Разработка информационного компонента протокола маршрутизации RIP/RIPv2,BGP-4, OSPF

Заметим, что на время  распространения информации о недоступности  сети А, станет недоступна сеть С из-за циклического обмена пакетами между  маршрутизаторами GW1 и GW2 (см. рис. 4.1).

Проблема может быть решена следующим образом. Маршрутизатор запоминает, через какой интерфейс получена маршрутная информация, и через этот интерфейс эту информацию уже не передает. В рассмотренном выше примере GW2 не станет посылать информацию о пути к сети А маршрутизатору GW1, от которого он получил эти данные. В этом случае в маршрутной таблице GW1 путь до А исчезнет сразу. Остальные маршрутизаторы узнают о недостижимости сети А через несколько циклов. Существуют и другие пути преодоления медленных переходных процессов. Если производится оповещение о коротком пути, все узлы-получатели воспринимают эти данные немедленно. Если же маршрутизатор закрывает какой-то путь, его отмена фиксируется остальными лишь по тайм-ауту. Универсальным методом исключения ошибок при маршрутизации является использование достаточно большой выдержки, перед тем как использовать информацию об изменении маршрутов. В этом случае к моменту изменения маршрута эта информация станет доступной всем участникам процесса маршрутизации. Но все перечисленные методы и некоторые другие известные алгоритмы, решая одну проблему, часто вносят другие. Многие из этих методов могут при определенных условиях вызвать лавину широковещательных сообщений, что также дезорганизует сеть. Именно малая скорость установления маршрутов в RIP (и других протоколах, ориентированных на вектор расстояния) и является причиной их постепенного вытеснения другими протоколами.

Но даже усовершенствование, изложенное выше, не всегда срабатывает. На рис. 4.1а приведен пример, когда  переходной процесс, несмотря на усовершенствование будет идти долго. При обрыве связи В-Г узлы А и Б сообщают узлу В, что они потеряли связь с узлом Г. Узел В делает вывод, что Г не достижим, о чем и сообщает узлам А и Б. К сожалению А знает, что Б имеет проход к Г длиной 2, из чего он делает вывод о достижимости Г за три шага. Аналогично рассуждает Б о возможности достижимости Г через А. Далее при последующих рассылках метрика доступности Г, характеризуется все большими значениями, до тех пор пока не станет равной "бесконечности".

 
Рис. 4.1а. Пример топологии, где переходной процесс осуществляется медленно, даже при усовершенствовании алгоритма.

В RIP сообщения инкапсулируются  в udp-дейтограммы, при этом передача осуществляется через порт 520. В качестве метрики RIP использует число шагов до цели. Если между отправителем и приемником расположено три маршрутизатора (gateway), считается, что между ними 4 шага. Такой вид метрики не учитывает различий в пропускной способности или загруженности отдельных сегментов сети. Применение вектора расстояния не может гарантировать оптимальность выбора маршрута, ведь, например, два шага по сегментам сети ethernet обеспечат большую пропускную способность, чем один шаг через последовательный канал на основе интерфейса RS-232.

Маршрут по умолчанию  имеет адрес 0.0.0.0 (это верно и  для других протоколов маршрутизации). Каждому маршруту ставится в соответствие таймер тайм-аута и "сборщика мусора". Тайм-аут-таймер сбрасывается каждый раз, когда маршрут инициализируется или корректируется. Если со времени последней коррекции прошло 3 минуты или получено сообщение о том, что вектор расстояния равен 16, маршрут считается закрытым. Но запись о нем не стирается, пока не истечет время "уборки мусора" (2мин). При появлении эквивалентного маршрута переключения на него не происходит, таким образом, блокируется возможность осцилляции между двумя или более равноценными маршрутами. Формат сообщения протокола RIP имеет вид, показанный на рис. 4.2. Поле команда определяет выбор согласно следующей таблице:

Таблица 4.1. Значения кодов  поля команда

Команда	Значение
1	Запрос на получение  частичной или полной маршрутной информации;
2	Отклик, содержащий информацию о расстояниях из маршрутной таблицы отправителя;
3	Включение режима трассировки (устарело);
4	Выключение режима трассировки (устарело);
5-6	Зарезервированы для  внутренних целей sun microsystem.

Поле версия для RIP равно 1 (для RIP-2 двум). Поле набор протоколов сети i определяет набор протоколов, которые используются в соответствующей сети (для Интернет это поле имеет значение 2). Поле расстояние до сети i содержит целое число шагов (от 1 до 15) до данной сети. В одном сообщении может присутствовать информация о 25 маршрутах. При реализации RIP можно выделить следующие режимы:

Инициализация, определение всех "живых" интерфейсов путем посылки запросов, получение таблиц маршрутизации от других маршрутизаторов. Часто используются широковещательные запросы.

Получен запрос. В зависимости от типа запроса высылается адресату полная таблица маршрутизации, или проводится индивидуальная обработка.

Получен отклик. Проводится коррекция таблицы маршрутизации (удаление, исправление, добавление).

Рис. 4.2. Формат сообщения RIP.

Регулярные  коррекции. Каждые 30 секунд вся или часть таблицы маршрутизации посылается всем соседним маршрутизаторам. Могут посылаться и специальные запросы при локальном изменении таблицы. RIP достаточно простой протокол, но, к сожалению не лишенный недостатков:

RIP не работает с  адресами субсетей. Если нормальный 16-бит идентификатор ЭВМ класса B не равен 0, RIP не может определить  является ли не нулевая часть  cубсетевым ID, или полным IP-адресом.

RIP требует много времени для восстановления связи после сбоя в маршрутизаторе (минуты). В процессе установления режима возможны циклы.

Число шагов важный, но не единственный параметр маршрута, да и 15 шагов не предел для современных  сетей.

Протокол RIP-2 (RFC-1388, 1993 год) является новой версией RIP, которая в дополнение к широковещательному режиму поддерживает мультикастинг; позволяет работать с масками субсетей. На рис. 4.3 представлен формат сообщения для протокола RIP-2. Поле маршрутный демон является идентификатором резидентной программы-маршрутизатора.  Поле метка маршрута используется для поддержки внешних протоколов маршрутизации, сюда записываются коды автономных систем. При необходимости управления доступом можно использовать первые 20 байт с кодом набора протоколов сети 0xFFFF и меткой маршрута =2. Тогда в остальные 16 байт можно записать пароль.

Рис. 4.3 Формат сообщений  протокола RIP-2

Проблемы аутентификации в протоколе RIP-2 c использованием дайджестов MD5 обсуждаются в документе RFC-2082

 

 

5. Протокол маршрутизации BGP (BGP-4)

Протокол BGP (RFC-1267 BGP-3; RFC-1665; RFC-1467 BGP-4; -1771, -1863, -1997, -2439, -2545, -2796, -2858, -2918, -3065, -3107, -3392) разработан компаниями IBM и CISCO. Главная цель BGP - сократить транзитный трафик. Местный трафик либо начинается, либо завершается в автономной системе (AS); в противном случае - это транзитный трафик. Системы без транзитного трафика не нуждаются в BGP (им достаточно EGP для общения с транзитными узлами). Но не всякая ЭВМ, использующая протокол BGP, является маршрутизатором, даже если она обменивается маршрутной информацией с пограничным маршрутизатором соседней автономной системы. AS передает информацию только о маршрутах, которыми она сама пользуется. BGP-маршрутизаторы обмениваются сообщениями об изменении маршрутов (UPDATE-сообщения, рис. 5.1). Максимальная длина таких сообщений составляет 4096 октетов, а минимальная 19 октетов. Каждое сообщение имеет заголовок фиксированного размера. Объем информационных полей зависит от типа сообщения.

Здесь уместно заметить, что Интернет - это клуб джентльменов. Очень многие узлы пропускают через себя значительный транзитный трафик, который ограничивает возможности непосредственных клиентов узла. Как правило, этот трафик никак не оплачивается. Администраторы могут в рамках протокола BGP существенно ограничить или даже исключить такой транзитный трафик, но они обычно этого не делают, понимая, что их клиенты создают такой же транзитный трафик для других узлов. Эгоистичное поведение администраторов развалило бы сеть Интернет на ряд враждующих феодальных крепостей.

 

 

 

 

 

Формат BGP-сообщений об изменениях маршрутов

Рис. 5.1. Формат BGP-сообщений об изменениях маршрутов

Поле маркер содержит 16 октетов и его содержимое может легко интерпретироваться получателем. Если тип сообщения "OPEN", или если код идентификации в сообщении open равен нулю, то поле маркер должно быть заполнено единицами. Маркер может использоваться для обнаружения потери синхронизации в работе BGP-партнеров. Поле длина имеет два октета и определяет общую длину сообщения в октетах, включая заголовок. Значение этого поля должно лежать в пределах 19-4096. Поле тип представляет собой код разновидности сообщения и может принимать следующие значения:

1	OPEN	(открыть)
2	UPDATE	(изменить)
3	NOTIFICATION	(внимание)
4	KEEPALIVE	(еще жив)

BGP отличается от RIP и  OSPF тем, что использует TCP в качестве  транспортного протокола. Две системы, использующие BGP, связываются друг с другом и пересылают посредством TCP полные таблицы маршрутизации.

После того как связь на транспортном протокольном уровне установлена, первое сообщение, которое должно быть послано  - это OPEN. При успешном прохождении этого сообщения партнер должен откликнуться сообщением KEEPALIVE ("Еще жив"). После этого возможны любые сообщения. Кроме заголовка сообщение open содержит следующие поля (рис. 5.2):

 

Формат сообщения open

Рис. 5.2 Формат сообщения open

Поле версия описывает код версии используемого протокола, на сегодня для BGP он равен 4. Двух-октетное поле моя автономная система определяет код AS отправителя. Поле время сохранения характеризует время в секундах, которое отправитель предлагает занести в таймер сохранения. После получения сообщения OPEN BGP-маршрутизатор должен выбрать значение времени сохранения. Обычно выбирается меньшее из полученного в сообщении open и значения, определенного при конфигурации системы (0-3сек). Время сохранения определяет максимальное время в секундах между сообщениями KEEPALIVE и UPDATE или между двумя UPDATE-сообщениями. Каждому узлу в рамках BGP приписывается 4-октетный идентификатор (BGP-identifier, задается при инсталляции и идентичен для всех интерфейсов локальной сети). Если два узла установили два канала связи друг с другом, то согласно правилам должен будет сохранен канал, начинающийся в узле, BGP-идентификатор которого больше. Предусмотрен механизм разрешения проблемы при равных идентификаторах.

Одно-октетный код идентификации  позволяет организовать систему  доступа, если он равен нулю, маркер всех сообщений заполняется единицами, а поле идентификационных данных должно иметь нулевую длину. При неравном нулю коде идентификации должна быть определена процедура доступа и алгоритм вычисления кодов поля маркера. Длина поля идентификационных данных определяется по формуле:

Длина сообщения = 29 + длина  поля идентификационных данных. 
Минимальная длина сообщения open составляет 29 октетов, включая заголовок.

Сообщения типа UPDATE (изменения) используются для передачи маршрутной информации между BGP-партнерами. Этот тип  сообщения позволяет сообщить об одном новом маршруте или объявить о закрытии группы маршрутов, причем объявление об открытии нового и закрытии старых маршрутов возможно в пределах одного сообщения. Сообщение UPDATE всегда содержит стандартный заголовок и может содержать другие поля в соответствии со схемой:

Формат update-сообщения

Рис. 5.3 Формат update-сообщения

Если длина списка отмененных маршрутов равна нулю, ни один маршрут не отменен, а поле отмененные маршруты в сообщении  отсутствует. Поле отмененные маршруты имеет переменную длину и содержит список IP-адресных префиксов маршрутов, которые стали недоступны. Каждая такая запись имеет формат:

Длина префикса (в битах), равная нулю означает, что префикс соответствует всем IP-адресам, а сам имеет нулевой размер. Поле префикс содержит IP-адресные префиксы, за которыми следуют разряды, дополняющие их до полного числа октетов. Значения этих двоичных разрядов смысла не имеют.

Нулевое значение полной длины списка атрибутов пути говорит  о том, что информация о доступности  сетевого уровня в UPDATE-сообщении отсутствует. Список атрибутов пути присутствует в любом UPDATE-сообщении. Этот список имеет переменную длину, а каждый атрибут содержит три составные части: тип атрибута, длину атрибута и значение атрибута. Тип атрибута представляет собой двух-октетное поле со структурой:

Старший бит (бит0) поля флаги атрибута определяет, является ли атрибут опционным (бит0=1) или стандартным (well-known, бит0=0). Бит 1 этого поля определяет, является ли атрибут переходным (бит1=1) или непереходным (бит1=0). Для обычных атрибутов этот бит должен быть равен 1. Третий бит (бит 2) поля Флагов атрибута определяет, является ли информация в опционном переходном атрибуте полной (бит2=0) или частичной (бит2=1). Для обычных и для опционных непереходных атрибутов этот бит должен быть равен нулю. Бит 3 поля флагов атрибута информирует о том, имеет ли длина атрибута один (бит3=0) октет или два октета (бит3=1). Бит3 может быть равен 1 только в случае, когда длина атрибута более 255 октетов. Младшие 4 бита октета флагов атрибута не используются (и должны обнуляться). Если бит3=0, то третий октет атрибута пути содержит длину поля данных атрибута в октетах. Если же бит3=1, то третий и четвертый октеты атрибута пути хранят длину поля данных атрибута. Остальные октеты поля атрибут пути характеризуют значение атрибута и интерпретируются согласно флагам атрибута.

Атрибуты пути бывают "стандартные обязательные" (well-known mandatory), "стандартные на усмотрение оператора", "опционные переходные" и "опционные непереходные". Стандартные  атрибуты должны распознаваться любыми BGP-приложениями. Опционные атрибуты могут не распознаваться некоторыми приложениями. Обработка нераспознанных атрибутов задается битом 1 поля флагов. Пути с нераспознанными переходными опционными атрибутами должны восприниматься, как рабочие. Один и тот же атрибут может появляться в списке атрибутов пути только один раз.

Разновидности кодов  типа атрибута