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

Важным свойством протокола  является возможность декларации резервного (backup) маршрута. Так, если основной маршрут автономной системы стал недоступен, маршрутизатор переключит поток на этот резервный канал. При этом пользователи сети не должны ожидать момента, когда администратор сети вернется из отпуска, проснется или вернется из кафетерия и сам внесет необходимые коррективы.

Достаточно полезной командой является Netstat, которая позволяет  получить разнообразную информацию о состоянии сети. Существует четыре модификации этой команды:

-a отображает состояния  всех соединений; 
-i отображает значения конфигурационных параметров; 
-r отображает таблицу маршрутов; 
-v отображает статистику обмена локального Ethernet-интерфейса.

Например, команда netstat -r может выдать:

Таблица маршрутизации

Routing tables (таблицы маршрутизации)

Destination	Gateway	Flags	Refcnt	Use	Interface
Stavropol-GW.ITEP.RU	nb	UGHD	0	109	le0
ihep.su	itepgw	UGHD	0	103	le0
m10.ihep.su	itepgw	UGHD	0	16	le0
194.85.66.50	itepgw	UGHD	0	455	le0
Kharkov.ITEP-Kharkov	nb	UGHD	0	105	le0
Bryansk-GW.ITEP.Ru	nb	UGHD	1	8113	le0
193.124.225.67	nb	UGHD	0	0	le0
ixwin.ihep.su	itepgw	UGHD	1	6450	le0
ihep.su	itepgw	UGHD	0	14	le0
192.148.166.21	nb	UGHD	0	109	le0
ihep.su	itepgw	UGHD	0	224	le0
193.124.225.71	nb	UGHD	0	10	le0
194.85.112.0	ITEP-FDDI-BBone.ITEP	UGD	0	253	le0
default	itepgw	UG	10	102497	le0

Здесь приведен только фрагмент маршрутной таблицы. Колонка destination указывает  на конечную точку маршрута (default - маршрут  по умолчанию), колонка gateway - имена маршрутизаторов, через которые достижим адресат. Флаг "U" (Up) свидетельствует о том, что канал в рабочем состоянии. Флаг "G" указывает на то, что маршрут проходит через маршрутизатор (gateway). При этом вторая колонка таблицы содержит имя этого маршрутизатора. Если флаг "G" отсутствует, ЭВМ непосредственно связана с указанной сетью. Флаг "D" указывает на то, что маршрут был добавлен динамически. Если маршрут связан только с конкретной ЭВМ, а не с сетью, он помечается флагом "H" (host), при этом первая колонка таблицы содержит его IP-адрес. Базовая команда netstat может обеспечить следующую информацию:

Active Internet connections (активные  Интернет связи)

Proto	Recv-Q	Send-Q	Local Address	Foreign Address	(state)
tcp	0	0	127.0.0.1.1313	127.0.0.1.sunrpc	TIME_WAIT
tcp	0	0	ns.1312	193.124.18.65.smtp	SYN_SENT
tcp	0	0	127.0.0.1.1311	127.0.0.1.sunrpc	TIME_WAIT
tcp	0	0	ns.1310	ns.domain	TIME_WAIT
tcp	0	0	127.0.0.1.1309	127.0.0.1.sunrpc	TIME_WAIT
tcp	39	24576	ns.nntp	Bryansk-GW.ITEP.1697	ESTABLISHED
tcp	0	0	ns.telnet	semenov.1802	ESTABLISHED
tcp	0	188	ns.1033	xmart.desy.de.6000	ESTABLISHED
udp	0	0	127.0.0.1.domain	*.*
udp	0	0	ns.domain	*.*

 

Active UNIX domain sockets (активные UNIX-соединители домена)

Address	Type	Recv-Q	Send-Q	Vnode	Conn	Refs	Nextref Addr
ff64b38c	stream	0	0	ff13187c	0	0	0 /dev/printer
ff64b28c	dgram	0	0	0	0	0	0
ff64698c	dgram	0	0	ff137fa8	0	0	0 /dev/log

 

6. Протокол маршрутизации OSPF.

Протокол OSPF (Open Shortest Pass First, RFC-1245-48, RFC-1583-1587, std-54, алгоритмы предложены Дикстрой) является альтернативой RIP в качестве внутреннего протокола маршрутизации. OSPF представляет собой протокол состояния маршрута (в качестве метрики используется - коэффициент качества обслуживания). Каждый маршрутизатор обладает полной информацией о состоянии всех интерфейсов всех маршрутизаторов (переключателей) автономной системы. Протокол OSPF реализован в демоне маршрутизации gated, который поддерживает также RIP и внешний протокол маршрутизации BGP.

Автономная система  может быть разделена на несколько  областей, куда могут входить как отдельные ЭВМ, так и целые сети. В этом случае внутренние маршрутизаторы области могут и не иметь информации о топологии остальной части AS. Сеть обычно имеет выделенный (designated) маршрутизатор, который является источником маршрутной информации для остальных маршрутизаторов AS. Каждый маршрутизатор самостоятельно решает задачу оптимизации маршрутов. Если к месту назначения ведут два или более эквивалентных маршрута, информационный поток будет поделен между ними поровну. Переходные процессы в OSPF завершаются быстрее, чем в RIP. В процессе выбора оптимального маршрута анализируется ориентированный граф сети. Ниже описан алгоритм Дикстры по выбору оптимального пути. На иллюстративном рис. 6.1 приведена схема узлов (A-J) со значениями метрики для каждого из отрезков пути. Анализ графа начинается с узла A (Старт). Пути с наименьшим суммарным значением метрики считаются наилучшими. Именно они оказываются выбранными в результате рассмотрения графа (“кратчайшие пути“).

 

 

 

 

Алгоритм Дикстры (Дэйкстры)

Рис. 6.1 Иллюстрация работы алгоритма Дикстры

Ниже дается формальное описание алгоритма. Сначала вводим некоторые определения.

Пусть D(v) равно сумме весов связей для данного пути. 
Пусть c(i,j) равно весу связи между узлами с номерами i и j.

Далее следует последовательность шагов, реализующих алгоритм.

Устанавливаем множество  узлов N = {1}.

Для каждого узла v не из множества n устанавливаем D(v)= c(1,v).

Для каждого шага находим узел w не из множества N, для которого D(w) минимально, и добавляем узел w в множество N.

Актуализируем D(v) для всех узлов не из множества N  
D(v)=min{D(v), D(v)+c(w,v)}.

Повторяем шаги 2-4, пока все  узлы не окажутся в множестве N.

Топология маршрутов для узла a приведена на нижней части рис. 6.1. В скобках записаны числа, характеризующие метрику отобранного маршрута согласно критерию пункта 3.

 

 

Таблица 6.1. Реализация алгоритма

	Множество	Метрика связи узла a с узлами
Шаг	N	B	C	D	E	F	G	H	I	J
0	{A}	3	-	9	-	-	-	-	-	-
1	{A,B}	(3)	4	9	7	-	10	-	-	-
2	{A,B,C}	3	(4)	6	6	10	10	8	-	14
3	{A,BC,D}	3	4	(6)	6	10	10	8	9	14
4	{A,B,C,D,E}	3	4	6	(6)	10	10	8	9	14
5	{A,B,C,D,E,H}	3	4	6	6	10	10	(8)	9	14
6	{A,B,C,D,E,H,I}	3	4	6	6	10	10	8	(9)	14
7	{A,B,C,D,E,H,I,F}	3	4	6	6	(10)	10	8	9	14
8	{A,B,C,D,E,H,I,F,G}	3	4	6	6	10	(10)	8	9	14
9	{A,B,C,D,E,H,I,F,G,J}	3	4	6	6	10	10	8	9	(14)

Таблица 6.1 может иметь совершенно иное содержимое для какого-то другого вида сервиса, выбранные пути при этом могут иметь другую топологию. Качество сервиса (QoS) может характеризоваться следующими параметрами:

пропускной способностью канала;

задержкой (время распространения  пакета);

числом дейтограмм, стоящих  в очереди для передачи;

загрузкой канала;

требованиями безопасности;

типом трафика;

числом шагов до цели;

возможностями промежуточных  связей (например, многовариантность  достижения адресата).

Базовые особенности  учета состояния канала

Определяющими являются три характеристики: задержка, пропускная способность и надежность. Для транспортных целей OSPF использует IP непосредственно, т.е. не привлекает протоколы UDP или TCP. OSPF имеет свой код (89) в протокольном поле IP-заголовка. Код TOS (type of service) в IP-пакетах, содержащих OSPF-сообщения, равен нулю, значение TOS здесь задается в самих пакетах OSPF. Маршрутизация в этом протоколе определяется IP-адресом и типом сервиса. Так как протокол не требует инкапсуляции пакетов, сильно облегчается управление сетями с большим количеством бриджей и сложной топологией (исключается циркуляция пакетов, сокращается транзитный трафик). Автономная система может быть поделена на отдельные области, каждая из которых становится объектом маршрутизации, а внутренняя структура снаружи не видна (узлы на рис. 6.1 могут представлять собой как отдельные ЭВМ или маршрутизаторы, так и целые сети). Этот прием позволяет значительно сократить необходимый объем маршрутной базы данных. В OSPF используется термин опорной сети (backbone) для коммуникаций между выделенными областями. Протокол работает лишь в пределах автономной системы. В пределах выделенной области может работать свой протокол маршрутизации.

Выделенные области  маршрутизации OSPF

Рис. 6.2 Пример выделения областей при OSPF маршрутизации в автономной системе (М - маршрутизаторы; c - сети).

На рис 6.2 (см. также рис. 6.1) приведен пример выделения областей маршрутизации при OSPF-маршрутизации в пределах автономной системы. На рис. 6.2 маршрутизаторы М4 и М2 выполняют функция опорной сети для других областей. В выделенных областях может быть любое число маршрутизаторов. Более толстыми линиями выделены связи с другими автономными системами.

При передаче OSPF-пакетов  фрагментация не желательна, но не запрещается. Для передачи статусной информации OSPF использует широковещательные сообщения Hello. Для повышения безопасности предусмотрена авторизация процедур. OSPF-протокол требует резервирования двух мультикастинг-адресов:

Зарезервированные мультикаст-адреса

224.0.0.5	предназначен для обращения ко всем маршрутизаторам, поддерживающим этот протокол.
224.0.0.6	служит для обращения  к специально выделенному маршрутизатору.

Любое сообщение OSPF начинается с 24-октетного заголовка:

Форматы заголовков сообщений OSPF

Рис. 6.3 Формат заголовка сообщений для протокола маршрутизации OSPF

Поле версия определяет версию протокола (= 2). Поле тип идентифицирует функцию сообщения согласно таблице 6.2:

Таблица 6.2. Коды поля тип

Тип	Значение
1	Hello (используется для  проверки доступности маршрутизатора).
2	Описание базы данных (топология).
3	Запрос состояния канала.
4	Изменение состояния  канала.
5	Подтверждение получения  сообщения о статусе канала.

Поле длина пакета определяет длину блока в октетах, включая заголовок. Идентификатор области - 32-битный код, идентифицирующий область, которой данный пакет принадлежит. Все OSPF-пакеты ассоциируются с той или иной областью. Большинство из них не преодолевает более одного шага. Пакеты, путешествующие по виртуальным каналам, помечаются идентификатором опорной области (backbone) 0.0.0.0. Поле контрольная сумма содержит контрольную сумму IP-пакета, включая поле типа идентификации. Контрольное суммирование производится по модулю 1. Поле тип идентификации может принимать значения 0 при отсутствии контроля доступа, и 1 при наличии контроля. В дальнейшем функции поля будут расширены. Важную функцию в OSPF-сообщениях выполняет одно-октетное поле опции, оно присутствует в сообщениях типа Hello, объявление состояния канала и описание базы данных. Особую роль в этом поле играют младшие биты E и Т:

Бит E характеризует возможность  внешней маршрутизации и имеет значение только в сообщениях типа Hello, в остальных сообщениях этот бит должен быть обнулен. Если E=0, то данный маршрутизатор не будет посылать или принимать маршрутную информацию от внешних автономных систем. Бит T определяет сервисные возможности маршрутизатора (TOS). Если T=0, это означает, что маршрутизатор поддерживает только один вид услуг (TOS=0) и он не пригоден для маршрутизации с учетом вида услуг. Такие маршрутизаторы, как правило, не используются для транзитного трафика.

Протокол OSPF использует сообщение типа Hello для взаимообмена данными между соседними маршрутизаторами. Структура пакетов этого типа показана на рис. 6.4.

Рис. 6.4 Формат сообщения Hello в протоколе OSPF

Поле сетевая маска соответствует маске субсети данного интерфейса. Например, если интерфейс принадлежит сети класса B и третий байт служит для выделения нужной субсети, то сетевая маска будет иметь вид 0xFFFFFF00.

Поле время между Hello содержит значение времени в секундах, между сообщениями Hello. Поле опции характеризует возможности, которые предоставляет данный маршрутизатор. Поле приоритет характеризует уровень приоритета маршрутизатора (целое положительное число), используется при выборе резервного (backup) маршрутизатора. Если приоритет равен нулю, данный маршрутизатор никогда не будет использован в качестве резервного. Поле время отключения маршрутизатора определяет временной интервал в секундах, по истечении которого "молчащий" маршрутизатор считается вышедшим из строя. IP-адреса маршрутизаторов, записанные в последующих полях, указывают место, куда следует послать данное сообщение. Поля IP-адрес соседа k образуют список адресов соседних маршрутизаторов, откуда за последнее время были получены сообщения Hello.