Характеристика IGP-протоколов маршрутизации в IP-сетях Кафедра телекоммуникационных систем Управление и маршрутизация в ТКС Лекция 7 Учебные вопросы: 1. Протокол RIP. 2. Протоколы IGRP/EIGRP 3. Протокол OSPF. 4. Протокол IS-IS.

Рекомендуемая литература: 1. Вегенша Ш. Качество обслуживания в сетях IP: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», – 386 с. 2. Хелеби С., Мак-Ферсон Д. Принципы маршрутизации в Internet, 2-е издание. : Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", с. 3. Руденко И. Маршрутизаторы CISCO для IP-сетей. - М.: КУДИС-ОБРАЗ, с. 4. Остерлох Х. Маршрутизация в IP-сетях. Принципы, протоколы, настройка. – С.Пб.: BHV-С.Пб., – 512 c. 5. Руководство по технологиям объединенных сетей / Настольный справочник специалиста по сетевым технологиям. 3-е издание. – М.: Издательский дом «Вильямс», – 1040 с. 6. Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Технология и протоколы MPLS. – С.-Пб.: «БХВ – Санкт-Петербург», – 304 с. 7. Deepankar Medhi, Karthikeyan Ramasamy. Network routing: algorithms, protocols, and architectures. Morgan Kaufmann, р. Deepankar MedhiKarthikeyan Ramasamy 8. Pioro M., Medhi D. Routing, Flow, and Capacity Design in Communication and Computer Networks. Morgan Kaufmann Series in Networking. Издательство: Elsevier Digital Press, р. Pioro M., Medhi D. 9. Uyless D. Black. IP routing protocols: RIP, OSPF, BGP, PNNI and Cisco routing protocols. Prentice Hall PTR, р. Uyless D. Black

Введение Выбор протокола Выбор протокола маршрутизации - задача сложная и неоднозначная. При ее решении следует рассмотреть (как минимум) следующие аспекты: Размер и сложность топологии сети Необходимость поддержки масок переменной длины (VLSM) - поддерживаются в EIGRP, IS-IS, OSPF, BGP Объем трафика по сети Уровень безопасности Уровень надежности Требуемые задержки распространения пакетов по сети Организационные требования Планируемый рост и изменение структуры сети Наиболее «старые» протоколы - дистанционно-векторные (вектора расстояний) протоколы. В 1979 году на смену протоколам пришли протоколы состояния связи (канала) - link state protocol.

Основные термины, понятия и определения Маршрутизация (англ. Routing) процесс определения (расчета) маршрута следования информации (передачи пакетов) от отправителя к получателю в сетях связи.англ. Основные цели маршрутизации состоят в минимизации (максимизации) значений избранных показателей качества обслуживания (скорости передачи, средней задержки, джиттера, потерь пакетов и др.), а также в обеспечении сбалансированной загрузки сети, ее канальных и буферных ресурсов.

Метрики протоколов маршрутизации Критерием выбора того или другого пути между заданной парой узлов сети является минимум или максимум его "длины" (веса, стоимости), представленной в виде суммы "длин" трактов передачи, которые этот путь образовывают. "Длина" тракта передачи в сроках протоколов маршрутизации называется его метрикой (routing metric). В существующих протоколах маршрутизации в зависимости от особенностей решаемой маршрутной задачи используется довольно широкий перечень метрик, которые характеризуют различные по своей природе свойства того или другого тракта передачи, а именно его физическую длину, надежность, пропускную способность, загруженность, стоимость и др.

Основными задачами, подлежащими решению в процессе маршрутизации, являются: контроль состояния сети; сбор и рассылка информации о состоянии сети; поиск маршрута на основании информации о состоянии сети и формирование маршрутных таблиц (МТ); реализация принятых маршрутных решений (продвижение пакета данных). Задача формирования МТ возлагается на протоколы маршрутизации.

Требования к методам и протоколам маршрутизации (классические) 1. Оптимальность 2. Простота и низкие непроизводительные затраты 3. Устойчивость. 4. Высокая сходимость к оптимальному решению. 5. Адаптивность 6. Низкий объем создаваемого служебного трафика.

Требования к методам и протоколам маршрутизации (технологические) Концепции: Traffic Engineering, Load Balanced Routing, QoS-based Routing, MultiPath Routing реализация многопутевой стратегии маршрутизации; обеспечение сбалансированной загрузки канальных и буферных ресурсов; обеспечение гарантий качества обслуживания трафиков пользователей.

Классификация существующих методов маршрутизации статические и динамические; неадаптивные и адаптивные; с адаптацией к топологии, загрузке трактов передачи, сетевых узлов, внешней нагрузке; централизованные и децентрализованные (распределенные); с прогнозированием и без прогнозирования состояния ТКС; одноуровневые и многоуровневые; внутри доменные и междоменные;

Классификация существующих методов маршрутизации (продолжение) маршрутизация от источника или пошаговая маршрутизация; с использованием локальной или глобальной информации о состоянии ТКС; однопутевая и многопутевая маршрутизация; многопутевая маршрутизация по непересекаемым путям, по путям с узловых или реберным пересечением; явная маршрутизация и маршрутизация, основанная на ограничениях; отказоустойчивая маршрутизация (с резервированием дополнительных канальных и буферных ресурсов) и маршрутизация без резервирования; с поддержкой и без поддержки услуг связи гарантированного качества.

Внутридоменная и междоменная маршрутизация В соответствии с иерархией протоколов в сетях IP в пределах автономной системы (AS) может работать только один протокол маршрутизации класса IGP (Interior Gateway Protocols). IGP - внутренний протокол маршрутизации; IGP - протокол маршрутизации внутреннего шлюза.

Перечень основных протоколов маршрутизации, используемых в сетях IP Протоколы внутреннего шлюза – IGP (Interior Gateway Protocols ): RIP (Routing Internet Protocol ); IGRP (Interior Gateway Routing Protocol ); EIGRP (Enhanced IGRP); IS-IS (Intermediate System to Intermediate System); OSPF (Open Shortest Path First ). Протоколы внешнего шлюза EGP (Exterior Gateway Protocol): BGP (Border Gateway Protocol); EGP (Exterior Gateway Protocol).

Протоколы динамической маршрутизации

Протоколы маршрутизации класса IGP Стек сетевых протоколов Протоколы маршрутизации Distance VectorLink State IPXRIP, EIGRPNLSP TCP/IPRIP, IGRP, EIGRPOSPF, IS-IS OSI-IS-IS AppleTalkRTMP-

Административное расстояние Административное расстояние - это функция, используемая маршрутизаторами для выбора оптимального маршрута при наличии двух и более различных маршрутов до одной цели по различным протоколам маршрутизации. Административное расстояние определяет надежность протокола маршрутизации. Каждому протоколу маршрутизации назначается приоритет надежности (достоверности), от максимального до минимального, указанный с помощью значения административного расстояния. Источник маршрута Значения расстояний по умолчанию Подключенный интерфейс 0 Статический маршрут 1 Объединенный маршрут по протоколу EIGRP5 Протокол BGP для внешних маршрутов 20 Протокол EIGRP для внутренних маршрутов 90 Протокол IGRP100 Протокол IS-IS115 Протокол RIP120 Протокол EGP140 Протокол ODR160 Протокол EIGRP для внешних маршрутов 170 Протокол BGP для внутренних маршрутов 200

1. Протокол RIP RIP (Routing Information Protocol) – один из первых протоколов внутренней маршрутизации, применявшихся в Internet (1982 г.). Первая версия протокола RIP (RFC 1058): метрика – количество пересылок между узлами (hops). Эта метрика не обеспечивает учет пропускной способности, надежности и загруженности трактов передачи, а также характеристик поступающего в сеть трафика. Вторая версия (RIP ver. 2) – RFC RIP – протокол дистанционно-векторной маршрутизации, который основывается на использовании вектора расстояний (Distance Vector ). Диаметр поддерживаемых AS – 15. Для поиска пути используется алгоритм Беллмана-Форда. Использовался для первых маршрутизаторов Internet, построенных на мини-ЭВМ типа Honeywell 516 (8 разрядные микропроцессоры типа Intel 8080 или Zilog Z80).

Характеристика RIP Работа протокола основана на широковещательной рассылке сообщений о корректировке маршрутов. Периодичность рассылки обновлений 30 с. Рассылаются полные копии таблиц маршрутизации вне зависимости изменены они или нет. Склонен к образованию петель в рассчитываемых маршрутах. В RIPv2 допускается балансировка нагрузки по путям с равной «длиной» (стоимостью).

Таймеры протокола RIP Таймер Реализации протокола RIP фирмы Cisco RFC 2453 Обновление маршрутов 30 секунд Тайм-аут для маршрута ( Invalid ) 180 секунд Временного удержания изменений ( Hold Down ) 180 секунд- Удаление маршрутов ( Flush ) Складывается из времени удержания изменений (180 с), к которому добавлено 60 с. Всего 240 секунд 120 секунд

Протокол RIPv2 RIPv2 имеет следующие особенности по сравнению RIPv1: Включает маску подсети в маршрутные обновления, что делает его внеклассовым протоколом маршрутизации протокола. Имеет механизм аутентификации для обеспечения надежности и безопасности обновлений. Поддержка масок подсети переменной длины ( Variable Length Subnet Mask, VLSM). Использование многоадресной рассылки обновлений вместо широковещательной ( ). Поддержка суммаризации маршрутов – супер сетей ( Classless Inter-Domain Routing, CIDR ).

Сравнение форматов сообщений протоколов RIPv1 и RIPv2

2. Протоколы IGRP/EIGRP Протокол IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) и его расширенная версия EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) разработаны в корпорации Cisco. IGRP и EIGRP – дистанционно- векторные протоколы.

Протокол IGRP Разработан в средине 80-х годов. IGRP основан на широковещательной рассылке сообщений с дальнейшим использованием периодических таймеров (90 с). Рассылаются полные копии своих маршрутных таблиц.

Метрики протокола IGRP Используется комбинированная метрика, основанная на учете: пропускной способности (ПС) канала; временная задержка (ВЗ); надежности тракта передачи ( до 255 (100%)); загруженности тракта передачи (1-255 (100%) или перегрузка). Количество пересылок должно быть не более чем 255.

Пример комплексной (композитной) метрики (протокол IGRP)

Величина задержки для различных технологий

Метрика протокола IGRP На практики использует, как правило, лишь первые две: М=(приведенное значение пропускной способности, П1) + (приведенное значение временной задержки, П2), где П1=10 7 /ПС (Кбит/с); П2=ВЗ/10.

Таймеры протокола IGRP Таймер периодических сообщений о корректировках (Update interval) - 90 с. Таймер неисправного маршрута (Invalid Timer) (не получены подряд 3 сообщения от узла) – 90*3=270 с. Таймер удержания изменений (Holddown timer) – 90*3+10=280 c. Таймер удаления маршрута (flash timer) – 90*7=630 c. Все значения указаны по умолчанию и могут быть в случае необходимости изменены.

Балансировка нагрузки Цель: сбалансированность загрузки сети для улучшения QoS Балансировка может осуществляться по путям с одинаковой и различной «стоимостью». Трафик распределяется по различным путям пропорционально их «стоимости». Балансировка нагрузки по путям с одинаковой стоимостью осуществляется автоматически, а для использования путей с различной стоимостью необходима дополнительная конфигурация и настройка оборудования (команды вариантности/расхождения). Диапазон использования различных маршрутов определяется параметром расхождения – variance.

Протокол EIGRP EIGRP разработан в начале 90-х годов. EIGRP – попытка совместить достоинства дистанционно- векторных протоколов и протоколов состояния связей. Остались без изменения максимально число пересылок (225) и типы используемых метрик (загруженности и надежности), но для скорости и задержки имеет место изменения: delay EIGRP = delay IGRP *256. Для устранения петель в маршрутах и оперативного реагирования на изменения в сети используется алгоритм диффузионного обновления DUAL (Diffusing Update Algorithm). EIGRP не использует периодические обновления о состоянии сети, а использует инкрементные обновления (incremental updates).

Особенности EIGRP Использование алгоритма DUAL для расчета кратчайших путей; Использование многоадресной рассылки обновлений вместо широковещательной ( ). Triggered updates - запускаемые обновления (EIGRP не имеет периодических обновлений); EIGRP hello протокол, используемый для создания соседства; Поддержка VLSM и CIDR; Использование таблицы топологии для хранения всех маршрутов; Собственный протокол Cisco; EIGRP поддерживает множество сетевых протоколов с помощью протокола зависимых модулей (Protocol Dependent Modules, PDM), которые включают в себя поддержку IP, IPX и AppleTalk; Поддержка механизмов аутентификации.

Средства отказоустойчивой маршрутизации в EIGRP Возможность поддержки одновременно нескольких маршрутов до узла-получателя для повышения отказоустойчивости маршрутизации в случае выхода из строя узлов или каналов основного пути. Понятия алгоритма DUAL: Successor Feasible Distance (FD) Feasible Successor (FS) Reported Distance (RD) or Advertised Distance (AD) Feasible Condition or Feasibility Condition (FC) Основной маршрут (как правило минимальной стоимости) – successor. Вторичный (резервный) – feasible successor.

Конечный автомат

Сравнение дистанционно- векторных протоколов маршрутизации

Преимущества протоколов состояния каналов Каждый маршрутизатор строит свою собственную топологию сети и определяет кратчайшие пути; Быстрая сходимость (т.к. принятый пакет LSP (Link-state Packet ) немедленно передается другим маршрутизаторам); LSP рассылаются только если происходят изменения в топологии и содержат информацию только об этих изменениях; Иерархическое построение позволяет разбить сеть на области.

Преимущества протоколов состояния каналов

Требования протоколов состояния каналов Необходимость хранить базу с состояниями каналов; Высокие требования к производительности процессора для расчета SPF алгоритма (построение полной карты топологии сети); Требования по пропускной способности для лавинной передачи пакетов LSP.

Протоколы состояния каналов

3. Протокол OSPF Протокол OSPF (Open Shortest Path First) относится к классу протоколов состояния каналов (Link State Protocol). Open Shortest Path First – первым выбирается кратчайший путь (для расчета используется алгоритм Дийкстры). OSPF protocol – открытый протокол первого кратчайшего пути. Open - спецификация протокола свободно распространяется, отличие, например, от спецификации протокола EIGRP.

Основные рекомендации по OSPF RFC 1254 Protocol Analysis. RFC 1246 Experience with the OSPF Protocol. RFC 1247 OSPF Version 2 – 1991 г. RFC 1370 Applicability Statement for OSPF – устанавливается область применения OSPF. RFC 1584 – определяет поддержку многоадресной рассылки. RFC 2646 – описывается поддержка QoS. RFC 2328 – основной действующий документ по OSPF.

Особенности OSPF Область OSPF (OSPF area) – логическая подсистема автономной системы (AS), в которой функционирует в качестве протокола внутренней маршрутизации OSPF. Высокая масштабируемость достигается тем, что внутренние маршрутизаторы «не информированы» о топологии других областей. Одна AS может содержать несколько областей OSPF. Рассылка пакетов Hello каждые 10 сек в сетях, работающих по принципу множественного доступа (multiaccess) и точка-точка (point-to-point), 30 сек в сетях Non-broadcast multiaccess (NBMA) (Frame Relay, X.25, ATM). Dead interval в multiaccess и point-to-point сетях 40 сек, в NBMA сетях 120 сек. Многоадресная ( или ), а не широковещательная рассылка сообщений о корректировках маршрутов. Они рассылаются не периодически (RIP, IGRP), а являются инициированными. Подобные сообщения включают информацию только об изменении маршрутной информации. Поддержка аутентификации.

Последовательность работы OSPF 1. Определяет отношения соседства и смежности с другими маршрутизаторами. 2. Формирует полную топологическую карту сети, обмениваясь с соседями OSPF-пакетами извещений LSA (Link State Advertisement). 3. Вычисляет дерево кратчайших маршрутов (от одного ко всем). Для расчета пути используется алгоритм Дийкстры (1956 г.). Рекомендуемая для OSPF размерность сети – от 30 до 50 узлов.

Формат сообщения OSPF

Классификация OSPF-маршрутизаторов внутренний маршрутизатор IR (Internal Router), все интерфейсы которого находятся внутри одной области OSPF; маршрутизатор опорной области BR (Backbone Router), все интерфейсы которого находятся внутри опорной области (магистрали); пограничный маршрутизатор области ABR (Area Border Router), располагающийся на границе двух областей; пограничный маршрутизатор автономной системы ASBR (Autonomous System Boundary Router), который располагается на границе двух автономных систем.

Элементы централизации в OSPF Кроме того, в сетях, работающих по принципу множественного доступа (multiaccess) выделяются назначенный (уполномоченный) маршрутизатор DR (Designated Router) и резервный назначенный маршрутизатор BDR (Backup Designated Router), для централизованного и синхронизированного сбора сообщений о корректировках маршрутов. Они формируют топологические базы данных состояния сети. Все остальные маршрутизаторы по отношению к DR и BDR являются подчиненными. Выбор основывается на двух параметрах (содержатся в пакетах- приветствий): OSPF приоритет (OSPF priority), значение которого можно настроить в пределах ID маршрутизатора (IP-адрес). наибольший IP-адрес интерфейса loopback; наибольший активный IP-адрес физического интерфейса.

Сети с множественным доступом (multiaccess)

Метрика OSPF Значения метрик находятся в диапазоне от 0 до Метрика, оценивающая пропускную способность канала, определяется, например компанией Cisco, как количество секунд, необходимое для передачи 100 Мбит: М=10 8 /скорость передачи (бит/с). Например: 1. Канал со скоростью 100 Мбит/с и выше имеет метрику Сеть Ethernet/ Тракт E1 (2.048 Мбит/с ) Тракт T1 (1.544 Мбит/с ) - 65.

Метрика OSPF

Кроме того, протокол OSPF позволяет определить для любой сети значение метрики в зависимости от типа услуги TOS (Type of Service). Для каждой из метрик протокол OSPF строит отдельную таблицу маршрутизации. Метрика задержки – время в микросекундах, необходимое маршрутизатору для обработки, установки в очередь и передачи пакетов. Стандартизированный порядок расчета метрики, оценивающей показатели надежности, задержки и стоимости, пока не определен. Этот порядок определяется администратором. Заложена возможность балансировки нагрузки по путям как с одинаковой стоимостью, так и с различной, распределение трафика происходит пропорционально метрике пути.

Настройка стоимости канала

4. Протокол IS-IS IS-IS (Intermediate System – to – Intermediate System) является продуктом ISO (International Standard Organization) на базе сетевой архитектуры DECNet Phase V. Предшественник протокола IS-IS – протокол маршрутизации DPR (DECNet Routing Protocol). В терминологии ISO «промежуточная система» (intermediate system, IS) – маршрутизатор сети, а «конечна система» (end system, ES) – хост. Существует также протокол ES-IS для организации обмена информации в звене ES-IS. IS-IS успешно функционирует в сетях, содержащих более 500 маршрутизаторов.

Протокол IS-IS IS-IS – протокол состояния каналов (связей). IS-IS сам по себе не поддерживает протокол IP, поэтому используют интегрированный IS-IS (Integrated IS-IS). Для снижения объемов служебного трафика (flooding – рассылка пакетов об изменении состояния каналов) используют механизм «расщепления горизонта» (Split Horizon). «Расщепление горизонта» - гарантирует исключение передачи LSP-пакета (Link State Packet) тому маршрутизатору, от которого было принято обновление маршрута.

Области IS-IS Подобно OSPF, IS-IS также разделяется на области для повышения масштабируемости решений, снижения объемов маршрутных таблиц и служебного трафика.

Стандартизация IS-IS Протокол IS-IS стандартизирован и в рамках IETF: в RFC 1142 OSI IS-IS Intra-domain Routing Protocol; в RFC 1195 Use of OSI IS-IS for routing in TCP/IP and dual environments (использование протокола IS-IS в сетях TCP/IP и в двухпротокольной среде).

Метрики протокола IS-IS Основная аддитивная метрика – число, не превышающее 1024 для маршрута и 64 для отдельного канала. Эта метрика устанавливается администратором. Также используются следующие три типа метрик: задержка (delay); стоимость передачи по каналу, отражающая коммуникационные затраты (expense); ошибки (error). IS-IS поддерживает возможность задавать в поле QoS пакета соотношение между этими четырьмя метриками.

Иерархия построения IS-IS Протокол IS-IS поддерживает двухуровневую иерархическую систему сетей (отличается от OSPF): периферийные области – уровень 1; магистральная область 0 (backbone) – уровень 2. В отличие от OSPF, каждый IS-IS-маршрутизатор принадлежит области целиком (граница проходит не внутри маршрутизатора, а через соединения между маршрутизаторами). Маршрутизатор может принадлежать только одной области.

Классификация маршрутизаторов IS-IS Выделяются маршрутизаторы первого уровня (L1), второго уровня (L2) или первого и второго уровня (L1-2). Маршрутизатор L1 хранит полный набор данных о маршрутах внутри своей области. Пакеты в другие области отправляются через маршрутизатор L2 этой области. Маршрутизаторов L2 в одной области может быть несколько. Маршрутизаторы L2 образуют магистраль, которая не является самостоятельной областью, и поддерживают базу данных о состоянии связей магистрали. Для получения необходимой информации маршрутизатором L2 о состоянии связей своей периферийной области в составе области вводятся маршрутизаторы L1-2.

Классификация маршрутизаторов IS-IS

Элементы централизации в IS-IS Как и в OSPF, в IS-IS выделяется назначенный (уполномоченный) маршрутизатор DR – назначенная система. Критерии выбора: приоритет IS (от 0 до 127); МАС-адрес.

Последовательность работы IS-IS Для маршрутизатора L1: анализ адреса в заголовке пакета (адрес области и адрес узла); пересылка пакета соседнему узлу в направлении искомой ES. Для маршрутизатора L2: если адрес области совпадает с областью L2, то он функционирует как L1; в противном случае – отправляет пакет в другую область через ее L2, в том числе с использованием путей и узлов своей области.

Выводы 1. Для организации внутридоменной маршрутизации используются следующие основные IGP-протоколы: RIP (v.1, v.2), IGRP/EIGRP, IS-IS, OSPF. 2. Эти протоколы достаточно разнородны: дистанционно-векторные, состояния канала (связей) и смешанного типа; могут использоваться в сетях различной размерности; существенные различия в использовании типов метрик; широковещательная и многоадрессная рассылка; периодический обмен полными копиями маршрутных таблиц или инициированный обмен лишь их изменениями;