Внутренние протоколы маршрутизации. Сходимость сети, метрики

Маршрутная информация может быть сконфигурирована вручную сетевым администратором – при этом реализуется статическая маршрутизация.

При статической маршрутизации записи в таблице маршрутизации вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы. Понятно, что алгоритм статической маршрутизации с его ручным способом формирования таблиц маршрутизации приемлем только в небольших сетях с простой топологией. Однако этот алгоритм может быть эффективно использован и для работы на магистралях крупных сетей, так как сама магистраль может иметь простую структуру с очевидными наилучшими путями следования пакетов в подсети, присоединенные к магистрали входных портах.

Самыми распространенными являются алгоритмы адаптивной (или динамической) маршрутизации. Динамическая (адаптивная) маршрутизация реализуется протоколами маршрутизации, когда маршрутная информация собирается в ходе динамического процесса обмена обновлениями между маршрутизаторами сети.

Адаптивные протоколы маршрутизации, применяемые в настоящее время в свою очередь делятся на две группы:

1) Протоколы вектора расстояния (протокол RIP)

2) Протоколы состояния соединения или канала (OSPF, IS-IS).

Протоколы вектора расстояния рассылают обновления маршрутной информации (updates) периодически через определенный промежуток времени. При этом обновляются таблицы маршрутизации. При изменении в сети маршрутизатор, обнаруживший такое изменение, начинает обмен маршрутной информацией с соседними маршрутизаторами. Этот обмен идет последовательно от маршрутизатора к маршрутизатору с некоторой задержкой, определяемой временем модификации таблиц в каждом маршрутизаторе, а также специальным таймером. Поэтому сходимость сети, когда все маршрутизаторы будут иметь согласованную информацию о сетевых соединениях, складывается медленно, что является главным недостатком протоколов вектора расстояния.

Протоколы состояния соединения или канала (Link-state) быстро реагируют на изменения в сети, рассылая модификации при изменениях в сетевой топологии всем маршрутизаторам в пределах некоторой области сети. Протоколы состояния канала создают таблицы маршрутизации на основе информации, хранящейся в специальной базе данных (link-state database). В базе данных хранится один или несколько путей к адресату назначения, из которых выбирается первый кратчайший путь (shortest path first), который и помещается в таблицу маршрутизации. Если первый путь становится недоступным, то из базы данных оперативно, без дополнительных вычислений, может быть выбран другой.

Когда происходят изменения в маршрутах или каналах (пропадают ранее существовавшие или появляются новые), маршрутизатор, первым заметивший изменение в сети, создает извещение о состоянии этого соединения (Link-State Advertisement – LSA). Сообщение LSA затем передается всем соседним маршрутизаторам. Каждый маршрутизатор, получив копию LSA, модифицирует свою базу данных и транслирует LSA всем соседним устройствам. Волновое распространение пакетов (flooding), когда каждое сетевое устройство пересылает пакеты LSA всем своим соседям, предопределяет, что все устройства маршрутизации создадут базы данных, которые согласованно будут отражать сетевую топологию перед модификацией таблиц маршрутизации.

Чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами HELLO со своими ближайшими соседями. Этот служебный трафик также засоряет сеть, но не в такой степени как, например, RIP-пакеты, так как пакеты HELLO имеют намного меньший объем.

Протоколами, основанными на алгоритме состояния связей, являются протоколы IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) стека OSI, OSPF (Open Shortest Path First).

Каждый алгоритм маршрутизации по-своему интерпретирует выбор наиболее рационального пути на основе метрики. Сходимость – это процесс согласования между всеми маршрутизаторами сети информации о доступных маршрутах. При изменениях состояния сети необходимо, чтобы обмен модификациями восстановил согласованную сетевую информацию.

Обычно меньшее значение метрики соответствует лучшему маршруту. Метрика может базироваться на одном или на нескольких параметрах пути. В протоколах маршрутизации наиболее часто используются следующие метрики.

1) Полоса пропускания (Bandwidth) – способность соединения передавать данные с некоторой скоростью. Например, соединения сети Fast Ethernet передающие данные со скоростью 100 Мбит/c, предпочтительней сети Е1 со скоростью 2, 048 Мбит/c.

2) Задержка (Delay) – длительность времени прохождения пакета от источника до адресата назначения. Задержка зависит от количества промежуточных соединений и их типов, объема буферных устройств маршрутизаторов, сходимости сети и расстояния между узлами.

3) Загрузка (Load) – определяется количеством информации, загружающей сетевые ресурсы (маршрутизаторы и каналы). Чем больше загрузка, тем дольше пакет будет в пути.

4) Надежность (Reliability) – определяется интенсивностью ошибок на каждом сетевом соединении.

5) Количество переходов (Hop count) – количество маршрутизаторов, через которые пакет должен пройти на пути к адресату назначения (число переходов от маршрутизатора к маршрутизатору).

6) Стоимость (Cost) – обобщенный параметр затрат на передачу пакета к адресату назначения. Обычно стоимость имеет произвольное значение, назначенное администратором. Часто стоимость задается в виде величины, обратной полосе пропускания.