Кулябов Д.С., Королькова А.В. Архитектура и принципы построения современных сетей и систем телекоммуникаций

Подождите немного. Документ загружается.

5.4. Маршрутизация 151

5.4.2.3.6. Протокол RIPv2. RIPv2 является расширением протокола RIPv1. Он

не внёс в протокол RIPv1 каких-либо серьёзных изменений в механизме или фор-

мате сообщения, а лишь добавил возможность передачи дополнительной инфор-

мации. Изменения формата заголовка пакета RIPv2 коснулись лишь поля Версия

и ранее неиспользуемых полей, содержащих теперь дополнительную информа-

цию.

Так в новой версии протокола появилась возможность аутентификации пере-

даваемых сообщений, для чего используется первая маршрутная запись в заго-

ловке пакета

Кроме того, стало возможным различать «внутренние» маршруты (получен-

ные через RIP) от «внешних» (полученных от других протоколов маршрутизации,

таких, как EGP, BGP).

Как было сказано ранее, в новой версии протокола RIP стало возможным при

помощи поля Маска подсети различать не только сети, но и подсети.

В целях уменьшения использования полосы пропускания сетей протокол RIPv2

вместо адреса broadcast использует multicast-адрес — 224.0.0.9.

5.4.2.4. Протокол OSPF

Протокол OSPF (Open Shortest Path First) относится к протоколам маршрути-

зации на основе состояния канала (класс Link-State).

5.4.2.4.1. Функционирование маршрутизаторов по алгоритму состояния ка-

налов. Как и все протоколы маршрутизации класса Link-State, протокол OSPF

предназначен для построения внутренних маршрутов автономной системы (Au-

tonomous System).

Поскольку протокол OSPF обеспечивает иерархическую маршрутизацию, ав-

тономная система разбивается на независимые области по функциональному прин-

ципу. Центральная область играет роль магистрали (Backbone) и используется

для обеспечения информационного взаимодействия между остальными (перифе-

рийными) областями.

В зависимости от того, к какой области принадлежит маршрутизатор и какие

информационные потоки через него проходят, различают четыре типа маршру-

тизаторов протокола OSPF:

–– внутренний маршрутизатор (Internal Router, IR);

–– пограничный маршрутизатор области (Area Border Router);

–– пограничный маршрутизатор автономной системы (AS Boundary Router,

ASBR);

–– магистральный маршрутизатор (Backbone Router, BR).

Все маршрутизаторы OSPF принимают участие в формировании маршрутной

информации автономной системы путём передачи специальных сообщений, со-

держащих информацию о текущем состоянии фрагмента сети. Эти сообщения

называются объявлением состояния канала (Link State Advertisement, LSA). Сооб-

щения LSA обязательно формируются при любом изменении состояния контро-

лируемого компонента сети. Для обеспечения большей надёжности сообщения

LSA могут быть сформированы и при отсутствии каких-либо изменений в сети

через достаточно большие интервалы времени, например, один раз за полчаса.

RFC 2453 специфицирует использование только одной схемы аутентификации — использо-

вание простого нешифруемого пароля.

152 Глава 5. Сетевой уровень

Принятые сообщения образуют в каждом маршрутизаторе базу данных со-

стояния сети (Link State Data Base). При получении сообщения об изменениях в

структуре сети маршрутизатор вносит соответствующие изменения в свою копию

базы данных. Таким образом, в каждый момент времени все базы данных марш-

рутизаторов, находящихся внутри одной автономной системы, являются иден-

тичными и адекватно отображают структуру этой системы. Для того чтобы опре-

делить маршрут, по которому должна быть передана дейтаграмма, маршрутиза-

тор на основании своей копии базы данных строит дерево кратчайших путей, в

вершине которого размещает самого себя (используя алгоритм Дейкстры). По-

строение кратчайших путей маршрутизатор выполняет всякий раз, когда проис-

ходит изменение состояния сети.

Существенной особенностью протокола маршрутизации OSPF является спе-

циальная процедура информационного обмена между маршрутизаторами в сетях

с множественным доступом (например, Ethernet). Маршрутизаторы, подключён-

ные к одной и той же сети, называются соседними маршрутизаторами (Neigh-

boring Routers). Маршрутизаторы протокола OSPF устанавливают и обслужи-

вают соседские отношения, используя специальный дополнительный протокол

Hello. С помощью этого протокола определяется состав подключённых к сети

маршрутизаторов, их работоспособность и производится выбор одного из них в

качестве назначенного маршрутизатора (Designated Router, DR). Назначенный

маршрутизатор выбирается для того, чтобы исключить возможность многократ-

ного представления информации об одной сети. Он формирует сообщения, со-

держащие список подключённых к сети маршрутизаторов, и передаёт содержи-

мое текущей базы данных по запросу, полученному от одного из них. Если по

каким-либо причинам назначенный маршрутизатор перестал функционировать,

его функции автоматически переходят к запасному назначенному маршрутиза-

тору (Backup Designated Router, BDR), выбираемому одновременно с основным.

Для передачи маршрутной информации маршрутизаторы протокола OSPF ис-

пользуют различные типы обновлений о состоянии сетевых компонентов (LSA).

Процесс распространения LSA в пределах автономной системы называется за-

топлением (Flooding).

Для хранения маршрутной информации протокола OSPF маршрутизаторы ис-

пользуют специальные топологические базы данных (Link-State Database). База

данных формируется из принятых сообщений LSA и отображает текущее состо-

яние и структуру информационных связей в рассматриваемой области маршру-

тизации. На основании этой базы каждый маршрутизатор строит дерево крат-

чайших путей, соединяющих его самого с остальными компонентами области, и

собственно таблицу маршрутизации.

5.4.2.4.2. Формат сообщений протокола OSPF. Формат заголовка сообщений

протокола OSPF приведён на рис. 5.34.

Поле Версия (Version No.) указывает версию протокола (=2).

Поле Тип (Packet Type) идентифицирует функцию сообщения и может прини-

мать следующие значения:

1 — сообщение является сообщением Hellow (используется для проверки

доступности маршрутизатора);

2 — сообщение является описанием базы данных;

3 — сообщение является запросом состояния канала;

4 — сообщение информирует об изменении состояния канала;

5.4. Маршрутизация 153

0 8 16 24 31

Версия

Тип

Длина сообщения

IP-адрес маршрутизатора-отправителя

Идентификатор области

Контрольная сумма Тип идентификации

Идентификация (октеты 0–3)

Идентификация (октеты 4–7)

Рис. 5.34. Формат заголовка сообщений протокола OSPF

5 — сообщение является подтверждением получения сообщения о статусе

канала.

Поле Длина пакета (Packet Length ) определяет длину блока (включая заго-

ловок) в октетах.

Поле Идентификатор области (Area ID) представляет собой 32-битный код,

идентифицирующий область, которой принадлежит данный пакет.

Поле Контрольная сумма (Checksum) содержит контрольную сумму IP-пакета,

включая поле Тип идентификации. Контрольное суммирование производится по

модулю 1.

Поле Тип идентификации (AU type) имеет значение 0, если отсутствует кон-

троль доступа, и 1 — в противном случае .

Формат сообщения Hellow протокола OSPF приведён на рис. 5.35.

Поле Сетевая маска соответствует маске подсети данного интерфейса.

Поле Время между сообщениями HELLOW содержит значение времени в се-

кундах между сообщениями Hellow.

Поле Приоритет определяет уровень приоритета маршрутизатора.

Поле Время отключения маршрутизатора определяет временно́й интервал

в секундах, по истечении которого не отвечающий маршрутизатор считается вы-

шедшим из строя.

Поля IP-адрес маршрутизатора и IP-адрес резервного маршрутизатора ука-

зывают, куда надо послать сообщение.

Поля IP-адрес соседа i образуют список адресов соседних маршрутизаторов,

откуда за последнее время были получены сообщения Hellow.

Поле Опции (8 бит) информирует о состояние канала и описывает базу дан-

ных. Формат поля Опции протокола OSPF с типом сообщения Hellow приведён

на рис. 5.36.

Бит E характеризует возможность внешней маршрутизации и имеет значение

только в сообщениях типа Hellow, в остальных сообщениях данный бит должен

быть обнулён (т.е. маршрутизатор не будет посылать или принимать маршрутную

информацию от внешних автономных систем).

Бит T определяет сервисные возможности маршрутизатора (Type of Service,

ToS). Если T = 0, то маршрутизатор поддерживает лишь один вид услуг.

Формат сообщения OSPF о маршрутах приведён на рис. 5.37.

154 Глава 5. Сетевой уровень

0 8 16 24 31

Заголовок сообщения OSPF типа 1 (24 октета)

Сетевая маска

Время между HELLOW

Опции

Приоритет

Время отключения маршрутизатора

IP-адрес маршрутизатора

IP-адрес резервного маршрутизатора

IP-адрес соседа 1

IP-адрес соседа 2

......

IP-адрес соседа N

Рис. 5.35. Формат сообщения Hellow протокола OSPF

E T

Рис. 5.36. Формат поля Опции протокола OSPF с типом сообщения Hellow

Поля, начиная с поля Тип канала, повторяются для каждого описания канала.

Содержимое базы может пересылаться по частям. В стартовом сообщении бит

I устанавливается в 1, в сообщении-продолжении бит M устанавливается в 1. Бит

S определяет, послано сообщение сервером (S = 1) или клиентом (S = 0).

Поле Номер сообщения по порядку служит для контроля пропущенных бло-

ков.

Поле Тип канала характеризует объявление о маршруте и может принимать

следующие значения:

1 — описание каналов маршрутизатора (состояние его интерфейсов);

2 — описание сетевых каналов (перечень маршрутизаторов, непосредствен-

но связанных с сетью);

3 или 4 — сводное описание каналов, в которое входят маршруты между

отдельными областями сети (тип 3 приписан маршрутам, ведущим к сетям,

а тип 4 — маршрутам, ведущим от сетей);

5 — описание внешних связей автономной системы.

5.4. Маршрутизация 155

0 8 16 24 31

Заголовок сообщения OSPF типа 2 (24 октета)

Должно быть обнулено

Опции

I M

Номер сообщения по порядку

Тип канала

Идентификатор канала

Маршрутизатор, рекомендующий канал

Порядковый номер канала

Контрольная сумма

Продолжительность связи

......

Рис. 5.37. Формат OSPF-сообщения о маршрутах

Поле Идентификатор канала определяет характер канала (идентификатором

может быть IP-адрес маршрутизатора или сети).

Поле Маршрутизатор, рекомендующий канал определяет адрес этого марш-

рутизатора.

Поле Порядковый номер канала позволяет маршрутизатору контролировать

порядок прихода сообщений и их потерю.

Поле Продолжительность связи определяет время в секундах с момента уста-

новления связи.

Формат OSPF-запроса маршрутной информации приведён на рис. 5.38.

0 8 16 24 31

Заголовок сообщения OSPF типа 3 (24 октета)

Тип канала

Идентификатор канала

Маршрутизатор, объявляющий о канале

......

Рис. 5.38. Формат OSPF-запроса маршрутной информации

Формат сообщения о получении OSPF-пакета приведён на рис. 5.39.

Формат OSPF-сообщения об изменении маршрутов приведён на рис. 5.40.

156 Глава 5. Сетевой уровень

0 8 16 24 31

Заголовок сообщения OSPF типа 5 (24 октета)

Заголовок типа «объявление состояния канала» (20 октетов)

Рис. 5.39. Формат сообщения о получении OSPF-пакета

Сообщения об изменении маршрута могут быть вызваны следующими при-

чинами:

1) продолжительность связи достигла предельного значения;

2) изменилось состояние интерфейса;

3) произошли изменения в маршрутизаторе сети;

4) произошли изменения в одном из соседних маршрутизаторов;

5) изменилось состояние одного из внутренних маршрутов;

6) изменение состояния межзонного маршрута;

7) появление нового маршрутизатора, подключённого к сети;

8) изменение виртуального маршрута одним из маршрутизаторов сети;

9) изменение одного из внешних маршрутов;

10) маршрутизатор перестал быть пограничным для данной автономной систе-

мы.

0 8 16 24 31

Заголовок сообщения OSPF типа 4 (24 октета)

Число сообщений о состоянии каналов

Сообщение о состоянии канала 1

......

Сообщение о состоянии канала N

Рис. 5.40. Формат OSPF-сообщения об изменении маршрутов

5.4.2.4.3. Достоинства протокола OSPF. В отличие от универсальных прото-

колов (например, RIP), протокол OSPF предназначен для построения маршрутов

только в сетях TCP/IP.

Основными достоинствами протокола OSPF являются:

–– отсутствие ограничений на размер сети;

–– поддержка внеклассовых сетей;

–– передача сообщений протокола с использованием multicast-адресов, при-

чём отдельные адреса используются для передачи и приёма информации

о маршрутах в информационной системе;

5.4. Маршрутизация 157

–– высокая скорость установления маршрутов при изменении состояния си-

стемы;

–– встроенная процедура установления подлинности источника маршрутной

информации;

–– возможность использования нескольких параллельных путей к одному пунк-

ту назначения (Load Balancing);

–– композитная метрика;

–– иерархическая маршрутизация.

5.4.2.5. Протокол BGP

Протокол пограничного шлюза (Border Gateway Protocol,BGP) является про-

токолом маршрутизации между автономными системами. Данный протокол ра-

ботает поверх протокола транспортного уровня. Это позволяет не нагружать сер-

висы обработки протокола BGP механизмами фрагментации или обеспечения до-

стоверности доставки пакетов. Схемы аутентификации протоколов транспортно-

го уровня также могут быть использованы BGP в дополнение к собственной си-

стеме аутентификации. Кроме того, хотя BGP разработан как протокол маршру-

тизации между автономными системами, он может использоваться для маршру-

тизации и внутри автономных систем.

Основным предназначением BGP является обеспечение обмена информаци-

ей с другими BGP-системами о досягаемости определённых сетей или хостов.

Эта информация должна содержать набор маршрутов к данной сети, т.е. долж-

ны быть указаны все промежуточные автономные системы. Такой информации

вполне достаточно для того, чтобы построить граф соединений между автоном-

ными системами и проконтролировать возможные маршрутные петли. На осно-

вании этих данных BGP выбирает оптимальный маршрут и передаёт эту инфор-

мацию своим соседям.

5.4.2.5.1. Отличия протокола BGP от других протоколов маршрутизации.

Протокол BGP нельзя отнести ни к классу дистанционно-векторных, ни к клас-

су протоколов маршрутизации на основе состояния канала. Ниже приведены ха-

рактерные отличия протокола BGP от других протоколов маршрутизации.

–– Коммуникация между автономными системами.

Поскольку протокол BGP относится к протоколам внешнего шлюза, его ос-

новное назначение — обеспечить обмен информацией между двумя авто-

номными системами.

–– Координирование работы нескольких спикеров BGP.

Если в состав автономной системы входит несколько маршрутизаторов, каж-

дый из которых обменивается информацией с равным ему по рангу марш-

рутизатором внешней автономной системы (их называют спикерами BGP),

протокол BGP может использоваться для координации работы всего набора

маршрутизаторов. Это гарантирует, что маршрутизаторы распространяют

непротиворечивую информацию.

–– Распространение информации о достижимости.

Протокол BGP позволяет автономной системе сообщить информацию о рас-

положенных в ней получателях, а также о тех получателях, доступ к кото-

рым осуществляется через данную автономную систему. Кроме того, с по-

мощью протокола BGP подобную информацию можно получить от других

автономных систем.

158 Глава 5. Сетевой уровень

–– Принцип ближайшего перехода.

Подобно дистанционно-векторным протоколам маршрутизации, протокол

BGP предоставляет информацию об адресе ближайшей точки перехода для

каждого получателя.

–– Поддержка различной политики маршрутизации.

В отличие от многих дистанционно-векторных протоколов, которые сооб-

щают только ту маршрутную информацию, которая находится в локальной

таблице маршрутизации, протокол BGP обеспечивает политику маршрути-

зации в зависимости от выбора администратора. В частности, маршрутиза-

тор, работающий под управлением протокола BGP, можно настроить так,

чтобы он различал получателей, доступ к которым осуществляется через

компьютеры его автономной системы, и получателей, анонсированных дру-

гими автономными системами.

–– Надёжный транспортный протокол.

Протокол BGP отличается от других протоколов, передающих информа-

цию о маршрутизации, тем, что он предполагает использование надёжного

транспортного протокола. Таким образом, для обмена информацией в про-

токоле BGP используется исключительно транспортный протокол TCP.

–– Информация о маршруте.

Кроме указания списка возможных получателей и адреса ближайшей точ-

ки перехода для каждого из них в сообщении протокола BGP анонсируется

также маршрутная информация, которая позволяет узнать, через какие ав-

тономные системы проложен маршрут к конкретному получателю.

–– Передача обновлений.

Чтобы не создавать дополнительную нагрузку на сеть, в каждом сообщении

протокола BGP об обновлении не передаётся полная маршрутная информа-

ция. Вместо этого обмен полной информацией происходит только один раз,

а в следующих сообщениях передаются только изменения.

–– Поддержка бесклассовой адресации.

Протокол BGP поддерживает CIDR-адреса. Это означает, что программа

протокола BGP не полагается на методы идентификации IP-адресов, а вме-

сте с каждым адресом отсылает и его маску.

–– Объединение маршрутов.

Чтобы не создавать дополнительной нагрузки на сеть, протокол BGP поз-

воляет отправителю накапливать информацию о маршрутах и отсылать в

одном пакете данные сразу о нескольких, связанных между собой получа-

телях.

–– Аутентификация.

Протокол BGP позволяет получателю удостоверить подлинность сообще-

ний (т.е. подтвердить «личность» отправителя).

5.4.2.5.2. Функции протокола BGP и виды сообщений. В процессе взаимо-

действия по протоколу BGP выполняется три основных действия:

1) получение согласия сторон на взаимодействие по протоколу BGP и аутенти-

фикацию (при этом два равноправных маршрутизатора устанавливают со-

единение по протоколу TCP и обмениваются сообщениями, которые под-

тверждают, что обе стороны согласны вступить в процесс обмена информа-

цией);

2) каждая сторона отсылает информацию о доступности или недоступности

получателей (это означает, что отправитель может сообщить о возможности

5.4. Маршрутизация 159

доступа к одной или нескольким сетям получателя (при этом указывается

адрес ближайшей точки перехода для каждой сети) или, напротив, может

заявить, что одна или несколько сетей, о которых сообщалось ранее, более

недоступны);

3) осуществление постоянного контроля над правильностью функционирова-

ния взаимодействующих пар маршрутизаторов и сетевых соединений.

В протоколе BGP определено четыре основных типа сообщений: OPEN (ини-

циализирует процесс), UPDATE (аннулирует маршрутную информацию), NOTI-

FICATION (отвечает на неверное сообщение, KEEPALIVE (выполняет активную

проверку возможности соединения между BGP-парами).

В начале каждого сообщения протокола BGP расположен заголовок фиксиро-

ванного формата, с помощью которого определяется тип сообщения (рис. 5.41).

0 8 16 24 31

Маркер (16 октетов)

Длина

Тип

Рис. 5.41. Формат сообщения BGP

В поле Маркер (Marker) (16 октетов) заносится значение, которое обе стороны

«договорились» использовать в качестве метки начала сообщения.

В поле Длина (Length) (2 октета) указывается общая длина сообщения в ок-

тетах. Минимальный размер сообщения составляет 19 октетов (для типа сооб-

щения, в котором после заголовка нет данных). Максимально допустимая длина

сообщения составляет 4096 октетов.

Наличие поля маркера является нехарактерным для сетевых протоколов. В

исходном сообщении маркер состоит из всех единиц. Если взаимодействующие

между собой маршрутизаторы «договорятся» об использовании механизма аутен-

тификации, в поле маркера может содержаться информация об аутентификации.

В любом случае обе стороны должны согласовать, какое значение будет внесено

в это поле, чтобы его можно было в дальнейшем использовать для выполнения

синхронизации.

Обмен всеми типами сообщений в протоколе BGP происходит через прото-

кол TCP, в котором невозможно определить, где заканчивается одно сообщение

и начинается другое. В такой среде ошибка, произошедшая на стороне одного из

участников соединения, может привести к потере пакета, а получатель никогда

не узнает об ошибке. Таким образом, чтобы обеспечить синхронные действия от-

правителя и получателя, BGP помещает в начало каждого сообщения некоторую

известную обеим сторонам последовательность октетов, и перед дальнейшей об-

работкой сообщения требует от получателя подтвердить, что данное значение не

повреждено.

BGP-сообщения OPEN (рис. 5.42) является запросом BGP-соединения и пе-

редаётся для организации сеанса связи между равноправными BGP-маршрутиза-

торами. Принявший это сообщение маршрутизатор подтверждает установление

160 Глава 5. Сетевой уровень

соединения, передавая сообщение KEEPALIVE (сообщение KEEPALIVE содер-

жит только заголовок и обеспечивает сброс таймера удержания соединения).

0 8 16 24 31

Версия

Моя автономная система

Время сохранения

BGP-идентификатор

Код идентификации

Идентификационные данные

Рис. 5.42. Формат BGP-сообщения OPEN

Поле Версия (длина 8 бит) указывает на версию протокола BGP.

Поле Моя автономная система (длина 16 бит) содержит идентификатор ав-

тономной системы отправившего сообщение маршрутизатора.

Поле Время сохранения (Hold Time) (длина 16 бит) указывает на максимальное

время (в секундах) между приходами сообщений KEEPALIVE, используемых для

монитронига активности соединения.

Поле BGP-идентификатор (длина 32 бита) содержит идентификатор марш-

рутизатора (один из адресов интерфейсов).

Поле Код идентификации (длина 8 бит) содержит длину поля Идентифика-

ционные данные, содержащее различные опции.

Сообщение UPDATE рассылается маршрутизатором BGP с целью внесения

изменений в таблицы маршрутизации. Формат BGP-сообщения UPDATE приве-

дён на рис. 5.43. Сообщение UPDATE состоит из трех частей переменной дли-

0 15

Длина списка отменённых маршрутов

Отменённые маршруты

Полная длина списка атрибутов пути

Атрибуты пути

Информация о доступности сетевого уровня

Рис. 5.43. Формат BGP-сообщения Update

ны: списка отменённых (недействительных) маршрутов, списка атрибутов пути

и списка сетей, к которым эти атрибуты относятся. Две последние части пред-

ставляют собой собственно информацию о маршруте в указанные сети.