Протоколы маршрутизации в IP-сетях

5.4.1. Внутренние и внешние протоколы маршрутизации Internet

Большинство протоколов маршрутизации, применяемых в современных сетях с коммутацией пакетов, ведут свое происхождение от сети Internet и ее предше­ственницы — сети ARPANET. Для того чтобы понять их назначение и особенности, полезно сначала познакомиться со структурой сети Internet, которая наложила отпечаток на терминологию и типы протоколов.

Internet изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество су­ществующих систем. С самого начала в ее структуре выделяли магистральную сеть (care backbone network), а сети, присоединенные к магистрали, рассматривались как автономные системы (autonomous systems, AS). Магистральная сеть и каждая из автономных систем имели свое собственное административное управление и соб­ственные протоколы маршрутизации. Необходимо подчеркнуть, что автономная система и домен имен Internet — это разные понятия, которые служат разным це­лям. Автономная система объединяет сети, в которых под общим административ­ным руководством одной организации осуществляется маршрутизация, а домен объединяет компьютеры (возможно, принадлежащие разным сетям), в которых под общим административным руководством одной организации осуществляется назначение уникальных символьных имен. Естественно, области действия авто­номной системы и домена имен могут в частном случае совпадать, если одна орга­низация выполняет обе указанные функции.

Общая схема архитектуры сети Internet показана на рис. 5.25. Далее маршрути­заторы мы будем называть шлюзами, чтобы оставаться в русле традиционной тер­минологии Internet.

Шлюзы, которые используются для образования сетей и подсетей внутри авто­номной системы, называются внутренними шлюзами (interiorgateways), а шлюзы, с помощью которых автономные системы присоединяются к магистрали сети, назы­ваются внешними шлюзами (exterior gateways). Магистраль сети также является ав­тономной системой. Все автономные системы имеют уникальный 16-разрядный номер, который выделяется организацией, учредившей новую автономную систе­му, InterNIC.

Соответственно протоколы маршрутизации внутри автономных систем называ­ются протоколами внутренних шлюзов (interior gateway protocol, IGP), а протоколы, определяющие обмен маршрутной информацией между внешними шлюзами и шлюзами магистральной сети — протоколами внешних шлюзов (exterior gateway protocol, EGP). Внутри магистральной сети также допустим любой собственный внутренний протокол IGP.

Смысл разделения всей сети Internet на автономные системы — в ее многоуров­невом модульном представлении, что необходимо для любой крупной системы, способной к расширению в больших масштабах. Изменение протоколов маршру­тизации внутри какой-либо автономной системы никак не должно влиять на рабо­ту остальных автономных систем. Кроме того, деление Internet на автономные

418 Глава 5 • Сетевой уровень как средство построения больших сетей

системы должно способствовать агрегированию информации в магистральных и внешних шлюзах. Внутренние шлюзы могут использовать для внутренней марш­рутизации достаточно подробные графы связей между собой, чтобы выбрать наи­более рациональный маршрут. Однако если информация такой степени детализации будет храниться во всех маршрутизаторах сети, то топологические базы данных так разрастутся, что потребуют наличия памяти гигантских размеров, а время при­нятия решений о маршрутизации станет неприемлемо большим.

Поэтому детальная топологическая информация остается внутри автономной системы, а автономную систему как единое целое для остальной части Internet представляют внешние шлюзы, которые сообщают о внутреннем составе автоном­ной системы минимально необходимые сведения — количество IP-сетей, их адреса и внутреннее расстояние до этих сетей от данного внешнего шлюза.

Техника бесклассовой маршрутизации CIDR может значительно сократить объе­мы маршрутной информации, передаваемой между автономными системами. Так, если все сети внутри некоторой автономной системы начинаются с общего пре­фикса, например 194.27.0.0/16, то внешний шлюз этой автономной системы должен делать объявления только об этом адресе, не сообщая отдельно о существова­нии внутри данной автономной системы, например, сети 194.27.32.0/19 или 194.27.40.0/21, так как эти адреса агрегируются в адрес 194.27.0.0/16.

5.4. Протоколы маршрутизации в IP-сетях 419

Приведенная на рис. 5.25 структура Internet с единственной магистралью до­статочно долго соответствовала действительности, поэтому специально для нее был разработан протокол обмена маршрутной информации между автономными систе­мами, названный EGP. Однако по мере развития сетей поставщиков услуг структу­ра Internet стала гораздо более сложной, с произвольным характером связей между автономными системами. Поэтому протокол EGP уступил место протоколу BGP, который позволяет распознать наличие петель между автономными системами и исключить их из межсистемных маршрутов. Протоколы EGP и BGP используют­ся только во внешних шлюзах автономных систем, которые чаще всего организу­ются поставщиками услуг Internet. В маршрутизаторах корпоративных сетей работают внутренние протоколы маршрутизации, такие как RIP и OSPF.

5.4.2. Дистанционно-векторный протокол RIP

Построение таблицы маршрутизации

Протокол RIP (Routing Information Protocol) является внутренним протоколом маршрутизации дистанционно-векторного типа, он представляет собой один из наиболее ранних протоколов обмена маршрутной информацией и до сих пор чрез­вычайно распространен в вычислительных сетях ввиду простоты реализации. Кро­ме версии RIP для сетей TCP/IP существует также версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.

Для IP имеются две версии протокола RIP: первая и вторая. Протокол RIPvl не поддерживает масок, то есть он распространяет между маршрутизаторами толь­ко информацию о номерах сетей и расстояниях до них, а информацию о масках этих сетей не распространяет, считая, что все адреса принадлежат к стандартными классам А, В или С. Протокол RIPv2 передает информацию о масках сетей, поэто­му он в большей степени соответствует требованиям сегодняшнего дня. Так как при построении таблиц маршрутизации работа версии 2 принципиально не отли­чается от версии 1, то в дальнейшем для упрощения записей будет описываться работа первой версии.

В качестве расстояния до сети стандарты протокола RIP допускают различные виды метрик: хопы, метрики, учитывающие пропускную способность, вносимые задержки и надежность сетей (то есть соответствующие признакам D, Т и R в поле «Качество сервиса» IP-пакета), а также любые комбинации этих метрик. Метрика должна обладать свойством аддитивности — метрика составного пути должна быть равна сумме метрик составляющих этого пути. В большинстве реализаций RIP используется простейшая метрика — количество хопов, то есть количество проме­жуточных маршрутизаторов, которые нужно преодолеть пакету до сети назначения.

Рассмотрим процесс построения таблицы маршрутизации с помощью протоко­ла RIP на примере составной сети, изображенной на рис. 5.26.

Этап 1 — создание минимальных таблиц

В этой сети имеется восемь IP-сетей, связанных четырьмя маршрутизаторами с идентификаторами: Ml, М2, МЗ и М4. Маршрутизаторы, работающие по протоко­лу RIP, могут иметь идентификаторы, однако для работы протокола они не явля­ются необходимыми. В RIP-сообщениях эти идентификаторы не передаются.

В исходном состоянии в каждом маршрутизаторе программным обеспечением стека TCP/IP автоматически создается минимальная таблица маршрутизации, в которой учитываются только непосредственно подсоединенные сети. На рисунке адреса портов маршрутизаторов в отличие от адресов сетей помещены в овалы.

Таблица 5.14 позволяет оценить примерный вид минимальной таблицы марш­рутизации маршрутизатора Ml.

Этап 2 — рассылка минимальных таблиц соседям

После инициализации каждого маршрутизатора он начинает посылать своим сосе­дям сообщения протокола RIP, в которых содержится его минимальная таблица.

5.4. Протоколы маршрутизации в IP-сетях 421

RIP-сообщения передаются в пакетах протокола UDP и включают два парамет­ра для каждой сети: ее IP-адрес и расстояние до нее от передающего сообщение маршрутизатора.

Соседями являются те маршрутизаторы, которым данный маршрутизатор не­посредственно может передать IP-пакет по какой-либо своей сети, не пользуясь услугами промежуточных маршрутизаторов. Например, для маршрутизатора Ml соседями являются маршрутизаторы М2 и МЗ, а для маршрутизатора М4 — марш­рутизаторы М2 и МЗ.

Таким образом, маршрутизатор Ml передает маршрутизатору М2 и МЗ следую­щее сообщение:

сеть 201.36.14.0, расстояние 1;

сеть 132.11.0.0, расстояние 1;

сеть 194.27.18.0, расстояние 1.

Этап 3 — получение RIP-сообщений от соседей и обработка полученной информации

После получения аналогичных сообщений от маршрутизаторов М2 и МЗ маршру­тизатор Ml наращивает каждое полученное поле метрики на единицу и запомина­ет, через какой порт и от какого маршрутизатора получена новая информация (адрес этого маршрутизатора будет адресом следующего маршрутизатора, если эта запись будет внесена в таблицу маршрутизации). Затем маршрутизатор начинает сравнивать новую информацию с той, которая хранится в его таблице маршрути­зации (табл. 5.16).

Таблица 5.16. Таблица маршрутизации маршрутизатора Ml