Велихов А.В. , Строчников К.С., Кошкин. Б.Л. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей
Подождите немного. Документ загружается.
суммы (checksum). Это поле содержит какуюнибудь контрольную сумму
для заголовка IGRP и любую информацию корректировки, содержащую
ся в данном пакете. Вычисление контрольной суммы позволяет принима
ющему роутеру проверять достоверность входящего пакета.
Сообщения о корректировке содержат последовательность из семи
полей данных для каждой записи данных маршрутной таблицы. Первое из
этих полей содержит три значащих байта адреса (address) (в случае адреса
IP). Следующие пять полей содержат значения показателей. Первое из
них обозначает задержку (delay), выраженную в десятках микросекунд.
Диапазон перекрывает значения от 10 мксек. до 167 сек. За полем задерж
ки следует поле ширины полосы (bandwidth). Ширина полосы выражена
в единицах 1 Кбит/сек и перекрывает диапазон от линии с шириной по
лосы 1200 бит/сек до 10 Гбит/сек. Затем идет поле MTU, которое обеспе
чивает размер MTU в байтах. За полем MTU идет поле надежности (reli
ability), указывающее процент успешно переданных и принятых пакетов.
Далее идет поле нагрузки (load), которое обозначает занятую часть кана
ла в процентном отношении. Последним полем в каждой записи данных
маршрутизации является поле числа пересылок (hop count). И хотя ис
пользование числа пересылок не явно выражено при определении пока
зателя, тем не менее это поле содержится в пакете IGRP и инкрементиру
ется после обработки пакета, обеспечивая использование подсчета
пересылок для предотвращения петель.
Характеристики стабильности
IGRP обладает рядом характеристик, предназначенных для повы
шения своей стабильности. В их число входят временное удерживание из
менений, расщепленные горизонты и корректировки отмены.
Временные удерживания изменений
Временное удерживание изменений используется для того, чтобы
помешать регулярным сообщениям о корректировке незаконно восстано
вить в правах маршрут, который возможно был испорчен. Когда какой
нибудь роутер выходит из строя, соседние роутеры обнаруживают это че
рез отсутствие регулярного поступления запланированных сообщений.
Далее эти роутеры вычисляют новые маршруты и отправляют сообщения
о корректировке маршрутизации, чтобы информировать своих соседей о
данном изменении маршрута. Результатом этой деятельности является за
пуск целой волны корректировок, которые фильтруются через сеть.
Приведенные в действие корректировки поступают в каждое сете
вое устройство не одновременно. Поэтому возможно, что какоенибудь
устройство, которое еще не было оповещено о неисправности в сети, мо
жет отправить регулярное сообщение о корректировке (указывающее, что
какойнибудь маршрут, который только что отказал, все еще считается
исправным) в другое устройство, которое только что получило уведомле
Лекция 2: Объединенные сети
188
ние о данной неисправности в сети. В этом случае последнее устройство
будет теперь содержать (и возможно, рекламировать) неправильную ин
формацию о маршрутизации.
Команды о временном удерживании изменений предписывают ро
утерам удерживать в течение некоторого периода времени любые измене
ния, которые могут повлиять на маршруты. Период удерживания измене
ний обычно рассчитывается так, чтобы он был больше периода времени,
необходимого для корректировки всей сети в соответствии с какимлибо
изменением маршрутизации.
Расщепленные горизонты
Понятие о расщепленных горизонтах проистекает из того факта,
что никогда не бывает полезным отправлять информацию о какомни
будь маршруте обратно в том направлении, из которого она пришла.
Правило о расщепленных горизонтах помогает предотвращать за
цикливание маршрутов.
Корректировки отмены маршрута
В то время как расщепленные горизонты должны препятствовать
зацикливанию маршрутов между соседними роутерами, корректировки
отмены маршрута предназначены для борьбы с более крупными маршрут
ными петлями. Увеличение значений показателей маршрутизации обыч
но указывает на появление маршрутных петель. В этом случае посылают
ся корректировки отмены, чтобы удалить этот маршрут и перевести его в
состояние удерживания. В реализации IGRP компании Cisco корректи
ровки отмены отправляются в том случае, если показатель маршрута уве
личивается на коэффициент 1.1 или более.
Таймеры
IGRP обеспечивает ряд таймеров и переменных, содержащих вре
менные интервалы. Сюда входят таймер корректировки, таймер недейст
вующих маршрутов, период времени удерживания изменений и таймер
отключения. Таймер корректировки определяет, как часто должны от
правляться сообщения о корректировке маршрутов. Для IGRP значение
этой переменной, устанавливаемое по умолчанию, равно 90 сек. Таймер
недействующих маршрутов определяет, сколько времени должен ожидать
роутер при отсутствии сообщений о корректировке какогонибудь кон
кретного маршрута, прежде чем объявить этот маршрут недействующим.
Время по умолчанию IGRP для этой переменной в три раза превышает
период корректировки. Переменная величина времени удерживания оп
ределяет промежуток времени удерживания. Время по умолчанию IGRP
для этой переменной в три раза больше периода таймера корректировки,
плюс 10 сек. И наконец, таймер отключения указывает, сколько времени
должно пройти прежде, чем какойнибудь роутер должен быть исключен
Лекция 2: Объединенные сети
189
из маршрутной таблицы. Время по умолчанию IGRP для этой величины
в семь раз превышает период корректировки маршрутизации.
OSPF
Открытый протокол, базирующийся на алгоритме поиска наикрат
чайшего пути (Open Shortest Path Fisrt — OSPF) является протоколом мар
шрутизации, разработанным для сетей IP рабочей группой Internet
Engineering Task Force (IETF), занимающейся разработкой протоколов
для внутрисистемных роутеров (interior gateway protocol — IGP). Рабочая
группа была образована в 1988 г. для разработки протокола IGP, базиру
ющегося на алгоритме «поиска наикратчайшего пути» (shortest path first —
SPF), с целью его использования в Internet, крупной международной се
ти, объединяющей научноисследовательские институты, правительст
венные учреждения, университеты и частные предприятия. Как и прото
кол IGRP, OSPF был разработан по той причине, что к середине 1980 гг.
непригодность RIP для обслуживания крупных гетерогенных объединен
ных систем стала все более очевидна.
ОSPF явился результатом научных исследований по нескольким
направлениям, включающим:
n Алгоритм SPF компании Bolt, Beranek и Newman (BBN),
разработанный для Arpanet (программы с коммутацией
пакетов, разработанной BBN в начале 1970 гг., которая
явилась поворотным пунктом в истории разработки сетей) в
1978 г.
n Исследования Компании Radia Perlman по
отказоустойчивости широкой рассылки маршрутной
информации (1988).
n Исследования BBN по маршрутизации в отдельной области
(1986).
n Одна из первых версий протокола маршрутизации ISIS OSI
Как видно из его названия, OSPF имеет две основных характерис
тики. Первая из нихэто то, что протокол является открытым, т.е. его спе
цификация является общественным достоянием. Спецификация OSPF
опубликована в форме Запроса для Комментария (RFC) 1247. Второй его
главной характеристикой является то, что он базируется на алгоритме
SPF. Алгоритм SPF иногда называют алгоритмом Dijkstra по имени авто
ра, который его разработал.
Основы технологии
Лекция 2: Объединенные сети
190
OSPF является протоколом маршрутизации с объявлением состоя
ния о канале (linkstate). Это значит, что он требует отправки объявлений
о состоянии канала (linkstate advertisement — LSA) во все роутеры, кото
рые находятся в пределах одной и той же иерархической области. В объ
явления LSA протокола OSPF включается информация о подключенных
интерфейсах, об использованных показателях и о других переменных. По
мере накопления роутерами OSPF информации о состоянии канала, они
используют алгоритм SPF для расчета наикратчайшего пути к каждому уз
лу.
Являясь алгоритмом с объявлением состояния канала, OSPF отли
чается от RIP и IGRP, которые являются протоколами маршрутизации с
вектором расстояния. Роутеры, использующие алгоритм вектора рассто
яния, отправляют всю или часть своей таблицы маршрутизации в сообще
ния о корректировке маршрутизации, но только своим соседям.
Иерархия маршрутизации
В отличие от RIP, OSPF может работать в пределах некоторой ие
рархической системы. Самым крупным объектом в этой иерархии являет
ся автономная система (Autonomous System — AS) AS является набором
сетей, которые находятся под единым управлением и совместно исполь
зуют общую стратегию маршрутизации. OSPF является протоколом мар
шрутизации внутри AS, хотя он и способен принимать маршруты из дру
гих AS и отправлять маршруты в другие AS.
Любая AS может быть разделена на ряд областей (area). Область —
это группа смежных сетей и подключенных к ним хостов. Роутеры, име
ющие несколько интерфейсов, могут участвовать в нескольких областях.
Такие роутеры, которые называются роутерами границы областей (area
border routers), поддерживают отдельные топологические базы данных для
каждой области.
Топологическая база (topological database) данных фактически пред
ставляет собой общую картину сети по отношению к роутерам. Тополо
гическая база данных содержит набор LSA, полученных от всех роутеров,
находящихся в одной области. Так как роутеры одной области коллек
тивно пользуются одной и той же информацией, они имеют идентичные
топологические базы данных.
Термин «домен» (domain) используется для описания части сети, в
которой все роутеры имеют идентичную топологическую базу данных.
Термин «домен» часто используется вместо AS.
Топология области является невидимой для объектов, находящихся
вне этой области. Путем хранения топологий областей отдельно, OSPF
добивается меньшего трафика маршрутизации, чем трафик для случая,
когда AS не разделена на области.
Лекция 2: Объединенные сети
191
Разделение на области приводит к образованию двух различных ти
пов маршрутизации OSPF, которые зависят от того, находятся ли источ
ник и пункт назначения в одной и той же или разных областях. Маршру
тизация внутри области имеет место в том случае, когда источник и пункт
назначения находятся в одной области; маршрутизация между областями
— когда они находятся в разных областях.
Стержневая часть OSPF (backbone) отвечает за распределение мар
шрутной информации между областями. Она включает в себя все роуте
ры границы области, сети, которые не принадлежат полностью какойли
бо из областей, и подключенные к ним роутеры.
Сам стержень представляет собой одну из областей OSPF, поэтому
все стержневые роутеры используют те же процедуры и алгоритмы под
держания маршрутной информации в пределах стержневой области, ко
торые используются любым другим роутером. Топология стержневой ча
сти невидима для всех внутренних роутеров точно также, как топологии
отдельных областей невидимы для стержневой части.
Область может быть определена таким образом, что стержневая
часть не будет смежной с ней. В этом случае связность стержневой части
должна быть восстановлена через виртуальные соединения. Виртуальные
соединения формируются между любыми роутерами стержневой области,
которые совместно используют какуюлибо связь с любой из нестержне
вых областей; они функционируют так, как если бы они были непосред
ственными связями.
Граничные роутеры AS, использующие OSPF, узнают о внешних
роутерах через протоколы внешних роутеров (EGPs), таких, как Exterior
Gateway Protocol (EGP) или Border Gateway Protocol (BGP), или через ин
формацию о конфигурации.
Алгоритм SPF
Алгоритм маршрутизации SPF является основой для операций
OSPF. Когда на какойнибудь роутер SPF подается питание, он инициа
лизирует свои структуры данных о протоколе маршрутизации, а затем
ожидает индикации от протоколов низшего уровня о том, что его интер
фейсы работоспособны.
После получения подтверждения о работоспособности своих ин
терфейсов роутер использует приветственный протокол (hello protocol)
OSPF, чтобы приобрести соседей (neighbor). Соседи — это роутеры с ин
терфейсами с общей сетью. Описываемый роутер отправляет своим сосе
дям приветственные пакеты и получает от них такие же пакеты. Помимо
оказания помощи в приобретении соседей, приветственные пакеты так
же действуют как подтверждение дееспособности, позволяя другим роу
терам узнавать о том, что другие роутеры все еще функционируют.
Лекция 2: Объединенные сети
192
В сетях с множественным доступом (multiaccess networks) (сетях,
поддерживающих более одного роутера), протокол Hello выбирает назна
ченный роутер (designated router) и дублирующий назначенный роутер.
Назначенный роутер, помимо других функций, отвечает за генерацию
LSA для всей сети с множественным доступом. Назначенные роутеры
позволяют уменьшить сетевой трафик и объем топологической базы дан
ных.
Если базы данных о состоянии канала двух роутеров являются син
хронными, то говорят, что эти роутеры смежные (adjacent). В сетях с мно
жественным доступом назначенные роутеры определяют, какие роутеры
должны стать смежными. Топологические базы данных синхронизируют
ся между парами смежных роутеров. Смежности управляют распределе
нием пакетов протокола маршрутизации. Эти пакеты отправляются и
принимаются только на смежности.
Каждый роутер периодически отправляет какоенибудь LSA. LSA
также отправляются в том случае, когда изменяется состояние какогони
будь роутера. LSA включает в себя информацию о смежностях роутера.
При сравнении установленных смежностей с состоянием канала быстро
обнаруживаются отказавшие роутеры, и топология сети изменяется соот
ветствующим образом. Из топологической базы данных, генерируемых
LSA, каждый роутер рассчитывает дерево наикратчайшего пути, корнем
которого является он сам. В свою очередь дерево наикратчайшего пути
выдает маршрутную таблицу.
Формат пакета
Все пакеты OSPF начинаются с 24байтового заголовка.
Первое поле в заголовке OSPF — это номер версии OSPF (version
number). Номер версии обозначает конкретную используемую реализа
цию OSPF.
За номером версии идет поле типа (type). Существует 5 типов паке
та OSPF:
Hello
Отправляется через регулярные интервалы времени для установле
ния и поддержания соседских взаимоотношений.
Database Description
Описание базы данных. Описывает содержимое базы данных; об
мен этими пакетами производится при инициализации смежности.
LinkDState Request
Запрос о состоянии канала. Запрашивает части топологической ба
зы данных соседа. Обмен этими пакетами производится после того, как
Лекция 2: Объединенные сети
193
какойнибудь роутер обнаруживает, (путем проверки пакетов описания
базы данных), что часть его топологической базы данных устарела.
LinkDState Update
Корректировка состояния канала. Отвечает на пакеты запроса о со
стоянии канала. Эти пакеты также используются для регулярного распре
деления LSA. В одном пакете могут быть включены несколько LSA.
LinkDState Acknowledgement
Подтверждение состояния канала. Подтверждает пакеты корректи
ровки состояния канала. Пакеты корректировки состояния канала долж
ны быть четко подтверждены, что является гарантией надежности про
цесса лавинной адресации пакетов корректировки состояния канала
через какуюнибудь область.
Каждое LSA в пакете корректировки состояния канала содержит
тип поля. Существуют 4 типа LSA:
Router links advertisements (RLA)
Объявления о каналах роутера. Описывают собранные данные о со
стоянии каналов роутера, связывающих его с конкретной областью. Лю
бой роутер отправляет RLA для каждой области, к которой он принадле
жит. RLA направляются лавинной адресацией через всю область, но они
не отправляются за ее пределы.
Network links advertisements (NLA)
Объявления о сетевых каналах. Отправляются назначенными роу
терами. Они описывают все роутеры, которые подключены к сети с мно
жественным доступом, и отправляются лавинной адресацией через об
ласть, содержащую данную сеть с множественным доступом.
Summary links advertisements (SLA)
Суммарные объявления о каналах. Суммирует маршруты к пунктам
назначения, находящимся вне какойлибо области, но в пределах данной
AS. Они генерируются роутерами границы области, и отправляются ла
винной адресацией через данную область. В стержневую область посыла
ются объявления только о внутриобластных роутерах. В других областях
рекламируются как внутриобластные, так и межобластные маршруты.
AS external links advertisements
Объявления о внешних каналах AS. Описывают какойлибо марш
рут к одному из пунктов назначения, который является внешним для дан
ного AS. Объявления о внешних каналах AS вырабатываются граничны
ми роутерами AS. Этот тип объявлений является единственным типом
объявлений, которые продвигаются во всех направлениях данной AS; все
другие объявления продвигаются только в пределах конкретных областей.
Лекция 2: Объединенные сети
194
За полем типа заголовка пакета OSPF идет поле длины пакета (pack
et length). Это поле обеспечивает длину пакета вместе с заголовком OSPF
в байтах.
Поле идентификатора роутера (router ID) идентифицирует источ
ник пакета.
Поле идентификатора области (area ID) идентифицирует область, к
которой принадлежит данный пакет. Все пакеты OSPF связаны с одной
отдельной областью.
Стандартное поле контрольной суммы IP (checksum) проверяет со
держимое всего пакета для выявления потенциальных повреждений,
имевших место при транзите.
За полем контрольной суммы идет поле типа удостоверения
(authentication type). Примером типа удостоверения является «простой
пароль». Все обмены протокола OSPF проводятся с установлением досто
верности. Тип удостоверения устанавливается по принципу «отдельный
для каждой области».
За полем типа удостоверения идет поле удостоверения (authentica
tion). Это поле длиной 64 бита и содержит информацию удостоверения.
Дополнительные характеристики OSPF
В числе дополнительных характеристик OSRF — равные затраты,
многотрактовая маршрутизация (multipath routing) и маршрутизация, ба
зирующаяся на запросах типа услуг высшего уровня (type of service —
TOS). Базирующаяся на TOS маршрутизация поддерживает те протоколы
высшего уровня, которые могут назначать конкретные типы услуг. На
пример, какаянибудь прикладная программа может включить требова
ние о том, что определенная информация является срочной. Если OSPF
имеет в своем распоряжении каналы с высоким приоритетом, то они мо
гут быть использованы для транспортировки срочных дейтаграмм.
OSPF обеспечивает один или более показателей. Если используется
только один показатель, то он считается произвольным, и TOS не обеспе
чивается. Если используется более одного показателя, то TOS обеспечи
вается факультативно путем использования отдельного показателя (и сле
довательно, отдельной маршрутной таблицы) для каждой из 8
комбинаций, образованной тремя битами IP TOS: битом задержки (delay),
производительности (throughput) и надежности (reliability). Например, ес
ли биты IP TOS задают небольшую задержку, низкую производительность
и высокую надежность, то OSPF вычисляет маршруты во все пункты на
значения, базируясь на этом обозначении TOS.
Маски подсети IP включаются в каждый объявленный пункт назна
чения, что позволяет использовать маски подсети переменной длины
Лекция 2: Объединенные сети
195
(variablelength subnet masks). С помощью масок подсети переменной дли
ны сеть IP может быть разбита на несколько подсетей разной величины.
Это обеспечивает администраторам сетей дополнительную гибкость при
выборе конфигурации сети.
EGP
Протокол внешних роутеров (Exterior Gateway ProtocolEGP) явля
ется протоколом междоменной досягаемости, который применяется в
Internet — международной сети, объединяющей университеты, прави
тельственные учреждения, научноисследовательские организации и ча
стные коммерческие концерны. EGP документально оформлен в Запро
сах для Комментария (RFC) 904, опубликованных в апреле 1984 г.
Являясь первым протоколом внешних роутеров, который получил
широкое признание в Internet, EGP сыграл важную роль. К сожалению,
недостатки EGP стали более очевидными после того, как Internet стала
более крупной и совершенной сетью. Изза этих недостатков EGP в на
стоящее время не отвечает всем требованиям Internet и заменяется други
ми протоколами внешних роутеров, такими, как Протокол граничных ро
утеров (Border Gateway Protocol — BGP) и Протокол междоменной
маршрутизации (InterDomain Routing Protocol — IDRP).
Основы технологии
EGP первоначально предназначался для передачи информации о
досягаемости в стержневые роутеры ARPANET и получения ее от них.
Информация передавалась из отдельных узлов источника, находящихся в
различных административных доменах, называемых автономными систе
мами (AS), вверх в стержневые роутеры, которые передавали эту инфор
мацию через стержневую область до тех пор, пока ее можно было передать
вниз к сети пункта назначения, находящейся в пределах другой AS.
Несмотря на то, что EGP является динамическим протоколом мар
шрутизации, он использует очень простую схему. Он не использует пока
затели, и следовательно, не может принимать по настоящему интеллекту
альных решений о маршрутизации. Корректировки маршрутизации EGP
содержат информацию о досягаемости сетей. Другими словами, они ука
зывают, что в определенные сети попадают через определенные роутеры.
EGP имеет три основных функции. Вопервых, роутеры, работаю
щие с EGP, организуют для себя определенный набор соседей. Соседи —
это просто другие роутеры, с которыми какойнибудь роутер хочет кол
лективно пользоваться информацией о досягаемости сетей; какиелибо
указания о географическом соседстве не включаются. Вовторых, роуте
ры EGP опрашивают своих соседей для того, чтобы убедиться в их рабо
тоспособности. Втретьих, роутеры EGP отправляют сообщения о кор
Лекция 2: Объединенные сети
196
ректировках, содержащих информацию о досягаемости сетей в пределах
своих AS.
Формат пакета
Первым полем в заголовке пакета EGP является поле номера вер
сии EGP (EGP version number). Это поле обозначает текущую версию
EGP и проверяется приемными устройствами для определения соответ
ствия между номерами версий отправителя и получателя.
Следующим полем является поле типа (type), которое обозначает
тип сообщения.
За полем типа следует поле кода (code). Это поле определяет разли
чие между подтипами сообщений.
Следующее поле — поле состояния (status), которое содержит ин
формацию о состоянии, зависящую от сообщения. В число кодов состоя
ния входят коды недостатка ресурсов (insufficient resources), неисправных
параметров (parameter problem), нарушений протокола (protocol violation),
и другие.
За полем состояния идет поле контрольной суммы (checksum). Кон
трольная сумма используется для обнаружения возможных проблем, ко
торые могли появиться в пакете в результате транспортировки.
За полем контрольной суммы идет поле номера автономной систе
мы (autonomous system number). Оно обозначает AS, к которой принадле
жит роутеротправитель.
Последним полем заголовка пакета EGP является поле номера по
следовательности (sequence number). Это поле позволяет двум роутерам
EGP, которые обмениваются сообщениями, согласовывать запросы с от
ветами. Когда определен какойнибудь новый сосед, номер последова
тельности устанавливается в исходное нулевое значение и инкрементиру
ется на единицу с каждой новой транзакцией запросответ.
За заголовком EGP идут дополнительные поля. Содержимое этих
полей различается в зависимости от типа сообщения (определяемого по
лем типа).
Типы сообщений
За заголовком EGP идут дополнительные поля. Содержимое этих
полей различается в зависимости от типа сообщения (определяемого по
лем типа).
Приобретение соседа
Сообщение «приобретение соседа» включает в себя интервал при
Лекция 2: Объединенные сети
197