Амато В. - Основы организации сетей Cisco. Том 1 (2002)(ru)

Инженерами концепция учета состояния канала была реализована в виде OSPF-маршрутизации. Описание концепций, заложенных в протокол OSPF, а также описание работы этого протокола содержится в документе RFC 1583.

Режим исследования сети в алгоритмах с учетом состояния канала

Для создания общей картины всей сети используются механизмы исследования сети с учетом состояния канала связи. После этого все маршрутизаторы, которые работают с алгоритмом учета состояния канала, коллективно используют это представление сети. Все это подобно существованию нескольких идентичных карт города. На рис. 11.24 четыре сети (W, X, Y и Z) соединены тремя маршрутизаторами, выполняющими маршрутизацию с учетом состояния канала связи.

В режиме исследования сети при маршрутизации с учетом состояния канала связи выполняются следующие процессы.

1.Маршрутизаторы обмениваются друг с другом LSA-сообщениями. Каждый маршрутизатор начинает с непосредственно подключенных сетей, о которых у него есть прямая информация.

2.Маршрутизаторы параллельно друг с другом создают топологическую базу данных, содержащую все LSA-сообщения, сгенерированные в сетевом комплексе.

3.SPF-алгоритм вычисляет достижимость сетей, определяя кратчайший путь до каждой сети сетевого комплекса, где применяется протокол маршрутизации с учетом состояния канала связи. Маршрутизатор создает эту логическую топологию кратчайших путей в виде SPF- дерева, помещая себя в корень. Это дерево отображает пути от маршрутизатора до всех пунктов назначения.

4.Наилучшие пути и порты, имеющие выход на эти сети назначения, сводятся маршрутизатором в таблице маршрутизации. Он также формирует и другие базы данных с топологическими элементами и подробностями о статусе.

Обработка изменений топологии в протоколах маршрутизации с учетом состояния канала связи

Алгоритмы учета состояния канала связи полагаются на маршрутизаторы, имеющие общее представление о сети. Как показано на рис. 11.25, при изменении топологии в сетевом комплексе, использующем маршрутизацию с учетом состояния канала связи, маршрутизаторы, которые первыми узнают об изменении, посылают информацию другим маршрутизаторам или специально назначенному маршрутизатору, который затем могут использовать все другие маршрутизаторы для обновления своей топологической информации. Это влечет за собой отсылку общей маршрутной информации всем маршрутизаторам, стоящим в сети. Для достижения сходимости каждый маршрутизатор выполняет следующие действия.

•Отслеживает своих соседей: его имя, его рабочее состояние и стоимость линии связи с ним.

•Создает LSA-пакет, в котором приводится перечень имен соседних маршрутизаторов и стоимость линий связи. Сюда же включаются данные о новых соседях, об изменениях в стоимости линий связи и о связях с соседями, которые стали нерабочими.

•Посылает LSA-пакет, так что все другие маршрутизаторы получают его.

•Получая LSA-пакет, записывает его в свою базу данных, так что он может хранить самые последние LSA-пакеты, сгенерированные каждым другим маршрутизатором.

•Используя накопленные данные LSA-пакетов для создания полной карты топологии сети, маршрутизатор, стартуя с этой общей точки, запускает на исполнение SPF- алгоритм и рассчитывает маршруты до каждой сети назначения.

Каждый раз, когда LSA-пакет вызывает изменение в базе данных состояний каналов,

алгоритм учета состояния каналов связи пересчитывает лучшие пути и обновляет таблицу маршрутизации. Затем каждый маршрутизатор принимает к сведению изменение топологии и определяет кратчайшие пути для использования при коммутировании пакетов.

Моменты, которые требуют внимания

Как показано на рис. 11.26, при использовании протоколов с учетом состояния Канала связи существуют два основных момента, требующих повышенного внимания.

•Требования по объему памяти и вычислительной мощности. В большинстве ситуаций исполнение протоколов маршрутизации с учетом состояния канала связи требует,

чтобы маршрутизаторы имели больший объем памяти и большие возможности по обработке. Сетевые администраторы должны гарантировать, что выбранные

маршрутизаторы способны предоставлять такие ресурсы для выполнения

маршрутизации.

Маршрутизаторы отслеживают своих соседей и сети, с которыми они могут связываться через

другие узлы маршрутизации. При использовании маршрутизации с учетом состояния канала в памяти должна сохраняться информация различных баз данных, дерево топологии и таблица маршрутизации.

В свою очередь, вычисление кратчайшего пути требует решение задачи, объем которой пропорционален количеству связей в сетевом комплексе, умноженному на количество маршрутизаторов в сети.

•Требования по ширине полосы пропускания. Во время начального процесса исследования все маршрутизаторы, использующие протоколы маршрутизации с учетом состояния канала связи, посылают всем другим маршрутизаторам LSA-пакеты. Это действие перегружает сетевой комплекс на период, когда маршрутизаторы нуждаются в максимально широкой полосе пропускания, и временно уменьшает полосу, доступную для маршрутизируемого трафика, несущего информацию пользователей.

После этой начальной перегрузки протоколы маршрутизации с учетом состояния канала связи обычно довольствуются шириной полосы пропускания сетевого комплекса, которая используется только для посылки нечастых или вообще запускаемых по событию LSA-пакетов, отражающих изменения топологии.

Проблема: обновление информации о состоянии каналов связи

Наиболее сложным и важным аспектом маршрутизации с учетом состояния канала связи является обеспечение получения всеми маршрутизаторами всех необходимых LSA-пакетов. Маршрутизаторы с различными наборами LSA-пакетов вычисляют маршруты на основе разных топологических данных. Как показано на рис. 11.27, в результате несогласия маршрутизаторов относительно состояния канала связи маршруты могут становиться недостигаемыми. Ниже приведен пример несовместимой информации о пути.

•	Предположим, что сеть 1, находящаяся между маршрутизаторами С и D, пере
	ходит в нерабочее состояние. Как обсуждалось ранее, оба маршрутизатора создают LSA-
	пакет, отражающий этот статус недостижимости.

•Вскоре после этого сеть 1 снова становится работоспособной. Поэтому необходим другой LSA-пакет, который бы отражал следующее изменение топологии.

•Если первоначальное сообщение маршрутизатора С "Сеть 1 недостижима" передается в

пакете актуализации по медленному пути, то этот пакет поступит позже. Таким образом, этот LSA-пакет может прийти на маршрутизатор А после LSA-пакета маршрутизатора D "Сеть 1 снова работоспособна".

•При такой рассинхронизации LSA-пакетов маршрутизатор А может столкнуться с дилеммой выбора, какое SPF-дерево строить: использовать пути, включающие сеть 1, или не учитывать сеть 1, последняя информация о которой подтверждает, что она недостижима?

Если LSA-пакеты распространяются всем маршрутизаторам неправильно, то маршрутизация с учетом состояния канала связи может привести к возникновению некорректных маршрутов.

Переход на использование протоколов на основе учета состояния канала связи в очень больших сетевых комплексах может усугубить проблему неправильного распространения LSA- пакетов.

Если одна часть сети возвращается в рабочее состояние быстрее, чем другая, то порядок отсылки и получения LSA-пакетов будет меняться, что может изменить и ухудшить сходимость. Маршрутизаторы могут узнавать о различных версиях топологии до момента построения своих SPF-деревьев и таблиц маршрутизации. В больших сетях части, в которых обновление информации происходит быстрее, могут составлять проблемы для тех частей, где обновление происходит медленнее.

Решение: механизмы учета состояния канала связи

Маршрутизация с учетом состояния канала связи имеет несколько методик для предотвращения возникновения потенциальных проблем, возникающих из-за нехватки ресурсов и плохого распространения пакетов с информацией о состоянии каналов (link-state packets, LSP).

•Администратор сети может увеличить периодичность распространения LSP-I пакетов таким образом, чтобы обновления происходили только после некоторого конфигурируемого продолжительного периода времени. Снижение скорости периодических обновлений не мешает LSP-обновлениям, генерируемым изменениями в топологии.

•LSP-пакеты обновлений могут включаться в группу многоадресной рассылки, не нагружать все маршрутизаторы. Для нескольких соединенных между собой ЛВС можно использовать в качестве назначенного депозитария, ответственного за передачу LSP- пакетов, один или несколько маршрутизаторов. Другие маршрутизаторы могут

использовать эти назначенные маршрутизаторы в качестве специализированного источника непротиворечивых данных о топологии.

•В больших сетях можно построить иерархию различных областей. Маршрутизатор из одной области иерархического домена не обязательно должен хранить и обрабатывать LSP-пакеты других маршрутизаторов, не принадлежащих этой области.

•Что касается проблем координации LSP-пакетов, то конкретная реализация метода учета состояния канала связи позволяет иметь LSP-пакетам временна метки, порядковые номера, а также применять различные схемы учета их возраста и другие связанные механизмы, которые помогают избежать неправильного распространения LSP-пакетов или нескоординированных обновлений пологической информации.

Сравнение маршрутизации по вектору расстояния и маршрутизации с учетом состояния канала связи.

Сравнивать маршрутизацию по вектору расстояния и маршрутизацию с учетом стояния канала связи можно в нескольких ключевых областях (табл. 11.1).

•Процесс маршрутизации по вектору расстояния получает все топологические данные из информации, содержащейся в таблицах маршрутизации соседей. Процесс

маршрутизации с учетом состояния канала связи получает широко представление обо всей топологии сетевого комплекса, собирая данные из всех необходимых LSA-пакетов.

•Процесс маршрутизации по вектору расстояния определяет лучший путь с помощью сложения получаемых метрик по мере того, как таблица движется от одного маршрутизатора к другому. При использовании маршрутизации с учетом состояния канала каждый маршрутизатор работает отдельно, вычисляя свой собственный кратчайший путь к пункту назначения.

•В большинстве протоколов маршрутизации по вектору расстояния пакеты актуализации, содержащие сведения об изменениях топологии, являются периодически посылаемыми пакетами актуализации таблиц маршрутизации. Эти таблицы передаются от одного маршрутизатора к другому, что обычно приводит к более медленной сходимости.

•В протоколах маршрутизации с учетом состояния канала связи пакеты актуализации обычно генерируются и рассылаются по факту возникновения изменения топологии. Относительно небольшие LSA-пакеты передаются всем другим маршрутизаторам, что, как правило, приводит к более быстрой сходимости при любом изменении топологии сетевого комплекса.

Таблица 11.1. Рабочие качества маршрутизации по вектору расстояния и маршрутизации с учетом состояния канала связи

Маршрутизация по вектору расстояния	Маршрутизация с учетом состояния канала
	связи
Видит топологию сети глазами соседних	Получает общий вид топологии всей сети
маршрутизаторов
Суммирует вектор расстояния от одного	Вычисляет кратчайший путь до других
маршрутизатора к другому	маршрутизаторов
Частые периодические обновления	Обновления инициируются фактом
топологической информации,	изменения топологии; быстрая сходимость
медленная сходимость
Передает копии таблицы маршрутизации	Передает пакеты с информацией об актуальном
только соседним маршрутизаторам	состоянии канала связи всем другим
	маршрутизаторам

Сбалансированная гибридная маршрутизация

Возникающий третий тип протоколов маршрутизации объединяет аспекты маршрутизации по вектору расстояния и маршрутизации с учетом состояния канала связи (рис. 11.28) и

называется сбалансированной гибридной маршрутизацией.

Для определения наилучших путей до сетей назначения протокол сбалансированной гибридной маршрутизации предусматривает использование векторов расстояния с более точной метрикой. Однако он отличается от большинства протоколов маршрутизации по вектору расстояния тем, что обновления базы данных маршрутной информации инициируются фактом изменения топологии.

Протоколы, относящиеся к типу сбалансированной гибридной маршрутизации, сходятся быстрее, приближаясь по этому показателю к протоколам маршрутизации с учетом состояния канала связи. Однако они отличаются от них меньшим потреблением таких ресурсов, как ширина полосы пропускания, объем памяти, и меньшими накладными расходами процессора. Примерами протоколов со сбалансированной гибридной

маршрутизацией являются протокол взаимодействия открытых систем промежуточная система — промежуточная система (OSI Intermediate System — Intermediate System, IS-IS) и

усовершенствованный протокол IGRP (EIGRP) компании Cisco.

Базовые процессы маршрутизации

Вне зависимости от того, использует ли сеть механизмы маршрутизации по вектору расстояния или маршрутизации с учетом состояния канала связи, ее маршрутизаторы должны выполнять одинаковые базовые функции маршрутизации. Сетевой уровень должен устанавливать связь и играть роль интерфейса с различными более низкими уровнями. Маршрутизаторы должны уметь без проблем работать с пакетами, инкапсулированными в различные кадры более низкого уровня, не меняя при этом адресацию пакета уровня 3.

Маршрутизация из одной локальной сети в другую

На рис. 11.29 показан пример выполнения сетевым уровнем роли интерфейса в процессе маршрутизации из одной локальной сети в другую. В этом примере трафику пакетов из источника "хост 4", находящегося в сети 1 Ethernet, нужен путь к пункту назначения "хост 5" в сети 2. Определение наилучшего пути для находящихся в локальных сетях хост-машин зависит от

маршрутизатора и его непротиворечивой адресации сетей.

Проверяя свои записи в таблице маршрутизации, маршрутизатор находит, что наилучший путь к сети 2 пункта назначения лежит через выходной порт ТоО — интерфейс с ЛВС Token Ring.

Хотя формат кадра более низкого уровня должен измениться при коммутировании трафика маршрутизатором из сети 1 Ethernet в сеть 2 Token Ring, адресация источника и пункта назначения уровня 3 остается такой же. Как показано на рис. 11.29, адрес пункта назначения остается "Сеть 2, Хост 5", несмотря на другую инкапсуляцию более низкого уровня.

Маршрутизация из локальной сети в глобальную

Для перенаправления трафика из локальной сети в глобальную сетевой уровень должен устанавливать связь и играть роль интерфейса с различными более низкими уровнями. По мере

роста сетевого комплекса путь пакета может проходить через несколько точек ретрансляции и иметь дело с различными типами канального уровня, стоящими за различными локальными сетями. Например, на рис. 11.30 пакет от показанной вверху рабочей станции с адресом 1.3 должен пройти три типа канальных уровней, чтобы попасть на файл-сервер с адресом 2.4, показанный внизу рисунка.

Маршрутизируемая связь осуществляется в следующей последовательности базовых шагов.

1.Рабочая станция посылает пакет файл-серверу, инкапсулируя его в кадр Token Ring,

адресованный маршрутизатору А.

2.Когда маршрутизатор А получает кадр, он извлекает пакет из кадра Token Ring, ин- капсулирует его в кадр Frame Relay и направляет этот кадр маршрутизатору В.

3.Маршрутизатор В извлекает пакет из кадра Frame Relay и переадресовывает его файл- серверу в составе вновь созданного кадра Ethernet.

4.Когда файл-сервер с адресом 2.4 принимает кадр Ethernet, он извлекает пакет и передает его соответствующему процессу более высокого уровня.

Маршрутизаторы обеспечивают возможность организации потока пакетов из локальной сети в глобальную за счет сохранения неизменными сквозных адресов источника и пункта назначения, инкапсулируя при этом пакет на порту в кадр канального уровня с форматом, соответствующим формату, используемому на следующем переходе пути.

Резюме

•К функциям межсетевого взаимодействия сетевого уровня относятся адресация сетей и выбор наилучшего пути для трафика.

•Маршрутизируемые протоколы направляют трафик пользователей, тогда как протоколы маршрутизации работают между маршрутизаторами, обеспечивая поддержание таблиц путей.

•Режим исследования сети при маршрутизации по вектору расстояния связан с обменом таблицами маршрутизации; одна из возможных проблем — медленная сходимость.

•При маршрутизации с учетом состояния канала связи маршрутизаторы рассчитывают кратчайшие пути к другим маршрутизаторам; одна из возможных проблем — противоречивые пакеты актуализации маршрутной информации.

•Сбалансированная гибридная маршрутизация содержит признаки как маршрутизации с учетом состояния канала связи, так и маршрутизации по вектору расстояния, используя найденные пути для нескольких протоколов.

Контрольные вопросы

1.Какое из приведенных ниже определений наилучшим образом описывает одну из функций уровня 3 (сетевого уровня) модели OSI?

A. Несет ответственность за надежную связь между узлами сети.

B.Его забота — физическая адресация и топология сети.

C.Определяет наилучший путь трафика через сеть.

D.Управляет обменом данными между объектами презентационного уровня.

2.Какая функция позволяет маршрутизаторам оценивать имеющиеся маршруты к пункту назначения и устанавливать предпочтительный способ обработки пакетов?

A.Функция компоновки данных.

B.Функция определения пути.

C.Интерфейсный протокол SDLC.

D. Протокол Frame Relay.

3.Как сетевой уровень посылает пакеты от источника в пункт назначения? A. Используя таблицу IP-маршрутизации.

B.Используя ARP-ответы. C.Обращаясь к серверу имен. D. Обращаясь к мосту.

4.Какие две части адреса используются маршрутизатором для передачи трафика по сети? A. Сетевой адрес и адрес хост-машины.

B.Сетевой адрес и МАС-адрес. C.Адрес хост-машины и МАС-адрес. D. МАС-адрес и маска подсети.

5.Какое из приведенных ниже определений наилучшим образом описывает маршрутизируемый протокол?

A. Обеспечивает достаточно информации, чтобы направить пакет от одной хост-машины к другой.

B.Обеспечивает информацию, необходимую для передачи пакетов вверх на следующий наивысший сетевой уровень.

C.Позволяет маршрутизаторам взаимодействовать с другими маршрутизаторами в целях ведения и обновления таблиц адресов.

D. Позволяет маршрутизаторам связывать вместе MAC- и IP-адрес.

6.Какое из приведенных ниже определений наилучшим образом описывает протокол маршрутизации?

A.Протокол, который выполняет маршрутизацию посредством реализованного в нем алгоритма.

B.Протокол, который определяет, как и когда связываются MAC- и IP-адреса. C.Протокол, который определяет формат и использование полей в пакете данных. D. Протокол, позволяющий пересылать пакеты между хост-машинами.

7.Каково одно из преимуществ алгоритмов, основанных на использовании вектора расстояния?

A.Малая вероятность счета до бесконечности.

B.Легко реализуются в очень больших сетях.

C.Не предрасположены к маршрутизации по кругу.

D.Просты в вычислении.

8. Какое из приведенных ниже определений наилучшим образом описывает алгоритм маршрутизации с учетом состояния канала связи?

A.Воссоздает точную топологию всего сетевого комплекса.

B.Требует минимальных вычислений.

C.Определяет направление и расстояние до любой связи в сетевом комплексе.

D.Имеет небольшие сетевые накладные расходы и уменьшает общий трафик.

9.Из-за чего возникает маршрутизация по кругу?

A.После видоизменения сетевого комплекса имеет место низкая сходимость.

B.Искусственно создаются расщепленные горизонты.

C.Катастрофический отказ сегментов сети приводит к каскадному выходу из строя других сетевых сегментов.

D.Сетевой администратор не установил и не инициировал маршруты по умолчанию. 10. Какое из приведенных ниже определений наилучшим образом описывает сба- лансированную гибридную маршрутизацию?

A.Для определения наилучших путей в ней используются векторы расстояния, но обновления таблиц маршрутизации инициируются фактом изменения топологии.

B.Во время периодов высокого трафика для определения наилучших путей между узлами топологии используются векторы расстояния.

C.Для определения наилучших путей используется информация о топологии, но при этом обновления таблиц маршрутизации происходят не часто.

D.Для определения наилучших путей используется информация о топологии, но при этом для обхода неактивных сетевых каналов применяются векторы расстояния.