Проектирование сети провайдера IP-услуг

Каждый RIP-маршрутизатор по умолчанию вещает в сеть свою полную таблицу маршрутизации раз в 30 секунд, довольно сильно нагружая низкоскоростные  линии связи. Ограничение на 15 хопов  не дает применять его в больших  сетях. Преимущество этого протокола - простота конфигурирования.

На рисунке 10 показано как поступает протокол RIP при выборе маршрута: вместо трех более скоростных участков магистрали он выбирает хоть и намного хуже по скорости, но лучше по количеству переходов маршрут.

Рисунок 10 – Выбор маршрута протоколом RIP.

 

Протокол RIP с течением времени  перетерпел значительную эволюцию: от классового (classful) протокола маршрутизации (RIPv.1) к бесклассовому протоколу RIP второй версии (RIPv.2).Усовершенствования протокола RIPv.2 включают в себя:

- способность переносить  дополнительную информацию о  маршрутизации пакетов;

- механизм аутентификации  для обеспечения безопасного  обновления таблиц маршрутизации;

- способность поддерживать  маски подсетей;

Протокол RIP предотвращает  появление петель в маршрутизации, по которым пакеты могли бы циркулировать  неопределенно долго, устанавливая максимально допустимое количество переходов на маршруте от отправителя  к получателю. Формат заголовка пакета RIPv.2 представлен на рисунке 11.

Команда - занимает один байт, имеет значение 1 при запросе всей таблицы маршрутизации или ее части, 2 - при рассылке всей таблицы  или ее части, которая бывает:

• по запросу одного маршрутизатора из группы запросивших;
• через 30-секундный интервал;
• при изменении метрики.

 

Команда	Версия	должны быть установлены  в 0
Идентификатор адресной схемы		Метка маршрута
IP-адрес
Маска подсети
Следующий хоп
Метрика

Рисунок 11 – Формат заголовка пакета RIPv.2

 

Версия – характеризует  версию протокола.

Идентификатор адресной схемы - занимает 2 байта, имеет значение 2, если используется формат представления  адреса для Internet. 0*FFFFиспользуется при аутентификации. При этом в поле Route Tag ставится значение 2, а в поле остальных параметров устанавливается 16-байтный порог.

Метка марщрута - используется для разделения внутренних и внешних  сетей. Для внутренних сетей имеет  значение 0.

Следующий хоп - используется, когда в сети есть шлюзы с другими  протоколами маршрутизации, и они  не могут сообщить свои данные о  маршрутах по протоколу RIP. В этом случае нужно иметь промежуточный шлюз, который работает по RIP и по др. протоколу. В поле Next Hop при этом устанавливается адрес шлюза, через который можно попасть в указанную сеть.

OSPF - это открытый протокол маршрутизации,  базирующийся на алгоритме поиска  наикратчайшего пути (Open Shortest Path First - OSPF). OSPF имеет две основные характеристики: протокол является открытым, т.  е. его спецификация является  общественным достоянием, он базируется  на алгоритме SPF. Алгоритм SPF иногда  называют алгоритмом Дейкстры по имени его автора. OSPF является иерархическим протоколом маршрутизации с объявлением состояния о канале соединения (link-state). Он был спроектирован как протокол работы внутри сетевой области -AS (Autonomous System), которая представляет собой группу маршрутизаторов и сетей, объединенных по иерархическому принципу и находящихся под единым управлением и совместно использующих общую стратегию маршрутизации. В качестве транспортного протокола для маршрутизации внутри AS OSPF использует IP-протокол. Обмен информацией о маршрутах внутри AS протокол OSPF осуществляет посредством обмена сообщениями о состояниях канала соединений между маршрутизаторами и сетями области (link-state advertisement — LSA). Эти сообщения передаются между объектами сети, находящимися в пределах одной и той же иерархической области — это может быть как вся AS, так и некоторая группа сетей внутри данной AS. В LSA-сообщения протокола OSPF включается информация о подключенных интерфейсах, о параметрах маршрутов и других переменных. По мере накопления роутерами OSPF информации о состоянии маршрутов области, они рассчитывают наикратчайший путь к каждому узлу, используя алгоритм SPF. Причем расчет оптимального маршрута осуществляется динамически в соответствии с изменениями топологии сети.

Для различных типов IP-сервиса (видов  услуг высшего уровня, которые  определяются значением поля TOS IP-пакета), OSPF может рассчитывать свои оптимальные  маршруты на основании параметров, наиболее критичных для данного  вида сервиса. Например, какая-нибудь прикладная программа может включить требование о том, что определенная информация является срочной. Если OSPF имеет в  своем распоряжении каналы с высоким  приоритетом, то они могут быть использованы для транспортировки срочных  дейтаграмм.

OSPF поддерживает механизм, позволяющий  работать с несколькими равноправными  маршрутами между двумя объектами  сети. Это позволяет существенно  уменьшить время передачи данных  и более эффективно использовать  каналы связи.

Кроме того, OSPF-протокол поддерживает аутентификацию изменений маршрутов. Это означает, что только те маршрутизаторы, которые имеют определенные права, могут осуществлять маршрутизацию  пакетов. Это позволяет, при соответствующей  настройке прав системы маршрутизаторов, передавать по сети конфиденциальные сообщения, зная заранее, что они  проходят только по определенным маршрутам.

Формат заголовка сообщения  OSPF представлен на рисунке 12.

 

версия	тип	длина сообщения
IP-адрес маршрутизатора
идентификатор области
Контрольная сумма		Тип аутентификации
Данные для аутентификации
Данные для аутентификации (продолжение)

Рисунок 12 - Формат заголовка пакета OSPF

 

Версия (1 байт). Поле означает номер версии OSPF-пакета протокола, использующего данный пакет.

Тип (1 байт). В зависимости от типа, пакет выполняет те или иные функции:

Тип = 1 - Hello

Тип =2 - Database Description,

Тип =3 - Link-State Request,

Тип =4 - Link-State Update,

Тип =5 - Link-Sate Acknowledgement.

Длина сообщения (16 бит) - поле длины пакета (в байтах) вместе со стандартным заголовком.

IP-адрес маршрутизатора (32 бита) - поле идентификатора отправителя.

Идентификатор области (32 бита) - поле идентифицирует область, к которой принадлежит данный пакет.

Далее 16 бит составляет поле контрольной  суммы пакета.

Тип аутентификации (16 бит) - поле типа аутентификации. Например, "простой пароль". Все обмены протокола OSPF проводятся с аутентификацией отправителя и его прав. Тип аутентификации устанавливается по принципу "отдельный для каждой области".

Информация аутентификации  (64 бита) - поле содержит информацию аутентификации.

Hello. Отправляется через регулярные  интервалы времени для установления  и поддержания соседских взаимоотношений.  На всех маршрутизаторах, подсоединенных  к сети, должны быть согласованы  ключевые параметры пакетов этого  типа — маски сети, периоды  приветствования и сигнализации  обрыва контакта. Эти и другие  параметры входят в состав Hello-пакетов.

Database Description. Пакеты описывают содержимое  базы данных. Обмен этими пакетами  производится при инициализации  смежных маршрутизаторов, т. е.  имеющих идентичные топологические  базы данных. При описании базы  данных может использоваться  несколько таких пакетов. Для  обработки таких пакетов используется  процедура "переклички" (poll-response), в которой один из маршрутизаторов  определяется как master, а другой  как slave. Соответственно, master отправляет  эти пакеты, a slave должен отвечать  за их получение.

Link-State Request. Запрос о состоянии  канала. Обмен этими пакетами  производится после того, как  какой-нибудь роутер обнаруживает, например, путем проверки пакетов  описания базы данных, что часть  его топологической базы данных  устарела.

Link-State Update. Пакеты корректировки  состояния канала - ответ на пакеты  запроса о состоянии канала. Эти  пакеты используются для регулярного  тиражирования LSA. В один пакет могут быть включены несколько сообщений LSA. Каждое из них несет информацию о части сети.

Link-State Acknowledgement. Подтверждение состояния  канала. Подтверждает пакеты корректировки  состояния канала. Пакеты корректировки  состояния канала должны быть  четко подтверждены, что является  гарантией надежности процесса  адресации пакетов корректировки  состояния канала через какую-нибудь  область.

К тому же, так как OSPF это протокол состояния канала, а не протокол вектора расстояний, он имеет и  другие характеристики, которые делают его предпочтительным по отношению  к RIP:

1. OSPF может рассчитать отдельный набор маршрутизаторов для каждого типа сервиса IP (type-of-service). Это означает, что для любого пункта назначения может быть несколько пунктов в таблице маршрутизации, по одному для каждого типа сервиса IP.
2. Каждому интерфейсу назначается цена. Она может быть назначена на основании пропускной способности, времени возврата, надежности или по какому-либо другому параметру. Отдельная цена может быть назначена для каждого типа сервиса IP.
3. Если существует несколько маршрутов к одному пункту назначения с одинаковой ценой, OSPF распределяет трафик (поток данных) поровну между этими маршрутами. Это называется балансом загруженности.
4. OSPF поддерживает подсети: маска подсети соответствует каждому объявленному маршруту. Это позволяет разбить IP адрес любого класса на несколько подсетей различного размера. Маршруты к хостам объявляются с маской подсети, из всех единичных бит. Маршрут по умолчанию объявляется как IP адрес 0.0.0.0 с маской из всех нулевых битов.
5. Каналы точка-точка между маршрутизаторами не имеют IP адресов на каждом конце. Это называется сетями без адреса (unnumbered). Такой подход позволяет сэкономить IP адреса - очень ценный ресурс в настоящее время!
6. Используется простая схема аутентификации. Может быть указан пароль в виде открытого текста, так же как это делается в схеме RIP-2.
7. OSPF использует групповую адресацию вместо широковещательной, что уменьшает загруженность систем, которые не распознают OSPF.[6]

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) - был представлен в 1994 году, как усовершенствованная версия протокола маршрутизации IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), эти два протокола разработаны компанией Cisco. В отличие от протокола IGRP, который использует классовую маршрутизацию, протокол EIGRP поддерживает бесклассовую маршрутизацию CIDR (classless interdomain routing) и маски переменной длинны VLSM (variable-length subnet mask). Протокол EIGRP является дистанционно-векторным протоколом маршрутизации, хотя его еще называют гибридным, он сочетает в себе лучшие черты дистанционно-векторных алгоритмов и алгоритмов по состоянию канала. Как и IGRP, протокол EIGRP используется только в маршрутизаторах фирмы Cisco. Перечислим основные усовершенствования EIGRP по сравнению с IGRP:

• специальный алгоритм распространения информации об изменениях топологии сети - алгоритм DUAL (англ. Diffuse Update Algorithm, алгоритм распространения обновлений);
• поддержка бесклассовой адресации;
• поддержка других протоколов сетевого уровня (кроме IP);
• передача частичных обновлений таблицы маршрутизации.

Алгоритм DUAL основан на определении для  каждой подсети назначения двух (а  не единственного, как в других протоколах) маршрутизаторов: преемника (англ. successor) и возможного преемника (англ. feasible successor). Для каждого возможного маршрута до подсети назначения вычисляются  две метрики: объявленное расстояние (англ. advertised distance) и возможное расстояние (англ. feasible distance). Объявленное расстояние вычисляется как сумма метрик всех связей, составляющих маршрут, кроме  самой первой. Возможное расстояние - это просто сумма метрик всех связей, составляющих маршрут.

Маршрутизатором-преемником для подсети назначается тот  из соседних маршрутизаторов, через  который проходит маршрут с минимальным  значением объявленного расстояния. Маршрутизатором-возможным преемником для подсети назначается тот  из соседних маршрутизаторов, через  который проходит маршрут, объявленного расстояние для которого меньше, чем  возможное расстояние для маршрута через преемника. Возможный преемник используется для доставки пакетов  к подсети назначения в том  случае, если доставка пакетов через  преемника невозможна.

Протокол ведет три таблицы:

1. Таблица соседей  (neighbors table)  - записывает маршрутизаторы, с которыми он установил соседство и обменивается информацией.

2. Таблица топологий  (topology table) - хранит в ней маршруты  с указанием основных следующих  хопов и резервных.

3. Таблица маршрутизации  (routing table).