба-

лансированной гибридной маршрутизации, объединяет в себе черты как ди-

станционно-векторных, так и протоколов с учетом состояния каналов связи.

Протоколы сбалансированной гибридной маршрутизации для определения

наилучших маршрутов используют векторы расстояния с более точными мет-

риками. Однако они отличаются от дистанционно-векторных протоколов тем,

что обновление баз данных маршрутизации происходит не периодически, а

только при изменении топологии сети.

Как и протоколы состояния каналов связи, сбалансированные гибрид-

ные протоколы обладают быстрой сходимостью. Однако они отличаются от

протоколов состояния каналов связи тем, что используют значительно мень-

шие объемы оперативной памяти и вычислительные ресурсы маршрутизато-

ров. Примером гибридного протокола маршрутизации может служить прото-

кол EIGRP.

3.6 Конфигурирование протокола маршрутизации

В маршрутизаторах Cisco все протоколы маршрутизации имеют общие

аспекты конфигурирования. Для запуска протокола маршрутизации использу-

ется команда router. Синтаксис команды представлен в примере 3.1.

Пример 3.1 – Синтаксис команды router

(config) router protocol {process-id | autonomous-system }

Описание параметров команды router приводиться в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Параметры команды router

Параметр Описание

protocol Один из возможных протоколов марш-

рутизации RIP, EIGRP, OSPF и т.д.

process-id Идентификатор процесса маршрутиза-

ции.

autonomous-system Номер автономной системы.

После запуска процесса маршрутизации необходимо в режиме конфигу-

рирования выбранного протокола маршрутизации задать номера сетей, кото-

рые будут участвовать в выбранном процессе маршрутизации. Для описания

сетей участвующих в процессе маршрутизации используется команда net-

work. Синтаксис команды представлен в примере 3.2.

Пример 3.2 – Синтаксис команды network

(config-router) network ip-address [subnet-mask]

Описание основных параметров команды network приводиться в табли-

це 3.2.

Таблица 3.2 – Параметры команды network

Параметр Описание

ip-address IP адрес сети участвующей в процессе

маршрутизации.

subnet-mask Сетевая маска.

Команда network может иметь различный синтаксис в зависимости от

протокола маршрутизации, в котором она применяется. Синтаксис данной ко-

манды для каждого из протоколов маршрутизации, а также дополнительные

команды конфигурирования конкретных протоколом маршрутизации будут

рассмотрены далее.

После задания сетей участвующих в процессе маршрутизации, с интер-

фейсов маршрутизатора на которые назначены IP адреса из этих сетей будет

производиться рассылка маршрутной информации, а также будет возмож-

ность приема маршрутной информации от соседних маршрутизаторов входя-

щих в домен маршрутизации.

Для уменьшения нагрузки на маршрутизатор по обработке обновлений

маршрутной информации с интерфейсов включенных в процесс маршрутиза-

ции применяется команда passive-interface. Синтаксис команды представлен в

примере 3.3.

Пример 3.3 – Синтаксис команды passive-interface

(config-router) passive-interface [default] {interface-type interface-number}

(config-router) no passive-interface {interface-type interface-number}

Описание основных параметров команды passive-interface приводиться

в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Параметры команды passive-interface

Параметр Описание

default Задание по умолчанию пассивного ре-

жима на всех интерфейсах маршрути-

затора.

interface-type Тип интерфейса.

interface-number Номер интерфейса.

Применение данной команды позволяет производить рассылку служеб-

ных пакетов маршрутизации только по тем интерфейсам, за которыми распо-

лагаются соседние маршрутизаторы.

Хорошим тоном в настойке маршрутизаторов является применение ко-

манды passive-interface default, которая отключает рассылку маршрутной ин-

формации со всех интерфейсам маршрутизатора. А для включения возможно-

сти обмена маршрутной информацией применение команды no passive-inter-

face для конкретных интерфейсов.

Применение данного механизма позволяет уменьшить нагрузку на сеть,

а так же в некоторой мере защитить сеть от угрозы атак со стороны злоумыш-

ленников.

Как говорилось ранее, протоколы динамической маршрутизации могут

производить балансировку нагрузки по маршрутам с равной стоимостью.

Большинство протоколов способны осуществлять распределение на-

грузки по нескольким маршрутам, число которых для версий ОС IOS начиная

с 12.3(2)T не должно превышать 16. Количество одновременно используемых

маршрутов может быть указано с помощью команды maximum-paths. Синтак-

сис команды представлен в примере 3.4.

Пример 3.4 – Синтаксис команды maximum-paths

(config-router) maximum-paths [number-of-paths]

(config-router) no maximum-paths

Описание основных параметров команды maximum-paths приводиться в

таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Параметры команды maximum-paths

Параметр Описание

number-of-paths Число одновременно используемых

параллельных маршрутов передавае-

мых в таблицу маршрутизации.

Стандартно количество маршрутов для перераспределения нагрузки в

большинстве протоколов маршрутизации не должно превышать четырех.

Маршрутизатор осуществляет балансировку нагрузки по циклическому

принципу, который предполагает, что по очереди используется сначала пер-

вый, потом второй и так далее параллельный канал, и по достижении послед-

него процедура повторяется.

Для многих интерфейсов маршрутизаторов Cisco стандартно включен

механизм быстрой коммутации пакетов (Fast Switching), о чем свидетельству-

ет команда ip route-cache в их конфигурации. В этом случае распределение

нагрузки осуществляется на основе IP адресов получателей. Это означает, что

при наличии, например, двух каналов все пакеты для IP адреса одного полу-

чателя будут отправлены через первый канал, для второго адресата через вто-

рой, для третьего снова по первому каналу.

Если в конфигурации интерфейса ввести команду no ip route-cache, то в

действие вступит программный механизм коммутации, который осуще-

ствляет балансировку нагрузки в пакетном режиме, т.е. первый пакет отправ-

ляется по первому каналу, второй по второму, а третий пакет снова по перво-

му каналу.

4 Дистанционно-векторная маршрутизация

4.1 Дистанционно-векторный алгоритм

Как говорилось ранее, все дистанционно-векторные протоколы маршру-

тизации основываются на дистанционно-векторном алгоритме, который был

впервые описан Фордом и Фулкерсоном в работе «Потоки в Сетях». Их рабо-

та опиралась в свою очередь на уравнение Беллмана из его книги «Динамиче-

ское программирование».

Изучение классического дистанционно-векторного алгоритма прово-

диться в курсе дискретной математики. Мы же рассмотрим версию, которая

используется в протоколах динамической маршрутизации.

Задача, которую решает дистанционно-векторный алгоритм, – это зада-

ча нахождения кратчайших путей между вершинами графа. Граф – это мате-

матическая абстракция, в которой вершины соединены между собой ребрами.

Каждое ребро имеет некоторую стоимость его использования. Путь между

двумя вершинами является набором промежуточных ребер и вершин, соеди-

няющих две исходные вершины. Стоимость пути определяется как сумма

стоимостей ребер, составляющих его. Кратчайшим путем между двумя вер-

шинами при этом считается путь с наименьшей стоимостью.

Дистанционно-векторный алгоритм можно определить в виде следую-

щего набора правил:

– В начале работы алгоритма каждая вершина знает лишь пути к смеж-

ным вершинам, т. е. вершинам, с которыми она соединена ребрами.

– В процессе работы алгоритма смежные вершины сообщают друг дру-

гу о вершинах, им доступных. Каждое объявление состоит из вершины-адре-

сата и стоимости кратчайшего пути, известного информирующей вершине.

– Изначально каждая вершина сообщает только о смежных вершинах со

стоимостью кратчайших путей, равной стоимости ребер.

– При получении объявления вершина рассчитывает стоимость пути к

объявленной вершине через объявляющую как сумму стоимости ребра, веду-

щего к объявляющей вершине, и стоимости пути, содержащегося в объявле-

нии. После этого вершина проверяет, знает ли она уже о пути к объявленной

вершине-адресату.

– Если не знает или если стоимость известного пути больше вычислен-

ной стоимости нового пути, вершина запоминает новый путь к вершине-адре-

сату.

– Если новый путь заменяет существующий, последний отбрасывается.

– Если стоимость существующего пути меньше или равна стоимости

нового пути, последний будет отброшен.

– После запоминания нового пути вершина должна объявить смежным

вершинам вершину адресат и стоимость нового пути.

Математически доказано, что описанный алгоритм вычисляет крат-

чайшие пути между всеми парами вершин за конечный промежуток времени

(Рисунок 4.1).

1 B

1 C

1 A

1 D

1 A

1 F

B 1 B

C 1 C

E 1 E H 1 H

C 1 C

1 B

1 C

1 A

1 D

1 A

1 F

B 1 B

A 2 B

A 2 C

E 1 E H 1 H

A 2 C

D 2 B

E 2 B

F 2 C

H 2 C

2C A B 2 A

A B2

E 2 B

B 1 B

D 2 B

C 1 C

H 2 C

C 1 C

F 2 C

1 B

1 C

1 A

1 D

1 A

1 F

B 1 B

A 2 B

A 2 C

E 1 E

H 1 H

A 2 C

D 2 B

E 2 B

F 2 C

H 2 C

2C A B 2 A

A B2

E 2 B

B 1 B

D 2 B

B 3 C

C 1 C

B 3 C

C 1 C

F 3 A

H 3 A

D 3 A

E 3 A

C B3 C B3

H 2 C F 2 C

1 B

1 C

1 A

1 D

1 A

1 F

B 1 B

A 2 B

A 2 C

E 1 E

H 1 H

A 2 C

D 2 B

E 2 B

F 2 C

H 2 C

2C A B 2 A

A B2

E 2 B

B 1 B

D 2 B

B 3 C

C 1 C

B 3 C

C 1 C

F 3 A

H 3 A

D 3 A

E 3 A

C B3 C B3

H 2 C F 2 C

F 4 B

H 4 B

F 4 B

H 4 B

D 4 C

E 4 C C

CD 4

E 4

Шаг 1

Шаг 2

Шаг 3

Шаг 4

B C

D E F H

1 1

Рисунок 4.1 – Функционирование дистанционно-векторного алгоритма

Обратите внимание, что ни по завершении работы алгоритма, ни в про-

цессе ее, ни одна вершина не обладает топологическими сведениями ни об

одном маршруте. Каждый обнаруженный путь представлен лишь вершиной-

адресатом, стоимостью пути и следующей вершиной на пути к вершине-адре-

сату, и представление пути не содержит промежуточных вершин и ребер.

Именно поэтому алгоритм называется дистанционно-векторным; стоимость

пути - это дистанция, а вершина-адресат и следующая вершина представляют

собой вектор.

Когда алгоритм завершает работу, результаты могут быть использованы

для «путешествия» между любыми двумя вершинами графа. Находясь в ис-

ходной вершине, «путешественник» должен найти путь к вершине-адресату и

переместиться в следующую вершину, указанную в пути. Находясь в следую-

щей вершине, путешественник должен опять найти путь к вершине-адресату

и переместиться в следующую вершину, указанную в этом пути. Путеше-

ственник должен продолжать эти действия, пока не достигнет искомой вер-

шины.

Описанный процесс, по существу, является маршрутизацией. Пути,

имеющиеся у каждой вершины, составляют таблицу маршрутизации этой

вершины. Следовательно, задача, которую решает дистанционно-векторный

алгоритм, – это заполнение таблицы маршрутизации путями, или маршрута-

ми, именно эта задача и решается протоколами динамической маршрутиза-

ции.

4.1.1 Дистанционно-векторный алгоритм для протокола IP

В версии дистанционно-векторного алгоритма для протокола IP или

другого маршрутизируемого протокола вершины представляют маршрутиза-

торы, а ребра – соединения между ними.

Предназначение версии дистанционно-векторного алгоритма для прото-

кола IP несколько отличается от предназначения общей версии. Цель версии

для протокола IP находить пути к сетевым префиксам. Следовательно, содер-

жимое объявлений, которыми обмениваются маршрутизаторы, тоже отлича-

ется - вместо вершин объявления содержат сетевые префиксы, к которым

имеют доступ объявляющие маршрутизаторы.

Говорят, что сетевые префиксы, содержащиеся в маршрутных обновле-

ниях, анонсируются маршрутизатором. Объявляемые сетевые префиксы бе-

рутся с собственных интерфейсов маршрутизатора и получаются от других

маршрутизаторов в маршрутных обновлениях.

Процесс получения и принятия сетевых префиксов, передаваемых в

маршрутных обновлениях других маршрутизаторов, называется обучением.

Однако не все сетевые префиксы в маршрутных обновлениях, которые полу-

чает маршрутизатор, принимаются.

Интерфейсы, через которые маршрутизатор получает и отправляет

маршрутные обновления, должны быть отдельно сконфигурированы админи-

стратором для выполнения этой задачи. Маршрутизатор не получает и не от-

правляет маршрутные обновления через другие интерфейсы. Каждый интер-

фейс, сконфигурированный для получения и передачи маршрутных обновле-

ний, получает некоторую стоимость в рамках протокола маршрутизации, ко-

торая используется в двух целях.

Маршрутизатор использует стоимость интерфейса в расчетах своих

метрик для сетевых префиксов, содержащихся в маршрутных обновлениях,

полученных через этот интерфейс

Маршрутизатор использует ее в качестве метрики при объявлении сете-

вого префикса, соответствующего интерфейсу.

Маршрутизатор выполняет следующую трехступенчатую процедуру

для решения, должен ли он принять сетевой префикс, содержащийся в полу-

ченном маршрутном обновлении:

– Маршрутизатор сначала рассчитывает свою метрику для объявленно-

го сетевого префикса, складывая метрику, содержащуюся в маршрутном об-

новлении, со стоимостью интерфейса, через который было получено обновле-

ние. Точная формула для расчета собственной метрики маршрутизатора зави-

сит от протокола маршрутизации, но рассчитанное значение должно быть в

любом случае больше метрики, содержащейся в маршрутном обновлении.

– Если маршрутизатор не имеет маршрута для объявленного сетевого

префикса, он принимает этот префикс и создает для него новый маршрут.

Маршрутизатор использует IP адрес объявляющего маршрутизатора и интер-

фейс, через который было получено маршрутное обновление, в качестве зна-

чений полей следующего маршрутизатора и выходного интерфейса соответ-

ственно. Маршрутизатор также сохраняет вычисленную метрику в части

маршрута, специфичной для протокола маршрутизации.

– Если маршрутизатор имеет маршрут для объявленного сетевого пре-

фикса, и если маршрут был создан тем же дистанционно-векторным протоко-

лом, маршрутизатор сравнивает рассчитанную метрику с метрикой, содержа-

щейся в существующем маршруте. Если рассчитанная метрика меньше суще-

ствующей, маршрутизатор отбрасывает имеющийся маршрут и создает новый

маршрут. Если же новая метрика больше или равна существующей, маршру-

тизатор просто отбрасывает полученное маршрутное обновление, не изменяя

таблицу маршрутизации.

После принятия объявленного сетевого префикса и создания соответ-

ствующей записи в таблице маршрутизации маршрутизатор сам начинает

объявлять об этом сетевом префиксе с рассчитанной метрикой. Он также объ-

являет о сетевых префиксах, присвоенных его интерфейсам, которые были

сконфигурированы для отправки и получения маршрутных обновлений.

В самом начале процесса, до того, как маршрутизатор получит какие-

либо маршрутные обновления, он объявляет только о сетевых префиксах,

присвоенных его интерфейсам, которые были сконфигурированы для отправ-

ки и получения маршрутных обновлений. По мере обнаружения новых сете-

вых префиксов, обновления маршрутизации систематически передаются от

одного маршрутизатора другому.

На рисунке 4.2 показано, как дистанционно-векторные протоколы обра-

батывают изменения топологии.

R1 рассылает

обновленную

таблицу

маршрутизации

Изменение

топологии сети

Обновление

таблицы

маршрутизации

Обновление

таблицы

маршрутизации

Рисунок 4.2 – Обработка изменений топологии сети

Когда маршрутизатор начинает получать маршрутные обновления от

других маршрутизаторов, он заполняет свою таблицу маршрутизации объяв-

ленными сетевыми префиксами, которые затем начинает объявлять сам. В

итоге все маршрутизаторы сегмента маршрутизации узнают обо всех сетевых

префиксах, доступных в сегменте.

Дистанционно-векторные алгоритмы требуют, чтобы каждый маршру-

тизатор рассылал копию своей таблицы маршрутизации соседним маршрути-

заторам (neighbor router).

Маршрутизацию на основе дистанционно-векторного протокола иногда

называют «маршрутизацией по слухам» («routing by rumors»), поскольку

маршрутизаторы не знают ничего о маршрутизаторах на пути к известным им

сетевым префиксам.

Дистанционно векторные протоколы маршрутизации являются самыми

простыми алгоритмами динамической маршрутизации. Использование про-

стых алгоритмов позволяет снизить вычислительную нагрузку на маршрути-

заторы, однако использование таких алгоритмов маршрутизации имеет и свои

слабые стороны. Перед тем как администратор корпоративной сети передачи

данных сделает свой выбор в пользу одного из дистанционно-векторных про-

токолов маршрутизации, ему необходимо понять слабые стороны дистанци-

онно векторной маршрутизации и пути решения возможных проблем.

4.2 Маршрутизация по замкнутому кругу

Явление маршрутизации по замкнутому кругу может возникать в тех

случаях, когда плохая сходимость сети для новой топологии сети может вы-

зывать наличие противоречивых записей о маршрутах (Рисунок 4.3).

Сеть 1 недостижима

Сеть 1



Альтернативный маршрут :

Сеть 1, расстояние = 3

Альтернативный маршрут :

Сеть 1, расстояние = 4

Рисунок 4.3 – Петли маршрутизации

1. Непосредственно перед выходом из строя «Сети 1» все маршрутиза-

торы имеют согласованные и корректные таблицы маршрутизации, т.е. для

данного домена маршрутизации произошла конвергенция. Предположим, что

для маршрутизатора R3 наилучший маршрут к «Сети 1» проходит через

маршрутизатор R2 и что в своей таблице маршрутизации маршрутизатор R3

имеет запись о расстоянии до «Сети 1», равном 3 переходам.

2. Если «Сеть 1» выходит из строя, то маршрутизатор R5 пересылает

маршрутизатору R1 обновление маршрутов, содержащее эту информацию.

После получения обновления маршрутизатор R1 прекращает направлять па-

кеты в «Сеть 1», однако маршрутизаторы R2, R3 и R4 продолжают это делать,

так как они еще не проинформированы о сбое в «Сети 1». После того как

маршрутизатор R1 отправляет свое обновление маршрутной информации,

маршрутизаторы R2 и R4 прекращают направлять пакеты в «Сеть 1». Однако

в этот момент маршрутизатор R3 еще не получил обновление маршрутной

информации. Для него по-прежнему «Сеть 1» считается доступной через

маршрутизатор R2.

3. Предположим, что маршрутизатор R3 не успел получить обновлен-

ную информацию о топологии сети от своих соседей, но по алгоритму работы

дистанционно-векторных протоколов маршрутизации настало время рассыл-

ки маршрутной информации своим соседям. Маршрутизатор R3 посылает

свою таблицу маршрутизации маршрутизатору R4, указывая, что он имеет

маршрут до «Сети 1» через маршрутизатор R2. Маршрутизатор R4 изменяет

свою таблицу маршрутизации, отражая эту хорошую, но не правильную ин-

формацию, и передает эти сведения дальше маршрутизатору R1. Маршрути-

затор R1 распространяет ее маршрутизаторам R2 и R5. Теперь любой пакет,

имеющий назначением «Сеть 1», движется по кольцевому маршруту (петле)

от маршрутизатора R3 к маршрутизатору R2, далее к R1 и R4 и вновь к марш-

рутизатору R3.