Протоколы состояния каналов связи

• IS-IS — Intermediate System to Intermediate System (стек OSI; это протокол внутренних шлюзов (IGP), стандартизированный ISO и использующийся в основном в крупных сетях провайдеров услуг.);

• OSPF — Open Shortest Path First (протокол динамической маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала и использующий для нахождения кратчайшего пути Алгоритм Дейкстры);

• NLSP — NetWare Link-Services Protocol (стек Novell);

• HSRP и CARP — протоколы резервирования шлюза в Ethernet-сетях.

• OLSR (Оптимизированный протокол трассы положения соединения)

• TBRPF

Протоколы междоменной маршрутизации

• EGP (устаревший протокол обмена информации между маршрутизаторами нескольких автономных систем. Разработан в 82-84 годах. Впоследствии был заменён на BGP.);

• BGP (основной протокол динамической маршрутизации в Интернете.);

• IDRP;

• IS-IS level 3;

Протоколы внутридоменной маршрутизации

• RIP;

• IS-IS level 1-2;

• OSPF;

• IGRP;

• EIGRP.

__________________________________________________________

Одной из важнейших составляющих процесса передачи данных на сете­вом и канальном уровнях является маршрутизация. Маршрутизацию можно определить как процесс определения маршрута следования информации в сетях связи, а также как процесс передачи этой информации от источника к потребителям.

Маршрутом называют последовательность узлов сети, которые пре­одолевают информационные пакеты при следовании от источника сообще­ния к получателям. Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты) либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помо­щью специальных протоколов маршрутизации (динамические маршруты).

Устройства, принимающие решения по выбору маршрутов следования информации и управляющее трафиком, называются маршрутизаторами. Как правило, маршрутизаторы - это устройства, имеющие несколько сетевых интерфейсов, подключенных к разным сетям.

Маршрутизаторы представляют собой устройства, которые реализуют сетевой сервис. Они обеспечивают интерфейсы для широкого диапазона ка­налов связи и подсетей и с самым широким диапазоном скоростей. По­скольку маршрутизаторы являются активными и интеллектуальными узлами сети, то они могут принимать участие в управлении сетью. Управление се­тями достигается за счет обеспечения динамического контроля ресурсов и поддержки целей и задач сети, которые включают возможность установления связи, надежность в работе, управленческий контроль и гибкость. В дополне­ние к базовым функциям коммутирования и маршрутизации маршрутизаторы также обеспечивают реализацию и других самоценных характеристик, кото­рые помогают улучшить стоимостную эффективность сети. К таким характ. ристикам относятся выстраивание последовательности прохождения тра­фика на основе приоритетов и его фильтрация.

Обычно маршрутизаторы требуются для поддержки множества протокольных групп, каждая из которых имеет свой собственный протокол маршрутизации и для обеспечения параллельной работы подобных различных сред. На практике маршрутизаторы также имеют функции, которые позволяют создавать мостовые соединения, и кроме того могут играто роль усеченной формы концентратора.

Протокол RIР предназначен для сравнительно небольших и относи­тельно однородных сетей (алгоритм Белмана-Форда). Маршрут характери­зуется вектором расстояния до места назначения. Предполагается, что каж­дый маршрутизатор является отправной точкой нескольких маршрутов до се­тей, с которыми он связан. Описание этих маршрутов хранится в специаль­ной таблице, называемой маршрутной. Таблица маршрутизации RIР содер­жит по одной записи на каждую обслуживаемую машину (каждый маршрут). Запись должна включать в себя:

• IР-адрес места назначения;

• метрику маршрута (от 1 до 15 - число шагов до места назначения);

• IР-адрес ближайшего маршрутизатора по пути к месту назначения;

• таймеры маршрута.

Первые два поля составляют вектор расстояния (место назначения -направление; метрика - модуль вектора). Периодически каждый маршрутиза­тор посылает широковещательно копию своей маршрутной таблицы всем со­седям-маршрутизаторам, с которыми связан непосредственно. Маршрутиза­тор-получатель просматривает таблицу. Если в таблице присутствуют новый путь или сообщение о более коротком маршруте, либо произошли изменения длин пути, эти изменения фиксируются получателем в своей маршрутной таблице.

Основной проблемой в данном протоколе являются циклические мар­шруты. Так как в протоколе нет механизмов выявления замкнутых маршру­тов, необходимо либо безоговорочно доверять информации соседей, либо принимать меры для блокировки такой возможности. Для подавления неста-бильностей RIР должен использовать малое значение максимально возмож­ного числа шагов (<16).

Медленное распространение маршрутной информации по сети, создает проблемы при динамичном изменении маршрутной ситуации (система не по­спевает за изменениями). Малое предельное значение метрики улучшает сходимость, но не устраняет проблему.

Несоответствие маршрутной таблицы реальной ситуации типично не только для RIP, но и для всех протоколов, базирующихся на векторе рас­стояния, где информационные сообщения актуализации несут в себе только пары кодов: адрес места назначения и расстояние до него.

Основное преимущество алгоритма вектора расстояний - его простота. Действительно, в процессе работы маршрутизатор общается только с сосе­дями, периодически обмениваясь с ними копиями своих таблиц маршрутиза­ции. Получив информацию о возможных маршрутах от всех соседних узлов, маршрутизатор выбирает путь с наименьшей стоимостью и вносит его в свою

таблицу.

Достоинство этого алгоритма - быстрая реакция на появление в сети но­вого маршрутизатора, а недостаток - очень медленная реакция на исчезно­вение одного из соседей.

Протокол маршрутизации OSPF представляет собой протокол состояния связей, использующий алгоритм SPF поиска крат­чайшего пути в графе. OSPF применяется для внутренней маршрутизации в системах сетей любой сложности

Для работы алгоритма SPF на каждом маршрутизаторе строится база данных состояния связей, представляющая собой полное описание графа сети. При этом вершинами графа являются маршрутизаторы, а ребрами -соединяющие их связи. Базы данных на всех маршрутизаторах идентичны.

За создание баз данных и поддержку их взаимной синхронизации при изменениях в структуре системы сетей отвечает набор простых алгоритмов и соответствующие им подпротоколы, содержащиеся в протоколе OSPF (они будут рассмотрены далее).

База данных состояния связей представляет из себя таблицу, где для каждой пары смежных вершин графа (маршрутизаторов) указано ребро (связь) их соединяющее, и метрика этого ребра. Граф считается ориентиро­ванным т.е. ребро, соединяющее вершину А с вершиной В, и ребро, соеди­няющее вершину В с вершиной А могут быть различны, или это может быть одно и то же ребро, но с разными метриками.

Если между двумя узлами сети существует несколько маршрутов с оди­наковыми или близкими по значению метриками, протокол OSPF позволяет направлять части трафика по этим маршрутам в пропорции, соответствую­щей значениям метрик. Например, если существует два альтернативных маршрута с метриками 1 и 2, то две трети трафика будет направлено по пер­вому из них, а оставшаяся треть - по второму.

Положительный эффект такого механизма заключается в уменьшении средней задержки прохождения дейтаграмм между отправителем и получа­телем, а также в уменьшении колебаний значения средней задержки.

Менее очевидное преимущество поддержки множественных маршрутов состоит в следующем. Если при использовании только одного из возможных маршрутов данный маршрут внезапно выходит из строя, весь трафик будет разом перемаршрутизирован на альтернативный маршрут, при этом во вре­мя процесса массового переключения больших объемов трафика с одного маршрута на другой весьма велика вероятность образования затора на но­вом маршруте. Если же до аварии использовалось разделение трафика по нескольким маршрутам, отказ одного из них вызовет перемаршрутизацию лишь части трафика, что существенно сгладит нежелательные эффекты.

Протокол Hello. После инициализации модуля OSPF (например, после подачи питания на маршрутизатор) через все интерфейсы, включенные в OSPF-систему, начинают рассылаться Hello-сообщения. Задачи Hello-протокола - обнаружение соседей и установление с ними отношений смежности.

Соседями называются OSPF-маршрутизаторы, подключенные к одной сети (к одной линии связи) и обменивающиеся Неllо-сообщениями. Смеж­ными называются соседние OSPF-маршрутизаторы, которые приняли реше­ние обмениваться друг с другом информацией, необходимом для синхрони­зации базы данных состояния связей и построения маршрутов.

Другая задача протокола Неllо - выбор выделенного маршрутизатора в сети с множественным доступом, к которой подключены несколько маршру­тизаторов. НеНо-пакеты продолжают периодически рассылаться и после того, как соседи были обнаружены. Таким образом маршрутизатор контролирует состояние своих связей с соседями и может своевременно обнаружить изменение этого состояния (например, обрыв связи или отключение одного из соседей). Обрыв связи может быть обнаружен также и с помощью протокола канального уровня, который просигнализирует о недоступности канала.

Протокол обмена. После установления отношений смежности для каждой пары смежных маршрутизаторов происходит синхронизация их баз данных. Эта же операция происходит при восстановлении ранее разорванного соединения, поскольку в образовавшихся после аварии двух изолированных подсистемах базы данных развивались независимо друг от друга. Синхронизация баз данных происходит с помощью протокола обмена.

Сначала маршрутизаторы обмениваются только описаниями своих баз данных, содержащими идентификаторы записей и номера их версий (это позволяет избежать пересылки всего содержимого базы данных, если требуется синхронизировать только несколько записей).

Во время такого обмена каждый маршрутизатор формирует список запи­сей, содержимое которых он должен запросить (т. е. устаревших или отсутствующих в его базе данных записей), и, соответственно, отправляет пакеты запросов о состоянии связей (Link State Request), В ответ он получает содержимое последних версий нужных ему записей в пакетах типа «Обновление состояния связей» (Link State Update).

Подпротокол 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 данную связь , должен соответст­вующим образом изменить свою копию базы данных и немедленно известить все остальные маршрутизаторы OSPF-системы о произошедших изменениях. они также внесли исправления в свои копии баз данных.

В соответствии с подпротоколом OSPF новая версия записи 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 интерфейсам Однако, новые версии состояния одной и той же связи должны появляться не чаще, чем оговорено определенной константой.

Далее на всех маршрутизаторах OSPF-системы действует следующий 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 сооб-щения и эта запись не была недавно разослана, разослать со-держимое записи из базы данных через тот интерфейс, откуда пришлс сообщение. Понятие «недавно» определяется значением константы.

5. В случае равных номеров сообщение игнорировать.

Протокол OSPF устанавливает и такую характеристику записи в базе данных, как возраст. Возраст равен нулю при создании записи. При затопле­нии OSPF-системы сообщениями с данной записью каждый маршрутизатор который ретранслирует сообщение, увеличивает возраст записи на определенную величину. Кроме этого, возраст увеличивается на единицу каждук секунду. Из-за разницы во времени пересылки, в количестве промежуточных маршрутизаторов и по другим причинам возраст одной и той же записи в базах данных на разных маршрутизаторах может несколько различаться, эк нормальное явление.

При достижении возрастом максимального значения (60 мин) соответствующая запись расценивается как просроченная и непригодная для вычисления маршрутов. Такая запись должна быть удалена из базы данных.

Поскольку базы данных на всех маршрутизаторах системы должны был идентичны, просроченная запись должна быть удалена из всех копий базь данных на всех маршрутизаторах. Это делается с использованием протокол; затопления: маршрутизатор затапливает систему сообщением с просрочен ной записью. Соответственно, в описанный ранее алгоритм обработки сообщения вносятся дополнения, связанные с получением просроченного сообщения и удалением соответствующей записи из базы данных.

Чтобы записи в базе данных не устаревали, маршрутизаторы, ответственные за них, должны через каждые 30 мин затапливать систему сообщениями об обновлении записей, даже если состояние связей не изменилось Содержимое записей в этих сообщениях неизменно, но номер версии больше, а возраст равен нулю.

Для обеспечения надежности передачи данных реализован механизм подтверждения приема сообщений, также для всех сообщений вычисляется контрольная сумма.