Протоколи маршрутної обміну інформацією стека TCP/IP

Всі протоколи обміну маршрутної інформацією стека TCP/IP відносяться до класу адаптивних протоколів, які в свою чергу діляться на дві групи, кожна з яких пов'язана з одним із наступних типів алгоритмів:  дистанційно-векторний алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),        алгоритм стану зв'язків (Link State Algorithms, LSA).

В алгоритмах дистанційно-векторного типу кожен маршрутизатор періодично і широкомовно розсилає по мережі вектор відстаней від себе до всі відомі йому мереж. Під відстанню зазвичай розуміється число проміжних маршрутизаторів через які пакет повинен пройти перш, ніж потрапить у відповідну мережу. Може використовуватися і інша метрика, що враховує не тільки число перевалочних пунктів, але й час проходження пакетів по зв'язку між сусідніми маршрутизаторами. Одержавши вектор від сусіднього маршрутизатора, кожен маршрутизатор додає до нього інформацію про відомі йому інших мережах, про які він дізнався безпосередньо (якщо вони підключені до його портів) або з аналогічних оголошень інших маршрутизаторів, а потім знову розсилає нове значення вектора по мережі. Врешті-решт, кожен маршрутизатор дізнається інформацію про наявні в інтермережі мережах і про відстань до них через сусідні маршрутизатори.

Дистанційно-векторні алгоритми добре працюють тільки в невеликих мережах. У великих мережах вони засмічують лінії зв'язку інтенсивним широкомовним трафіком, до того ж зміни конфігурації можуть відпрацьовуватися з цього алгоритму не завжди коректно, так як маршрутизатори не мають точного уявлення про топології зв'язків у мережі, а в своєму розпорядженні лише узагальненою інформацією - вектором дистанцій, до того ж отриманої через посередників. Робота маршрутизатора в Відповідно до дистанційно-векторних протоколом нагадує роботу моста, так як точної топологічної картини мережі такий маршрутизатор не має.

Найбільш поширеним протоколом, заснованим на дистанційно-векторному алгоритмі, є протокол RIP.

Алгоритми стану зв'язків забезпечують кожен маршрутизатор інформацією, достатньою для побудови точного графа зв'язків мережі. Всі маршрутизатори працюють на підставі однакових графів, що робить процес маршрутизації більш стійким до змін конфігурації. Широкомовна розсилка використовується тут тільки при змінах стану зв'язків, що відбувається в надійних мережах не так часто.

Для того, щоб зрозуміти, в якому стані знаходяться лінії зв'язку, підключені до його портів, маршрутизатор періодично обмінюється короткими пакетами зі своїми найближчими сусідами. Цей трафік також широкомовна, але він циркулює тільки між сусідами і тому не так засмічує мережу.

Протоколом, заснованим на алгоритмі стану зв'язків, у стеку TCP/IP є протокол OSPF. Дистанційно-векторний протокол RIP

Протокол RIP (Routing Information Protocol) являє собою один з найстаріших протоколів обміну маршрутної інформацією, проте він до цих пір надзвичайно поширена в обчислювальних мережах. Крім версії RIP для мереж TCP/IP, існує також версія RIP для мереж IPX/SPX компанії Novell.

У цьому протоколі всі мережі мають номери (спосіб утворення номера залежить від використовуваного в мережі протоколу мережевого рівня), а всі маршрутизатори -- ідентифікатори. Протокол RIP широко використовує поняття "вектор відстаней". Вектор відстаней являє собою набір пар чисел, що є номерами мереж і відстанями до них в хопах.

Вектора відстаней ітераційно поширюються маршрутизаторами по мережі, і через кілька кроків кожен маршрутизатор має дані про досяжних для нього мережах і про відстані до них. Якщо зв'язок з будь-якою мережею обривається, то маршрутизатор відзначає цей факт тим, що привласнює елементу вектора, відповідного відстані до цієї мережі, максимально можливе значення, яке має спеціальний зміст - "зв'язку немає". Таким значенням в протоколі RIP є число 16.

На малюнку 8.1 приведений приклад мережі, що складається з шести маршрутизаторів, що мають ідентифікаційні номери від 1 до 6, і з шести мереж від A до F, утворених прямими зв'язками типу "точка-точка".

Рис. 8.1. Обмін маршрутної інформацією по протоколу RIP

На малюнку наведена початкова інформація, що міститься в топологічної базі маршрутизатора 2, а також інформація в цій же базі після двох ітерацій обміну маршрутними пакетами протоколу RIP. Після певного числа ітерацій маршрутизатор 2 буде знати про відстані до всіх мереж інтермережі, причому в нього може бути кілька альтернативних варіантів відправки пакета до мережі призначення. Нехай у нашому прикладі мережею призначення є мережа D.

При необхідності відправити пакет в мережу D маршрутизатор переглядає свою базу даних маршрутів і вибирає порт, що має найменшу відстані до мережі призначення (у цьому випадку порт, що зв'язує його з маршрутизатором 3).

Для адаптації до зміни стану зв'язків і обладнання з кожним записом таблиці маршрутизації пов'язаний таймер. Якщо за час тайм-ауту не прийде нове повідомлення, що підтверджує цей маршрут, то він видаляється з маршрутної таблиці.

При використанні протоколу RIP працює евристичний алгоритм динамічного програмування Беллмана-Форда, і рішення, знайдене з його допомогою є не оптимальним, а близьким до оптимального. Перевагою протоколу RIP є його обчислювальна простота, а недоліками - збільшення трафіку при періодичній розсилці широкомовних пакетів і неоптимальному знайденого маршруту.

На малюнку 8.2 показаний випадок нестійкої роботи мережі по протоколу RIP при зміні конфігурації - відмову лінії зв'язку маршрутизатора M1 з мережею 1. При працездатному стані зв'язку з цим в таблиці маршрутів кожного маршрутизатора є запис про мережу з номером 1 і відповідним відстанню до неї.

Рис. 8.2. Приклад нестійкої роботи мережі при використанні протоколу RIP

При обриві зв'язку з мережею 1 маршрутизатор М1 відзначає, що відстань до цієї мережі взяло значення 16. Проте отримавши через деякий час від маршрутизатора М2 маршрутне повідомлення про те, що від нього до мережі 1 відстань складає 2 хопу, маршрутизатор М1 нарощує цю відстань на 1 і відзначає, що мережа 1 досяжна через маршрутизатор 2. У результаті пакет, призначений для мережі 1, буде циркулювати між маршрутизаторами М1 і М2 до тих пір, поки не закінчиться час зберігання запису про мережу 1 в маршрутизаторі 2, і він не передасть цю інформацію маршрутизатора М1.

Для виключення подібних ситуацій маршрутна інформація про відому маршрутизатора мережі не передається тому маршрутизатора, від якого вона прийшла.

Існують й інші, більш складні випадки нестабільного поведінки мереж, що використовують протокол RIP, при змінах у стані зв'язків або маршрутизаторів мережі. Комбінування різних протоколів обміну. Протоколи EGP і BGP мережі Internet

Більшість протоколів маршрутизації, що застосовуються в сучасних мережах з комутацією пакетів, ведуть своє походження від мережі Internet та її попередниці - мережі ARPANET. Для того, щоб зрозуміти їхнє призначення та особливості, корисно спочатку ознайомитися зі структурою мережі Internet, що наклала відбиток на термінологію і типи протоколів.

Internet спочатку будувалася як мережа, що об'єднує велику кількість існуючих систем. З самого початку в її структурі виділяли магістральну мережа ( core backbone network ) , а мережі, приєднані до магістралі, розглядалися як автономні системи (autonomous systems). Магістральна мережа і кожна з автономних систем мали своє власне адміністративне управління і власні протоколи маршрутизації. Загальна схема архітектури мережі Internet показана на малюнку 8.3 . Далі маршрутизатори будуть називатися шлюзами для пошукових традиційної термінології Internet.

Рис. 8.3. Архітектура мережі Internet

Шлюзи, які використовуються для утворення підмереж всередині автономної системи, називаються внутрішніми шлюзами ( interior gateways ) , а шлюзи, за допомогою яких автономні системи приєднуються до магістралі мережі, називаються зовнішніми шлюзами (exterior gateways). Безпосередньо один з іншому автономні системи не з'єднуються. Відповідно, протоколи маршрутизації, що використовуються всередині автономних систем, називаються протоколами внутрішніх шлюзів (interior gateway protocol, IGP), а протоколи, що визначають маршрутної обмін інформацією між зовнішніми шлюзами і шлюзами магістральної мережі - протоколами зовнішніх шлюзів (exterior gateway protocol, EGP). Всередині магістральної мережі також може використовуватися будь-який власний внутрішній протокол IGP.

Сенс поділу всієї мережі Internet на автономні системи в її багаторівневому поданні, що необхідно для будь-якої великої системи, здатної до розширення у великих масштабах. Внутрішні шлюзи можуть використовувати для внутрішньої маршрутизації досить докладні графи зв'язків між собою, щоб вибрати найбільш раціональний маршрут. Однак, якщо інформація такого ступеня деталізації буде зберігатися у всіх маршрутизаторах мережі, то топологічні бази даних так розростуться, що зажадають наявності пам'яті гігантських розмірів, а час прийняття рішень про маршрутизації неодмінно зросте.

Тому детальна топологічна інформація залишається всередині автономної системи, а автономну систему як єдине ціле для іншої частини Internet представляють зовнішні шлюзи, які повідомляють про внутрішнє складі автономної системи мінімально необхідні відомості - кількість IP-мереж, їх адреси та внутрішнє відстань до цих мереж від даного зовнішнього шлюзу.

При ініціалізації зовнішній шлюз дізнається унікальний ідентифікатор обслуговується їм автономної системи, а також таблицю досяжності ( reachability table ) , що дозволяє йому взаємодіяти з іншими зовнішніми шлюзами через магістральну мережу.

Потім зовнішній шлюз починає взаємодіяти по протоколу EGP з іншими зовнішніми шлюзами і обмінюватися з ними маршрутної інформацією, склад якої описаний вище. В результаті, при відправленні пакета з однієї автономної системи в іншу, зовнішній шлюз даної системи на підставі маршрутної інформації, отриманої від усіх зовнішніх шлюзів, з якими він спілкується по протоколу EGP, вибирає найбільш відповідний зовнішній шлюз і відправляє йому пакет.

У протоколі EGP визначено три основні функції:  встановлення сусідських відносин,  підтвердження досяжності сусіда,  відновлення маршрутної інформації.

Кожна функція працює на основі обміну повідомленнями запит-відповідь.

Так як кожна автономна система працює під контролем свого адміністративного штату, то перед початком обміну маршрутної інформацією зовнішні шлюзи повинні погодитися на такий обмін. Спочатку один з шлюзів надсилає запит на встановлення сусідських відносин (acquisition request) іншому шлюзу. Якщо той згоден на це, то він відповідає повідомленням підтвердження встановлення сусідських відносин (acquisition confirm), а якщо ні - то повідомленням відмова від встановлення сусідських відносин (acquisition refuse), яке містить також причину відмови.

Після встановлення сусідських відносин шлюзи починають періодично перевіряти стан досяжності один одного. Це робиться або за допомогою спеціальних повідомлень (привіт (hello) і Я-почув-тебе (I-heard-you)) , або вбудовуванням підтверджує інформації безпосередньо в заголовок звичайного маршрутного повідомлення.

Обмін маршрутної інформацією починається з посилки одним із шлюзів іншому повідомлення запит даних (poll request) про номери мереж, обслуговуються іншим шлюзом і відстанях до них від нього. Відповіддю на це повідомлення служить повідомлення оновлена маршрутна інформація (routing update). Якщо ж запит виявився некоректним, то у відповідь на нього надсилається повідомлення про помилку.

Всі повідомлення протоколу EGP передаються в поле даних IP-пакетів. Повідомлення EGP мають заголовок фіксованого формату (малюнок 8.4).

Поля Тип і Код спільно визначають тип повідомлення, а поле Статус - Інформацію, що залежить від типу повідомлення. Поле Номер автономної системи - це номер, призначений тієї автономної системи, до якої приєднано даний зовнішній шлюз. Поле Номер послідовності служить для синхронізації процесу запитів і відповідей.

Рис. 8.4. Формат повідомлення протоколу EGP

Поле IP-адреса вихідної мережі в повідомленнях запиту і оновлення маршрутної інформації позначає мережу, що з'єднує два зовнішніх шлюзу (малюнок 8.5).

Повідомлення про оновлену маршрутної інформації містить список адрес мереж, які досяжні в цiй автономної системі. Цей список впорядкований по внутрішнім шлюзів, які підключені до вихідної мережі і через які досяжні дані мережі, а для кожного шлюзу він впорядкований по відстані до кожної досяжною мережі від вихідної мережі, а не від даного внутрішнього шлюзу. Для прикладу, наведеного на рисунку 8.5, зовнішній шлюз R2 у своєму повідомленні вказує, що мережа 4 досяжна за допомогою шлюзу R3 і відстань її дорівнює 2, а мережа 2 досяжна через шлюз R2 і її відстань дорівнює 1 (а не 0, як якщо б шлюз вимірював її відстань від себе, як у протоколі RIP).

Протокол EGP має досить багато обмежень, пов'язаних з тим, що він розглядає магістральну мережу як одну неподільну магістраль.

Розвитком протоколу EGP є протокол BGP (Border Gateway Protocol), що має багато спільного з EGP і використовується поряд з ним в магістралі мережі Internet.

Рис. 8.5. Приклад автономної системи Протокол стану зв'язків OSPF

Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) є достатньо сучасної реалізацією алгоритму стану зв'язків (він прийнятий у 1991 році) і володіє багатьма особливостями, орієнтованими на застосування у великих гетерогенних мережах.

Протокол OSPF обчислює маршрути в IP-мережах, зберігаючи при цьому інші протоколи обміну маршрутної інформацією.

Безпосередньо пов'язані (тобто досяжні без використання проміжних маршрутизаторів) маршрутизатори називаються "сусідами". Кожен маршрутизатор зберігає інформацію про те, в якому стані на його думку знаходиться сусід. Маршрутизатор покладається на сусідні маршрутизатори і передає їм пакети даних тільки в тому випадку, якщо він впевнений, що вони повністю працездатні. Для з'ясування стану зв'язків маршрутизатори-сусіди досить часто обмінюються короткими повідомленнями HELLO.

Для розповсюдження по мережі даних про стан зв'язків маршрутизатори обмінюються повідомленнями іншого типу. Ці повідомлення називаються router links advertisement - оголошення про зв'язки маршрутизатора (точніше, про стан зв'язків). OSPF-маршрутизатори обмінюються не тільки своїми, але і чужими оголошеннями про зв'язки, отримуючи в кінці-кінців інформацію про стан всіх зв'язків мережі. Ця інформація і утворює граф зв'язків мережі, який, природно, один і той же для всіх маршрутизаторів мережі.

Крім інформації про сусідів, маршрутизатор в своєму оголошенні перераховує IP-підмережі, з якими він пов'язаний безпосередньо, тому після отримання інформації про графа зв'язків мережі, обчислення маршруту до кожної мережі проводиться безпосередньо з цього графу за алгоритмом Дейкстри. Більш точно, маршрутизатор обчислює шлях не до конкретної мережі, а до маршрутизатора, до якого ця мережа підключена. Кожен маршрутизатор має унікальний ідентифікатор, який передається в оголошенні про стани зв'язків. Такий підхід дає можливість не витрачати IP-адреси на зв'язку типу "точка-точка" між маршрутизаторами, до яких не підключені робочі станції.

Маршрутизатор обчислює оптимальний маршрут до кожної адресується мережі, але запам'ятовує тільки перший проміжний маршрутизатор з кожного маршруту. Таким чином, результатом обчислень оптимальних маршрутів є список рядків, в яких вказується номер мережі і ідентифікатор маршрутизатора, якому потрібно переслати пакет для цієї мережі. Вказаний список маршрутів і є маршрутної таблицею, але він обчислений на підставі повної інформації про графа зв'язків мережі, а не частковою інформації, як в протоколі RIP.

Описаний підхід призводить до результату, який не може бути досягнутий при використанні протоколу RIP або інших дистанційно-векторних алгоритмів. RIP припускає, що всі підмережі певної IP-мережі мають один і той же розмір, тобто, що всі вони потенційно можуть мати однакову кількість IP-сайтів, адреси яких не перекриваються. Більш того, класична реалізація RIP вимагає, щоб виділені лінії "точка-точка" мали IP-адресу, що призводить до додаткових витрат IP-адрес.

У OSPF такі вимоги відсутні: мережі можуть мати різну кількість хостів і можуть перекриватися. Під перекриттям розуміється наявність декількох маршрутів до однієї і тієї ж мережі. У цьому випадку адреса мережі в прийшов пакеті може співпасти з адресою мережі, привласненим декількох портів.

Якщо адреса належить декілька підмереж в базі даних маршрутів, то що просуває пакет маршрутизатор використовує найбільш специфічний маршрут, то є адреса підмережі, що має більше довгу маску.

Наприклад, якщо робоча група відгалужується від головної мережі, то вона має адресу головної мережі поряд з більш специфічним адресою, обумовленим маскою підмережі. При виборі маршруту до хоста в підмережі цієї робочої групи маршрутизатор знайде два шляхи, один для головної мережі і один для робочої групи. Так як останній більш специфічний, то він і буде обраний. Цей механізм є узагальненням поняття "маршрут за умовчанням", що використовується під багатьох мережах.

Використання підмереж з різною кількістю хостів є цілком природним. Наприклад, якщо в будівлі або кампусі на кожному поверсі є локальні мережі, і на деяких поверхах комп'ютерів більше, ніж на інших, то адміністратор може вибрати розміри підмереж, що відображають очікувані вимоги кожного поверху, а не відповідають розміру найбільшою підмережі.

У протоколі OSPF підмережі діляться на три категорії:  "хост-мережа", що представляє собою підмережа з одного      адреси,  "тупикова мережа", яка представляє собою підмережа,      підключену тільки до одного маршрутизатора,  "транзитна мережа", яка представляє собою підмережа,      підключену до більш ніж одного маршрутизатора.

Транзитна мережа є для протоколу OSPF особливим випадком. У транзитної мережі кілька маршрутизаторів є взаємно і одночасно досяжними. У широкомовних локальних мережах, таких як Ethernet або Token Ring, маршрутизатор може послати одне повідомлення, яке отримають всі його сусіди. Це зменшує навантаження на маршрутизатор, коли він посилає повідомлення для визначення існування зв'язку або оновлені оголошення про сусідів. Однак, якщо кожен маршрутизатор буде перераховувати всіх своїх сусідів у своїх оголошеннях про сусідів, то оголошення займуть багато місця в пам'яті маршрутизатора. При визначенні шляху за адресами транзитної підмережі може виявитися багато надлишкових маршрутів до різних маршрутизаторам. На обчислення, перевірку і відбраковування цих маршрутів піде багато часу.

Коли маршрутизатор починає працювати в перший раз (тобто інсталюється), він намагається синхронізувати свою базу даних з маршрутизаторами транзитної локальної мережі, які за визначенням мають ідентичні бази даних. Для спрощення та оптимізації цього процесу в протоколі OSPF використовується поняття "виділеного" маршрутизатора, що виконує дві функції.

По-перше, виділений маршрутизатор і його резервний "напарник" є єдиними маршрутизаторами, з якими новий маршрутизатор буде синхронізувати свою базу. Синхронізувавши базу з виділеним маршрутизатором, новий маршрутизатор буде синхронізовано з усіма маршрутизаторами даної локальної мережі.

По-друге, виділений маршрутизатор робить оголошення про мережеві зв'язки, перераховуючи своїх сусідів по підмережі. Інші маршрутизатори просто оголошують про свій зв'язок з виділеним маршрутизатором. Це робить оголошення про зв'язки (яких багато) більш короткими, розміром з оголошення про зв'язки окремої мережі.

Для початку роботи маршрутизатора OSPF потрібен мінімум інформації - IP-конфігурація (IP-адреси і маски підмереж), деяка інформація за замовчуванням (default) і команда на включення. Для багатьох мереж інформація за замовчуванням дуже схожа. У той же час протокол OSPF передбачає високий ступінь програмованість.

Інтерфейс OSPF (порт маршрутизатора, що підтримує протокол OSPF) є узагальненням підмережі IP. Подібно до підмережі IP, інтерфейс OSPF має IP-адресу та маску підмережі. Якщо один порт OSPF підтримує більше, ніж одну підмережа, протокол OSPF розглядає ці підмережі так, як якщо б вони були на різних фізичних інтерфейсів, і обчислює маршрути відповідно.

Інтерфейси, до яких підключені локальні мережі, називаються широкомовними (broadcast) інтерфейсами, так як вони можуть використовувати широкомовні можливості локальних мереж для обміну сигнальної інформацією між маршрутизаторами. Інтерфейси, до яких підключені глобальні мережі, які не підтримують широкомовлення, але що забезпечують доступ до багатьох вузлів через одну точку входу, наприклад, мережі Х.25 або frame relay, називаються нешіроковещательнимі інтерфейсами з множинним доступом або NBMA (non-broadcast multi-access). Вони розглядаються аналогічно широкомовним інтерфейсів за винятком того, що широкомовна розсилка емулюється шляхом посилки повідомлення кожному сусідові. Так як виявлення сусідів не є автоматичним, як в широкомовних мережах, NBMA-сусіди повинні здаватися при конфігуруванні вручну. Як на широкомовних, так і на NBMA-інтерфейси можуть бути задані пріоритети маршрутизаторів для того, щоб вони могли вибрати виділений маршрутизатор.

Інтерфейси "точка-точка", подібні PPP, дещо відрізняються від традиційної IP-моделі. Хоча вони і можуть мати IP-адреси і подмаскі, але необхідності в цьому немає.

У простих мережах досить визначити, що пункт призначення можна досягти і знайти маршрут, який буде задовільним. У складних мережах зазвичай є кілька можливих маршрутів. Іноді хотілося б мати можливості щодо встановлення додаткових критеріїв для вибору шляху: наприклад, найменша затримка, максимальна пропускна здатність або найменша вартість (у мережах з оплатою за пакет). З цих причин протокол OSPF дозволяє мережному адміністратору призначати кожному інтерфейсу певне число, зване метрикою, щоб надати потрібний вплив на вибір маршруту.

Число, яке використовується в якості метрики колію, може бути призначено довільним чином за бажанням адміністратора. Але за умовчанням як метрики використовується час передачі біта в 10-ти наносекундних одиницях (10 Мб/с Ethernet'у призначається значення 10, а лінії 56 Кб/с - число 1785). Обчислюється протоколом OSPF метрика шляху є сумою метрик всіх прохідних в дорозі зв'язків, це дуже груба оцінка затримки шляху. Якщо маршрутизатор виявляє більше, ніж один шлях до віддаленої підмережі, то він використовує шлях з найменшою вартістю шляху.

У протоколі OSPF використовується кілька часових параметрів, і серед них найбільш важливими є інтервал повідомлення HELLO і інтервал відмови маршрутизатора (router dead interval).

HELLO - це повідомлення, яким обмінюються сусідні, тобто безпосередньо пов'язані маршрутизатори підмережі, з метою встановити стан лінії зв'язку і стан маршрутизатора-сусіда. У повідомленні HELLO маршрутизатор передає свої робочі параметри і говорить про те, кого він розглядає як своїх найближчих сусідів. Маршрутизатори з різними робочими параметрами ігнорують повідомлення HELLO один одного, тому невірно сконфігуровані маршрутизатори не будуть впливати на роботу мережі. Кожен маршрутизатор шле повідомлення HELLO кожному своєму сусідові принаймні один раз протягом інтервалу HELLO. Якщо інтервал відмови маршрутизатора минає без отримання повідомлення HELLO від сусіда, то вважається, що сусід непрацездатна, і поширюється нове оголошення про мережеві зв'язки, щоб в мережі стався перерахунок маршрутів.

Приклад маршрутизації за алгоритмом OSPF

Уявімо собі один день з життя транзитної локальної мережі. Нехай у нас є мережа Ethernet, в якій є три маршрутизатора - Джон, Фред і Роб (імена членів робочої групи Internet, що розробила протокол OSPF). Ці маршрутизатори пов'язані з мережами в інших містах за допомогою виділених ліній.

Нехай відбулося відновлення живлення мережі після збою. Маршрутизатори та комп'ютери перезавантажуються і починають працювати по мережі Ethernet. Після того, як маршрутизатори виявляють, що порти Ethernet працюють нормально, вони починають генерувати повідомлення HELLO, які говорять про їхній присутності в мережі і їх конфігурації. Однак маршрутизація пакетів починає здійснюватися не відразу - спочатку маршрутизатори повинні синхронізувати свої маршрутні бази (малюнок 8.6).

Рис. 8.6. Гіпотетична мережу з OSPF маршрутизаторами

Протягом інтервалу відмови маршрутизатори продовжують надсилати повідомлення HELLO. Коли який-небудь маршрутизатор надсилає таке повідомлення, інші його отримують і відзначають, що в локальній мережі є інший маршрутизатор. Коли вони посилають наступне HELLO, вони перераховують там і свого нового сусіда.

Коли період відмови маршрутизатора закінчується, то маршрутизатор з найвищим пріоритетом і найбільшим ідентифікатором оголошує себе виділеним (а наступний за ним за пріоритетом маршрутизатор оголошує себе резервним виділеним маршрутизатором) і починає синхронізувати свою базу даних з іншими маршрутизаторами.

З цього моменту часу база даних маршрутних оголошень кожного маршрутизатора може містити інформацію, отриману від маршрутизаторів інших локальних мереж або з виділених ліній. Роб, наприклад, ймовірно отримав інформацію від Мило і Робіна про їх мережах, і він може передавати туди пакети даних. Вони містять інформацію про власні зв'язках маршрутизатора і оголошення про зв'язки мережі.

Бази даних тепер синхронізовані з виділеним маршрутизатором, яким є Джон. Джон підсумовує свою базу даних з кожною базою даних своїх сусідів - базами Фреда, Роба і Джефа - індивідуально. У кожній синхронізуються парі оголошення, знайдені тільки в якій-небудь одній базі, копіюються в іншу. Виділений маршрутизатор, Джон, поширює нові оголошення серед інших маршрутизаторів своєї локальної мережі. Наприклад, оголошення Мило і Робіна передаються Джону Робом, а Джон у свою чергу передає їх Фреду і Джеффрі. Обмін інформацією між базами продовжується якийсь час, і поки він не завершиться, маршрутизатори не будуть вважати себе працездатними. Після цього вони себе такими вважають, тому що мають всю доступну інформацію про мережу.

Подивимося тепер, як Робін обчислює маршрут через мережу. Дві з зв'язків, приєднаних до його портів, представляють лінії T-1, а один - лінію 56 Кб/c. Робін спочатку виявляє двох сусідів - Роба з метрикою 65 і Мило з метрикою 1785. З оголошення про зв'язки Роба Робін виявив найкращий шлях до Мило з вартістю 130, тому він відкинув безпосередній шлях до Мило, оскільки він пов'язаний з більшою затримкою, тому що проходить через лінії з меншою пропускною здатністю. Робін також виявляє транзитну локальну мережу з виділеним маршрутизатором Джоном. З оголошень про зв'язки Джона Робін дізнається про шлях до Фреду і, нарешті, дізнається про шлях до маршрутизаторів Келлі і Джеффу і до їх тупиковим мереж.

Після того, як маршрутизатори повністю входять в робочий режим, інтенсивність обміну повідомленнями різко падає. Зазвичай вони посилають повідомлення HELLO за своїми підмережах кожні 10 секунд і роблять оголошення про стан зв'язків кожні 30 хвилин (якщо виявляються зміни в стані зв'язків, то оголошення передається, природно, негайно). Оновлені оголошення про зв'язки є гарантією того, що маршрутизатор працює в мережі. Старі оголошення видаляються з бази через певний час.

Уявімо, проте, що будь-яка виділена лінія мережі відмовила. Приєднані до неї маршрутизатори поширюють свої оголошення, в яких вони вже не згадують один одного. Ця інформація розповсюджується по мережі, включаючи маршрутизатори транзитної локальної мережі. Кожен маршрутизатор в мережі перераховує свої маршрути, знаходячи, може бути, нові шляхи для відновлення втраченого взаємодії.

Порівняння протоколів RIP і OSPF за витратами на широкомовна трафік

У мережах, де використовується протокол RIP, накладні витрати на обмін інформацією маршрутної суворо фіксовані. Якщо в мережі є певне число маршрутизаторів, то трафік, що створюється переданої маршрутної інформацією, описуються формулою (1):

(1) F = (число оголошених маршрутов/25) x 528 (байтів в повідомленні) x
(число копій на одиницю часу) x 8 (бітів у байті)

У мережі з протоколом OSPF загрузка при незмінному стані ліній зв'язку створюється повідомленнями HELLO і оновленими оголошеннями про стан зв'язків, що описується формулою (2):

(2) F = ([20 + 24 + 20 + (4 x число сусідів)] x
(число копій HELLO в одиницю часу)) x 8 +
[(кількість оголошень x середній розмір об'яви) x
(число копій оголошень в одиницю часу)] x 8,

де 20 - розмір заголовка IP-пакету,

24 - заголовок пакета OSPF,

20 - розмір заголовка повідомлення HELLO,

4 - дані на кожного сусіда.

Інтенсивність посилки повідомлень HELLO - кожні 10 секунд, оголошень про стан зв'язків - кожні півгодини. За зв'язків "точка-точка" або за широкомовним локальних мереж в одиницю часу надсилається тільки одна копія повідомлення, за NBMA мереж типу frame relay кожному сусідові надсилається своя копія повідомлення. У мережі frame relay з 10 сусідніми маршрутизаторами і 100 маршрутами в мережі (мається на увазі, що кожен маршрут являє собою окреме OSPF-узагальнення про мережеві зв'язки і що RIP поширює інформацію про всіх цих маршрутах) трафік маршрутної інформації визначається співвідношеннями (3) та (4):

(3) RIP: (100 маршрутів/25 маршрутів в оголошенні) x 528 x
(10 копій/30 сек) = 5 632 б/с

(4) OSPF: ([20 + 24 + 20 + (4 x 10) x (10 копій/10 сек)] +
[100 маршрутів x (32 + 24 + 20) + (10 копій/30 x 60 сек]) x 8 = 1 170 б/с

Як видно з отриманих результатів, для нашого гіпотетичного прикладу трафік, що створюється протоколом RIP, майже в п'ять разів інтенсивніше трафіку, створюваного протоколом OSPF.

Використання інших протоколів маршрутизації

Випадок використання в мережі тільки протоколу маршрутизації OSPF представляється малоймовірним. Якщо мережа приєднана до Internet'у, то можуть використовуватися такі протоколи, як EGP (Exterior Gateway protocol), BGP (Border Gateway Protocol, протокол прикордонного маршрутизатора), старий протокол маршрутизації RIP або власні протоколи виробників.

Коли в мережі починає застосовуватися протокол OSPF, то існуючі протоколи маршрутизації можуть продовжувати використовуватися до тих пір, поки не будуть повністю замінені. У деяких випадках необхідно буде оголошувати про статичних маршрутах, сконфігурованих вручну.

У OSPF існує поняття автономних систем маршрутизаторів (autonomous systems), які представляють собою домени маршрутизації, що знаходяться під загальним адміністративним управлінням і використовують єдиний протокол маршрутизації. OSPF називає маршрутизатор, який з'єднує автономну систему з іншого автономною системою, що використовує інший протокол маршрутизації, маршрутизатором автономної системи (autonomous system boundary router, ASBR).

У OSPF маршрути (саме маршрути, тобто номери мереж і відстані до них у зовнішній метриці, а не топологічна інформація) з однієї автономної системи імпортуються в іншу автономну систему і поширюються з використанням спеціальних зовнішніх оголошень про зв'язки.

Зовнішні маршрути обробляються за два етапи. Маршрутизатор вибирає серед зовнішніх маршрутів маршрут з найменшою зовнішньої метрикою. Якщо таких виявляється більше, ніж 2, то вибирається шлях з меншою вартістю внутрішнього шляху до ASBR.

Область OSPF - це набір суміжних інтерфейсів (територіальних ліній або каналів локальних мереж). Введення поняття "область" служить двом цілям - управління інформацією та визначення доменів маршрутизації.

Для розуміння принципу управління інформацією розглянемо мережу, що має наступну структуру: центральна локальна мережа пов'язана з допомогою 50 маршрутизаторів з великою кількістю сусідів через мережі X.25 або frame relay (малюнок 8.7). Ці сусіди являють собою велику кількість невеликих віддалених підрозділів, наприклад, відділів продажу або філій банку. З-за великого розміру мережі кожен маршрутизатор матиме однаковий?? зберігати величезну кількість маршрутної інформації, яка повинна передаватися по кожній з ліній, і кожне з цих обставин здорожує мережу. Так як топологія мережі проста, то більша частина цієї інформації і створюваного нею трафіку не мають сенсу.

Для кожного з віддалених філій немає необхідності мати детальну маршрутну інформацію про всіх інших віддалених офісах, особливо, якщо вони взаємодіють в основному з центральними комп'ютерами, пов'язаними з центральними маршрутизаторами. Аналогічно, центральним маршрутизаторам немає необхідності мати детальну інформацію про топологію зв'язків з віддаленими офісами, сполученими з іншими центральними маршрутизаторами. У той же час центральні маршрутизатори мають потребу в інформації, необхідної для передачі пакетів наступного центральному маршрутизатора. Адміністратор міг би без праці розділити цю мережу на більш дрібні домени маршрутизації для того, щоб обмежити обсяги збереження і передачі по лініях зв'язку не є необхідною інформації. Узагальнення маршрутної інформації є головною метою введення областей в OSPF.

Рис. 8.7. Велика мережа з топологією зірка

У протоколі OSPF визначається також прикордонний маршрутизатор області (ABR, area border router). ABR - це маршрутизатор з інтерфейсами у двох або більше областях, одна з яких є спеціальною областю, званої магістральної (backbone area). Кожна область працює з окремою базою маршрутної інформації і незалежно обчислює маршрути за алгоритмом OSPF. Прикордонні маршрутизатори передають дані про топології області в сусідні області в узагальненій формі - у вигляді обчислених маршрутів з їх вагами. Тому в мережі, розбитої на області, вже не діє твердження про те, що всі маршрутизатори оперують з ідентичними топологічними базами даних.

Маршрутизатор ABR бере інформацію про маршрути OSPF, обчислену в одній області, і транслює її в іншу область шляхом включення цієї інформації в узагальнене сумарне оголошення (summary) для бази даних іншій області. Сумарна інформація описує кожну підмережа області і дає для неї метрику. Сумарна інформація може бути використана трьома способами: для оголошення про окремому маршруті, для узагальнення декількох маршрутів або ж служити маршрутом за умовчанням.

Подальше зменшення вимог до ресурсів маршрутизаторів відбувається в тому випадку, коли область являє собою тупикову область (stub area). Цей атрибут адміністратор мережі може застосувати до будь-якої області, за винятком магістральної. ABR у тупиковій області не поширює зовнішні оголошення або сумарні оголошення з інших областей. Замість цього він робить одне сумарне оголошення, яке буде задовольняти будь-який IP-адреса, що має номер мережі, відмінний від номерів мереж тупикової області. Це оголошення називається маршрутом за замовчуванням. Маршрутизатори тупикової області мають інформацію, необхідну тільки для обчислення маршрутів між собою плюс вказівки про те, що всі інші маршрути повинні проходити через ABR. Такий п