Маршрутизация в TCP/IP Лекция 4. Маршрутизация – процесс определения пути передачи данных от узла-отправителя к узлу-получателю через промежуточные узлы. - презентация

1 Маршрутизация в TCP/IP Лекция 4

2 Маршрутизация – процесс определения пути передачи данных от узла-отправителя к узлу-получателю через промежуточные узлы и последующего перенаправления пакета. Самый сложный процесс в сетях с коммутацией пакетов. Состоит из следующих действий: - расчет таблицы маршрутизации; - анализ IP-адреса получателя в заголовке пакета; - определение кратчайшего пути до узла-получателя по таблице маршрутизации; - отсылка пакета на следующий узел. В основе ВСЕХ протоколов маршрутизации лежит один из двух алгоритмов нахождения кратчайшего пути: -алгоритм Беллмана-Форда; -алгоритм Дейкстры.

3 Типы маршрутизации: - по взаимодействию с другими узлами: внутренняя – для связи внутри одной крупной сети (например, корпоративной или зоновой). внешняя – для связи между различными независимыми сетями, обычно сложнее по реализации. -по типу обслуживания: ориентирована на показатели качества обслуживания, т.е. маршрутизирует трафик в зависимости от его типа. Также называется QoS-маршрутизацией. -по критерию определения длины маршрута: по наименьшему числу шагов, по наименьшему времени доставки или по совокупности критериев (число шагов, ширина полосы пропускания, надежность и т.п.)

4 Таблицы маршрутизации хранятся и рассчитываются на маршрутизаторах, по принципам формирования разделяются на: -статические: прописываются вручную системным администратором, изменяются по мере необходимости (например, подключения нового узла) тоже вручную. Таким образом, подходят для небольших сетей. -динамические: изменяются регулярно в автоматическом режиме, зависят от текущего состояния сети. Используются в крупных сетях, например, региональных. -центральных статических таблиц: таблица маршрутизации рассчитывается на центральном узле, после чего рассылается узлам-получателям в статическом виде. Используется в относительно крупных сетях, но создает дополнительный служебный трафик.

5 Протоколы внутренней маршрутизации Общее название протоколов внутренней маршрутизации: IGP – Interior Gateway Protocol. Общие свойства: В случае наличия нескольких маршрутов с одинаковыми метриками, обычно выбирается один. Для обеспечения возможности использования остальных в качестве обходных требуется дополнительная настройка. В силу различия технологий и топологий один и тот же маршрутизатор может использовать различные протоколы для связи в рамках домашней сети с остальными внутренними маршрутизаторами и для взаимодействия с другими сетями.

6 Основные протоколы внутренней маршрутизации: RIP (Routing Information Protocol) – наиболее активно используется в небольших сетях (ограничение на количество маршрутизаторов – 15 во избежание образования петель). В основе лежит алгоритм Беллмана-Форда. Маршрутизатор посылает обновление каждые 30 с. Обновление – это сообщение, содержащее IP-адрес подсети и расстояние до нее (определяется по числу узлов). Если в течение 180 с. не приходит обновление на маршрут, то он считается недействительным. Недостатки: 1.ограничение на размер сети. 2. использование в качестве критерия количества узлов, что может привести к образованию петель и нахождению неоптимального маршрута.

7 Пример работы RIP УзелДо узлаЧерез узел Длина C:C:AB2 BB1 DD1 EB2 УзелДо узла Через узел Длина А:BB1 CB2 DC3 EB2 A E C D B Пример фрагмента сети Таблица маршрутизации УзелДо узла Через узел Длина B:B:AA1 CC1 DC2 EB1

8 HELLO - устарел, но считается прообразом современных протоколов маршрутизации. Основан на алгоритме Беллмана- Форда. В качестве критерия использует время доставки пакета. Основные функции: 1. синхронизирует работу удаленных узлов. 2. определяет маршруты, кратчайшие по задержке. Недостаток: низкая стабильность работы, дополнительная нагрузка на центральный процессор, образование петель в силу быстрого изменения ситуации на сети. УзелДо узлаЧерез узел Длина E:E:AB2 BB1 CB2 DD1 УзелДо узлаЧерез узел Длина D:D:AE3 BE2 CC1 EE1

9 Проблемы перехода к QoS-маршрутизации Необходимость учитывать не только количество переходов, но и другие параметры сети (задержки, пропускную способность, интенсивность трафика и проч.) Необходимость маршрутизировать трафик в зависимости от типа и приоритета. Необходимость поддержки балансировки нагрузки A B C DE Путь с поддержкой балансировки Путь без поддержки балансировки

10 Протоколы QoS-маршрутизации OSPF – разработка IETF. Основан на алгоритме Дейкстры. Протокол, который может использоваться и для внутренней, и для внешней маршрутизации. IS-IS – разработка ITU-T. Основан на алгоритме Дейкстры. Функционально аналогичен OSPF. Исторически так сложилось, что используется достаточно редко. Современные маршрутизаторы обычно поддерживают оба этих протокола.

11 OSPF – Open Shortest Path First В качестве критерия использует стоимостную метрику, включающую в себя такие показатели, как скорость передачи, надежность, ширина полосы пропускания, задержка, количество узлов и т.д. Рассылает обновления раз в 4 с., но маршрут действителен до тех пор, пока не придет сообщение о его недопустимости. Все маршрутизаторы OSPF имеют стандартные IP- адреса: – основные и – резервные. Недостаток: громоздкость протокола и требовательность к вычислительной мощности процессора маршрутизатора.

12 Особенности OSPF Таблица маршрутизации рассчитывается на каждом маршрутизаторе, что позволяет уменьшить количество служебного трафика. Поддерживает лавинную маршрутизацию. Относится к разряду протоколов QoS-маршрутизации (поддерживает до 8 типов трафика). Поддерживает балансировку нагрузки. Поддерживает аутентификацию. Поддерживает классовую и бесклассовую маршрутизацию (рассылка маски). Позволяет разделять автономную систему на зоны, изолированные друг от друга.

13 Типы маршрутизаторов OSPF Поддерживает 4 типа маршрутизаторов: –Internal (внутренний): соединяет различные сегменты внутри одной автономной зоны (крупной корпоративной сети, например). –Border (внешний, для взаимодействия зон): соединяет различные автономные зоны, например, подсети субпровайдеров с сетью оператора. –Backbone (маршрутизатор опорной сети): на них строится магистральная сеть оператора. –Boundary (межсетевой): для маршрутизации между сетями операторов. Но чаще всего для этих целей используется протокол BGP

14 Типы сообщений OSPF: –Hello –Описание БД –Запрос –Объявление (таблица маршрутизации) –Квитанция Формат OSPF-заголовка Идентификатор маршрута (32) Идентификатор зоны (32) Контр. Сумма (16)Тип аутентификации (16) версияДлина пакета (16)Тип сообщения Данные аутентификации (64)

15 Пример работы протокола OSPF A E C D B Пример фрагмента сети Метрика: является результатом совокупности характеристик канала (OSPF относится к протоколам, ориентированным на состояние канала) BCDE A3--- A,B38-7 A,B,Е3817 A,B,Е,D38107

16 Описание алгоритма Дейкстры А D Шаг 1: из А кратчайший путь в В (и единственный). Добавляем В в множество узлов. {А,В} Шаг 2: Из В кратчайший путь в Е (7). Можем попасть в С (8). {А,В,Е} Шаг 3: Через Е можем попасть в D, метрика равна 11. Рассматриваем все возможные варианты, поэтому проверяем путь через С: {А,В,Е,С} Шаг 4: При расчете через С в D получаем метрику равную 10, что меньше предыдущего значения. Заменяем его. Таким образом, оптимальный путь A->С->D.

17 Протокол внешней маршрутизации BGP BGP – Border Gateway Protocol. Обеспечивает взаимосвязь между независимыми сетями. Использует рассылку только обновлений. Содержит ряд функций, повышающий безопасность (например, аутетинфикацию пользователя). Обеспечивает контроль за правильностью работы маршрутизаторов и сетевых соединений. В качестве протокола транспортного уровня использует ТСР. Обновления рассылаются каждые 4 с. Сеть 1 Сеть 2 BGP

18 Особенности BGP: Использует принцип ближайшего соседа Вместе с адресом отсылает его маску для идентификации узла. Позволяет осуществлять настройку политики маршрутизации (различать пользователей) Распространяет информацию о достижимости – о расположенных внутри автономной системы получателях. Относится одновременно к дистанционно-векторным протоколам и протоколам на основе состояния соединения. Контролирует взаимодействие одноранговых маршрутизаторов (спикеров BGP) для исключения рассылки противоречивой информации.

19 Основные типы сообщений BGP Open – открыть - инициализация взаимодействия Update – обновить – обновляет маршрутную информацию Notification – известить – ответ на неверное сообщение Keepalive – проверить – проверка возможности соединения между двумя BGP-спикерами Сообщение BGP минимум 20 байт, максимум 4096 байт. Содержит поля: маркер, длина, тип, номер версии, номер автономной системы, время удержания соединения, идентификатор сообщения, длина поля параметров, параметры (необязательное, имеет переменную длину, используется при настройке BGP).

20 Заголовок сообщений BGP маркер длинатип Сообщение BGP всех типов имеют общий стандарт заголовка. Маркер – специальная комбинация, служащая для обозначения начала сообщения. Назначается по взаимной договоренности маршрутизаторов, участвующих в обмене информацией. Размер маркера 16 байт. Длина – значение от 19 до 4096 Тип – один из 4х (см. предыдущий слайд). Каждый тип сообщения BGP имеет свой формат.

21 Протоколы маршрутизации ПротоколАлгоритмФункциональность RIP Беллмана- Форда Для небольших сетей. Плохо масштабируем. Низкая сходимость IS-IS По состоянию канала Для глобальных сетей, MPLS. Распространен слабо. Рекомендация ITU-T. OSPF По состоянию канала Для сетей различного масштаба, MPLS. Активно используется. Рекомендация IETF. BGP Беллмана- Форда Для внешней (межсетевой) маршрутизации. Разработка Cisco