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

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики

(технический  университет)»

МИРЭА

 

Факультет ИТ

Базовая кафедра № 244

 

Пояснительная записка

к курсовой  работе

 

 

ДИСЦИПЛИНА «Сети ЭВМ и телекоммуникации»

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

 

Студент  Степанюк А.Ю.

Учебная группа ВСМА-8-08

Преподаватель Вартанов А.А.

 

Допущен к защите:

                                         /                             /

  должность    подпись            /Ф.И.О./

_{«___» ______________ 201__ г.}

 

Отметка о защите
№ п/п	Дата	Результат	Подпись преподавателя

 

Москва 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Постановка задачи         2

2. Общие сведения о  протоколах маршрутизации    3

3. Параметры и классы  протоколов маршрутизации    5

4. Протокол RIP/RIPv2         9

5. Протокол BGP (BGP-4)        16

6. Протокол OSPF         34

 

 

 

 

 

1. Постановка задачи.

1.1. В работе  рассмотреть базовые принципы  работы протоколов маршрутизации  RIP/RIPv2,BGP-4, OSPF. Описать их достоинства  и недостатки. Разобрать принципы  работы отдельных частей протоколов. Отдельно выделить информационную  составляющую и разобрать принципы её разработки.

 

2. Общие сведения о  протоколах маршрутизации.

В общедоступном значении слова маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через сеть. При этом, как правило, на пути информационного  пакета встречается по крайней мере один узел. Маршрутизация включает в себя два основных компонента: определение оптимальных трактов маршрутизации и транспортировка информационных пакетов через сеть или коммутация.

Алгоритмы коммутации сравнительно просты и, в основном, одинаковы для большинства протоколов маршрутизации. Получив определенным способом адрес маршрутизатора, хост - источник сообщения отправляет пакет, адресованный специально в физический адрес роутера (уровень MAC), содержащий, кроме всего прочего, адрес (сетевой уровень) машины пункта назначения. После проверки адреса протокола пункта назначения пакета маршрутизатор определяет, знает ли он, как передать этот пакет к следующему роутеру. Если роутер не знает, как переслать пакет, - пакет, как правило, игнорируется. В первом случае роутер отсылает пакет к следующему роутеру путем замены физического адреса пункта назначения на физический адрес следующего роутера и последующей передачи пакета. По мере того, как пакет продвигается через сеть, его физический адрес меняется, однако сетевой адрес получателя остается неизменным.

Определение маршрута может базироваться на различных показателях, например, длина маршрута, ширина полосы пропускания или стоимость канала связи, и их комбинациях. Алгоримы маршрутизации подсчитывают значения таких показателей и определяют оптимальные маршруты. Алгоритмы маршрутизации создают и поддерживают таблицы, в которых содержится маршрутная информация.

Алгоритмы маршрутизации заполняют маршрутные таблицы информацией о маршрутах. Ассоциации «пункт назначения - следующая пересылка» сообщают роутеру, что определенный пункт назначения может быть оптимально достигнут путем отправки пакета в определенный роутер, представляющий «следующую пересылку» на пути к конечному пункту назначения. В маршрутных таблицах может содержаться также и другая информация, как правило, это - различные характеристики канала (способа пересылки данных). Значения полей «характеристик» содержит информацию о желательности какого-либо канала или тракта. Роутеры сравнивают эти показатели, чтобы определить оптимальные маршруты. Показатели отличаются друг от друга в зависимости от используемой схемы алгоритма маршрутизации.

Маршрутизаторы взаимодействуют  друг с другом (и поддерживают свои маршрутные таблицы) путем передачи различных сообщений. Анализируя информацию сообщений, поступающую от всех маршрутизаторов, любой из них может построить детальную картину топологии сети. После того, как топология сети становится понятной, маршрутизаторы могут определить оптимальные маршруты к пунктам назначения и использовать их при передаче данных.

Алгоритмы маршрутизации  можно классифицировать, основываясь  на нескольких характеристиках Во-первых, на работу результирующего протокола  маршрутизации влияют конкретные задачи, которые решает разработчик алгоритма. Во-вторых, существуют различные типы алгоритмов маршрутизации, и каждый из них по-разному влияет на сеть и ресурсы маршрутизации. И наконец, алгоритмы маршрутизации используют разнообразные показатели, которые влияют на расчет оптимальных маршрутов.

 

3. Параметры и классы протоколов  маршрутизации

3.1. Оптимальность алгоритма. Она характеризует способность алгоритма маршрутизации выбирать "наилучший" маршрут. Наилучший маршрут зависит от показателей и от "веса" этих показателей, используемых при проведении расчета.

3.2. Низкие непроизводительные затраты. Алгоритмы маршрутизации разрабатываются как можно более простыми. То есть алгоритм маршрутизации должен эффективно обеспечивать свои функциональные возможности с минимальными затратами программного обеспечения.

3.3. Стабильность работы. Алгоритмы должны обладать устойчивостью в работе. Они должны четко функционировать в случае непредвиденных обстоятельств, таких как отказы аппаратуры, высокая нагрузка, ошибки реализации. Стабильность очень важна, поскольку маршрутизаторы являются узловыми точками взаимодействия сетей и их ошибки могут приводить к проблемам в рамках всей глобальной сети.

3.4. Быстрая сходимость  алгоритма. Сходимость - это процесс соглашения между всеми роутерами по оптимальным маршрутам. Когда какое-нибудь событие в сети приводит к тому, что маршруты или отвергаются, или становятся доступными, роутеры рассылают сообщения об обновлении маршрутизации. Сообщения об обновлении маршрутизации пронизывают сети, стимулируя пересчет оптимальных маршрутов и, в конечном итоге, вынуждая все роутеры придти к соглашению по этим маршрутам. Алгоритмы маршрутизации, которые сходятся медленно, могут привести к образованию петель маршрутизации или выходам из строя сети.

3.5. Гибкость алгоритма. Алгоритмы маршрутизации должны быстро и точно адаптироваться к разнообразным обстоятельствам в сети. Например, предположим, что сегмент сети отвергнут. Многие алгоритмы маршрутизации, после того как они узнают об этой проблеме, быстро выбирают следующий наилучший путь для всех маршрутов, которые обычно используют этот сегмент. Алгоритмы маршрутизации могут быть запрограммированы таким образом, чтобы они могли адаптироваться к изменениям полосы пропускания сети, размеров очереди к роутеру, величины задержки сети и других переменных.

Все алгоритмы маршрутизации  можно классифицировать как:

3.6. Статические или  динамические. Статические алгоритмы представляют свод правил работы со статическими таблицами маршрутизации, которые настраиваются администраторами сети. Хорошо работают в случае предсказуемого трафика в сетях стабильной конфигурации.

3.7. Динамические алгоритмы  маршрутизации подстраиваются к  изменяющимся обстоятельствам сети  в масштабе реального времени.  Они выполняют это путем анализа  поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, программы маршрутизации пересчитывают маршруты и рассылают новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения пронизывают сеть, стимулируя маршрутизаторы заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять, где это уместно, статические маршруты.

3.8. Одномаршрутные или  многомаршрутные алгоритмы. Некоторые сложные протоколы маршрутизации обеспечивают множество маршрутов к одному и тому же пункту назначения. Такие многомаршрутные алгоритмы делают возможной мультиплексную передачу трафика по многочисленным линиям, одномаршрутные алгоритмы не могут делать этого. Многомаршрутные алгоритмы могут обеспечить значительно большую пропускную способность и надежность.

3.9. Одноуровневые или  иерархические алгоритмы. Отличаются по принципу взаимодействия друг с другом. В одноуровневой системе маршрутизации все роутеры равны по отношению друг к другу. В иерархической системе маршрутизации пакеты данных перемещаются от роутеров нижнего уровня к базовым, которые осуществляют основную маршрутизацию. Как только пакеты достигают общей области пункта назначения, они перемежаются вниз по иерархии до хоста назначения.

3.10. Алгоритмы с маршрутизацией  от источника. В системах маршрутизации от источника роутеры действуют просто как устройства хранения и пересылки пакета, без всякий раздумий отсылая его к следующей остановке, они предполагают, что отправитель рассчитывает и определяет весь маршрут сам. Другие алгоритмы предполагают, что хост отправителя ничего не знает о маршрутах. При использовании такого рода алгоритмов роутеры определяют маршрут через сеть, базируясь на своих собственных расчетах.

3.11. Внутридоменные или  междоменные алгоритмы. Некоторые алгоритмы маршрутизации действуют только в пределах доменов; другие - как в пределах доменов, так и между ними.

3.12. Алгоритмы состояния  канала и дистанционно-векторные. Алгоритмы состояния канала направляют потоки маршрутной информации во все узлы сети. Каждый роутер отсылает только ту часть известной ему информации, которая описывает состояние его собственных каналов, но всем узлам маршрутизации. Дистанционно-векторные требуют от каждого роутера пересылки всей или части его таблицы но только соседям.

Отличаясь более быстрой  сходимостью, алгоритмы состояния  каналов меньше склонны к образованию  петель маршрутизации. С другой стороны, алгоритмы состояния канала характеризуются более сложными расчетами в сравнении с дистанционно-векторными алгоритмами, требуя большей процессорной мощности и памяти, чем дистанционно-векторные алгоритмы.

 

 

4. Протокол маршрутизации RIP

Этот протокол (RFC-1388, -1582, -1721, -1722 (std0057), -2453, -1724, -2080, -2082, -2092, -2453) маршрутизации предназначен для сравнительно небольших и относительно однородных сетей (алгоритм Белмана-Форда). Протокол разработан в университете Калифорнии (Беркли), базируется на разработках фирмы Ксерокс и реализует те же принципы, что и программа маршрутизации routed, используемая в ОC UNIX (4BSD). Маршрут здесь характеризуется вектором расстояния до места назначения. Предполагается, что каждый маршрутизатор является отправной точкой нескольких маршрутов до сетей, с которыми он связан.

Если сеть однородна, то есть все каналы имеют равную пропускную способность и примерно равную загрузку, что типично для  небольших локальных сетей, то число  шагов до цели является разумной оценкой  пути (метрикой).

Описания этих маршрутов хранится в специальной таблице, называемой маршрутной. Таблица маршрутизации RIP содержит по записи на каждую обслуживаемую машину (на каждый маршрут). Запись должна включать в себя:

IP-адрес места  назначения. 
Метрика маршрута (от 1 до 15; число шагов до места назначения). 
IP-адрес ближайшего маршрутизатора (gateway) по пути к месту назначения. 
Таймеры маршрута.

Первым двум полям  записи мы обязаны появлению термина вектор расстояния (место назначение - направление; метрика - модуль вектора). Периодически (раз в 30 сек) каждый маршрутизатор посылает широковещательно копию своей маршрутной таблицы всем соседям-маршрутизаторам, с которыми связан непосредственно. Маршрутизатор-получатель просматривает таблицу. Если в таблице присутствует новый путь или сообщение о более коротком маршруте, или произошли изменения длин пути, эти изменения фиксируются получателем в своей маршрутной таблице. Протокол RIP должен быть способен обрабатывать три типа ошибок:

Циклические маршруты. Так  как в протоколе нет механизмов выявления замкнутых маршрутов, необходимо либо слепо верить партнерам, либо принимать меры для блокировки такой возможности.

Для подавления нестабильностей RIP должен использовать малое значение максимально возможного числа шагов (<16).

Медленное распространение маршрутной информации по сети создает проблемы при динамичном изменении маршрутной ситуации (система не поспевает за изменениями). Малое предельное значение метрики улучшает сходимость, но не устраняет проблему.

Несоответствие маршрутной таблицы реальной ситуации типично не только для RIP, но характерно для всех протоколов, базирующихся на векторе расстояния, где информационные сообщения актуализации несут в себе только пары кодов: адрес места назначение и расстояние до него. Пояснение проблемы дано на рис. 4.1 ниже.

Рис. 4.1. Иллюстрация, поясняющее возникновение циклических маршрутов  при использовании вектора расстояния.

На верхней части  рисунка показана ситуация, когда  маршрутизаторы указывают маршрут до сети <a> в соответствии со стрелками. На нижней части связь на участке GW1 <Cеть a> оборвана, а GW2 по-прежнему продолжает оповещать о ее доступности с числом шагов, равным 2. При этом GW1, восприняв эту информацию (если GW2 успел передать свою маршрутную информацию раньше GW1), может перенаправить пакеты, адресованные сети А, на GW2, а в своей маршрутной таблице будет характеризовать путь до сети А метрикой 3. При этом формируется замкнутая петля маршрутов. Последующая широковещательная передача маршрутных данных GW1 и GW2 не решит эту проблему быстро. Так после очередного обмена путь от gw2 до сети А будет характеризоваться метрикой 5. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока метрика не станет равной 16, а это займет слишком много циклов обмена маршрутной информацией.