TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security) - Сидни Фейт

На некотором уровне сложности человек не сможет проанализировать и описать все сетевые условия. Поэтому протокол маршрутизации должен автоматизировать:

■ Обмен информацией между маршрутизаторами о текущем состоянии сети

■ Повторное вычисление для выбора наилучшего маршрута при каждом изменении в сети

Долгие годы проводились серьезные исследования протоколов маршрутизации. Многие из них были реализованы, а используемые в них метрики породили жаркие дебаты. Приведем характеристики наилучшего протокола:

■ Быстрая реакция на изменение в сети

■ Вычисление наилучшего маршрута

■ Хорошая масштабируемость при расширении сети

■ Бережное использование компьютерных ресурсов

■ Бережное использование сетевых ресурсов

Однако вычисление наилучшего маршрута в большой сети требует определенных ресурсов центрального процессора и памяти, а быстрая реакция предполагает немедленную пересылку большого объема информации. В хорошем протоколе достигается компромисс между исключающими друг друга требованиями.

Изучение протоколов маршрутизации начинается с наиболее простого из них — RIP.

8.9 Протокол RIP

Наиболее широко используемым протоколом IGP является RIP, заимствованный из протокола маршрутизации сетевой системы компании Xerox (Xerox Network System — XNS). Популярность RIP основана на его простоте и доступности.

RIP был первоначально реализован в TCP/IP операционной системы BSD и продолжает распространяться в операционных системах Unix как программа routed.

Программа routed стала стандартной частью многих хостов различных разработчиков и пакетов маршрутизации TCP/IP. RIP включен и в бесплатное программное обеспечение Корнельского университета, названное gated. RIP получил широкое распространение еще за несколько лет до его стандартизации в документе RFC 1058. Вторая версия протокола была предложена в 1993 г. и улучшена в 1994 г. (после этого исходная версия получила маркировку "историческая", т.е. устаревшая).

RIP анализирует маршрут на основе простого вектора расстояния. Каждому попаданию присваивается вес (обычно 1). Общая метрика пути получается как сумма весов всех участков попадания. Выбор лучшего пути для следующего попадания производится по наименьшему значению метрики.

На рис. 8.3 показано распространение в сети процедуры оценки по вектору расстояния. Маршрутизатор из верхнего левого угла рисунка может определить, что датаграмма, направляемая через маршрутизатор А в сеть N, имеет меньше попаданий, чем направляемая в эту сеть через маршрутизатор B.

Рис. 8.3. Исследование количества попаданий до точки назначения

Для RIP наиболее важны простота и доступность. Часто нет особых причин использовать более совершенные (и более сложные) методы маршрутизации для малых сетей или сетей с простой топологией. Однако при применении в больших и сложных сетях у RIP проявляются серьезные недостатки. Например:

■ Максимальное значение метрики для любого пути равно 15. Шестнадцать означает "Точки назначения достичь нельзя!". Поскольку в больших сетях можно быстро получить переполнение счетчика попаданий, обычно RIP конфигурируется со значением веса 1 для каждого из участков попадания независимо от того, является этот участок низкоскоростной коммутируемой линией или высокоскоростной волоконно-оптической связью. (Ограничение счетчика позволяет исключить зацикливание датаграмм по круговому маршруту. Другого метода для этого в RIP не существует. — Прим. пер.)

■ После нарушений в работе сети RIP очень медленно восстанавливает оптимальные маршруты. Реально после нарушения в сети трафик может даже зациклиться по круговому маршруту.

■ RIP не реагирует на изменения в задержках или нагрузках линий связи. Он не может распараллеливать трафик для обеспечения баланса нагрузки на связи.

8.9.1 Инициализация RIP

При запуске каждый маршрутизатор должен знать только о сети, к которой он подключен. Маршрутизатор RIP отправляет эти сведения широковещательной рассылкой на все соседние с ним в локальной сети маршрутизаторы. Кроме того, эти же сведения посылаются соседям на других концах линий "точка-точка" и виртуальных цепей.

Как показано на рис. 8.4, новости распространяются как сплетни — каждый маршрутизатор пересылает их своему ближайшему соседу. Например, маршрутизатор С очень быстро узнает, что он на расстоянии в два попадания от подсети 130.34.2.0.

Рис. 8.4. Распространение информации о маршрутизации

Как и все автоматизированные протоколы маршрутизации, RIP посылает информацию об изменениях маршрутов, получает такие сведения от других и пересчитывает пути. Маршрутизатор RIP отсылает информацию своим соседям-маршрутизаторам каждые 30 с. Отправка этих данных называется объявлением о маршруте (advertising route).

Хосты локальной сети могут подслушать объявления в широковещательных рассылках RIP и использовать их для обновления собственных таблиц или, по крайней мере, узнать, что маршрутизатор продолжает работать.

8.9.2 Обновление таблиц RIP

Как видно на рис. 8.5, маршрутизатор А пересылает трафик в сеть 136.10.0.0 через маршрутизатор B. А получил изменения от своего соседа D, который объявил о более коротком маршруте, и А изменил свою таблицу маршрутизации. Отметим, что количество попаданий от А до В добавляется к метрике от D для вычисления расстояния (2) от А до 136.10.0.0.

Рис. 8.5. Обновление таблиц маршрутизации в RIP

8.9.3 Механизм RIP версии 1

Рассмотрим формальные этапы маршрутизации в RIP версии 1. Предположим, что в таблице маршрутизации уже есть сведения о нескольких расстояниях. Затем, когда от соседа прибывает информация об изменениях, маршрутизатор перепроверяет свою таблицу и анализирует строки на предмет добавления или улучшения:

1. Присваивается вес для каждой подключенной и пересекаемой при пересылке датаграмм подсети (обычно 1).

2. Маршрутизатор посылает свою таблицу соседям каждые 30 с.

3. Когда маршрутизатор получает таблицу от соседа, он проверяет каждую строку этой таблицы. Присвоенный подсетям вес (в поступивших изменениях) добавляется к каждой из метрик.

4. К локальной таблице маршрутизации добавляются новые точки назначения.

5. Если точка назначения уже присутствует в таблице, но в изменениях указан более короткий путь, то заменяется соответствующая строка локальной таблицы.

Прекрасно, когда маршруты постоянно улучшаются, но иногда, вследствие неисправности связи или маршрутизатора, нужно будет пересылать трафик по более длинному пути. Реакция на неисправности предполагает два пути:

1. Маршрутизатор А пересылал трафик в точку назначения через маршрутизатор X, а X прислал изменения, указывающие на увеличение количества попаданий до точки назначения (или на невозможность достижения точки назначения по данному пути). Маршрутизатор А соответствующим образом изменит строку своей таблицы.

2. Маршрутизатор А пересылал трафик в точку назначения через маршрутизатор X, но не получил изменений от X в течение трех минут. А предполагает неисправность X и маркирует все пути через X как недостижимые (указав для метрики значение 16). Если за 2 мин для таких точек назначения не будет обнаружен новый маршрут, соответствующие строки удаляются (такой процесс образно называют "сборкой мусора" — garbage collection). В то же время маршрутизатор А указывает своим соседям через посылаемые изменения, что маршрутизатор X не может обеспечить путь к точкам назначения.

8.9.4 Сообщения об изменениях в RIP версии 1

Как было сказано выше, между маршрутизаторами RIP периодически формируются сообщения об изменениях. Дополнительно можно послать к соседям сообщения с запросами информации о маршрутизации:

■ Во время инициализации

■ При выполнении операций сетевого мониторинга

Формат сообщений RIP версии 1 для запросов или ответов/изменений показан на рис. 8.6. Поле команд со значением 1 указывает на запрос, а идентификатор 2 определяет ответ или самопроизвольное сообщение об изменениях.

Рис. 8.6. Формат сообщений в RIP версии 1

8.9.5 Поля сообщения об изменениях в RIP версии 1

Когда создавалась исходная спецификация RFC для RIP, предполагалось, что сообщения о маршрутизации будут использоваться и другими протоколами, а не только IP. Поэтому в сообщении появилось поле идентификатора семейства адресов (address family identifier) и место для адреса в 14 октетов.