Вспомогательные механизмы и технологии обеспечения качества в сетях следующего поколения

⇐ ПредыдущаяСтр 19 из 21Следующая ⇒

При рассмотрении принципов MPLS обсуждалась необходимость заполнения в маршрутизаторах LSR таблиц меток, используемых при маршрутизации пакетов по сети MPLS. Для этого в каждом из узлов сети с использованием протокола маршрутизации создается база топологической информации о сетевых маршрутах. Наряду с рассматриваемыми протоколами BGP4 и IS-IS, для этой цели может быть применен протокол маршрутизации по состояниям каналов OSPF (Open Shortest Path First — " первым выбирается кратчайший путь" ). Поскольку OSPF используется наиболее часто, рассмотрение протоколов маршрутизации для MPLS в начинается именно с него.

Протокол OSPF относится к протоколам внутреннего шлюза IGP (Interior Gateway Protocol). К этой категории принадлежат протоколы маршрутизации, обеспечивающие обмен информацией в пределах автономной системы AS (Autonomous System представляет собой сеть, находящуюся под единым административным управлением).

Метрики OSPF

В OSPF используется принцип контроля состояния канала (link-state protocol), а метрика представляет собой оценку эффективности связи в этом канале: чем меньше метрика, тем эффективнее организация связи. В простейшем случае метрика маршрута может равняться его длине в пересылках (hops), как это происходит в протоколе RIP. Но в общем случае значения метрики могут определяться в гораздо более широком диапазоне.

Метрика, оценивающая пропускную способность канала, определяется, например, компанией CISCO, как количество секунд, нужное для передачи 100 Мбит. Имеется следующая формула для вычисления метрики доставки информации через каналы сети OSPF: метрика = 10⁸/скорость передачи в битах в секунду.

По этой формуле вычислены, например, следующие метрики:

· канал со скоростью 100 Мбит/с соответствует метрике 1;

· сеть Ethernet / 802.3 соответствует метрике 10;

· тракт Е1 2, 048 Мбит/с соответствует метрике 48;

· тракт Т1 1, 544 Мбит/с соответствует метрике 65;

· канал 64 Кбит/с соответствует метрике 1562;

· канал 56 Кбит/с соответствует метрике 1785;

· канал 19, 2 Кбит/с соответствует метрике 5208;

· канал 9, 6 Кбит/с соответствует метрике 10416.

Кроме того, протокол OSPF позволяет определить для любой сети значения метрики в зависимости от типа услуги ToS (Type of Service). Для каждой из метрик протокол OSPF строит отдельную таблицу маршрутизации. Чаще всего OSPF выбирает маршрут на основании полосы пропускания канала.

Загрузка канала представляет собой величину, которая изменяется в зависимости от использования канала, причем интенсивная эксплуатация канала повышает его загрузку, и поэтому при маршрутизации бывает целесообразно выбирать менее нагруженные каналы. Еще одна возможная метрика – задержка – определяет время в микросекундах, которое требуется маршрутизатору для обработки, установки в очередь и передачи пакетов.

В случае, когда имеется несколько маршрутов с одинаковым значением метрики, маршрутизаторы могут использовать для передачи пакетов все эти маршруты, обеспечивая балансировку нагрузки. Маршрутизатор OSPF помещает в таблицу маршрутизации все маршруты с одинаковыми значениями метрики, и балансировка нагрузки между маршрутами происходит автоматически. Стандартизованный порядок расчета метрик, оценивающих надежность, задержку и стоимость, пока не определен. Эти вопросы решаются администратором сети.

Итак, OSPF представляет собой протокол, основанный на контроле состояния каналов, распространяющий эту информацию и определяющий на ее основе маршруты наименьшей стоимости в заданной метрике. Именно с его помощью LSR отображает видимый ему граф домена сети MPLS, где для каждой пары смежных вершин графа (маршрутизаторов) указано ребро (канал), их соединяющее, и метрика этого ребра. Граф считается ориентированным, т.е. ребро, соединяющее LSR1 с LSR2, и ребро, соединяющее LSR2 с LSR1, могут быть разными, или это может быть одно и то же ребро, но с разными метриками.

Маршрутизатор, работающий по протоколу OSPF, выполняет последовательно три операции: определяет отношения соседства и смежности с другими маршрутизаторами, обменивается с ними OSPF -пакетами извещений LSA, формируя таким образом полную топологическую карту сети, а затем вычисляет дерево маршрутов, используя алгоритм " первым выбирается кратчайший путь" SPF (Shortest Path First), известный также по имени его создателя как алгоритм Дейкстры.

Для сети MPLS с помощью этого алгоритма протокол OSPF, основываясь на базе данных об условиях использования возможных связей, вычисляет кратчайшие пути между заданным LSR – вершиной графа и всеми остальными вершинами. Результатом работы алгоритма является таблица, где для каждой вершины графа сети MPLS указан список ребер, соединяющих ее со всеми другими вершинами этого графа по кратчайшему пути.

Суть алгоритма иллюстрирует следующая процедура. Представим изображенную на рис. 5.1 сеть MPLS, содержащую 7 LSR, как набор из 7 фишек, лежащих на поверхности стола и соединенных между собой нитями разной длины. Пусть, например, алгоритм Дейкстры выполняется в маршрутизаторе LSR4. Постепенно поднимаем со стола фишку, соответствующую LSR4. Нити, связывающие эту фишку с другими, начинают натягиваться, и следующей со стола будет поднята фишка LSR2, связанная с LSR4 самой короткой нитью. При дальнейшем подъеме фишки LSR4 мы поднимем с поверхности стола и фишку LSR5. Кратчайший (в рассмотренном выше смысле) путь между LSR4 и LSR5 представит либо нить, связывающая соответствующие этим двум LSR фишки непосредственно, либо составной путь из нитей между фишками LSR4 и LSR2, LSR2 и LSR3, LSR3 и LSR5. Продолжая процедуру подъема фишки LSR4, мы шаг за шагом поднимем все фишки, находя каждый раз кратчайший путь между LSR4 и тем LSR, которому соответствует очередная поднимаемая нитью фишка.

Рис. 5.1. Иллюстрация алгоритма Дейкстры

Существует два разных маршрута между LSR4 и LSR5: прямой и составленный из участков между LSR4 и LSR2, LSR2 и LSR3, LSR3 и LSR5. В том случае, если между двумя узлами сети существует несколько маршрутов с близкими по значению метриками, протокол OSPF позволяет распределять трафик по этим маршрутам в пропорции, соответствующей значениям метрик. Например, если прямой маршрут между LSR4 и LSR5 имеет метрику 4, а составной маршрут из участков LSR4 и LSR2, LSR2 и LSR3, LSR3 и LSR5 имеет метрику 8, то две трети трафика будет направлено по первому из них, а оставшаяся треть – по второму.

Суммарный эффект такого решения заключается в уменьшении средней задержки прохождения дейтаграмм от отправителя к получателю, а также в сглаживании колебаний задержки.

Еще одно преимущество поддержки альтернативных маршрутов связано с соображениями надежности. Когда используется только один из возможных маршрутов и он внезапно выходит из строя, весь трафик должен быть срочно переведен на альтернативный маршрут. При массовом переключении больших объемов трафика с одного маршрута на другой весьма велики потери и даже вероятно образование затора на новом маршруте. Если же до аварии использовалось разделение трафика по нескольким маршрутам, отказ одного из них вызовет ремаршрутизацию лишь части трафика, и это может сгладить отрицательные последствия аварии.

Области OSPF

Автономная система AS (Autonomous System) представляет собой сеть, находящуюся под единым административным управлением.

Область OSPF (OSPF area) — это логическая подсистема автономной системы, в которой OSPF функционирует в качестве ее протокола внутренней маршрутизации. Области " укрупняют" маршрутную информацию протокола OSPF и помогают скрывать детали топологии сети. Так, топология одной области не известна ни в какой другой области. Внутренние маршрутизаторы области вообще не владеют информацией о топологии использующих OSPF сетей, которые находятся за пределами этой области, что дает выигрыш в затратах на поддержание маршрутной информации. Эта, а также некоторые другие возможности делают OSPF хорошо масштабируемым протоколом маршрутизации для крупных сетей. А сам протокол OSPF основан на концепции областей как совокупностей смежных сетей и относящихся к ним маршрутизаторов с интерфейсами, связывающими их с этими сетями и с узлами в них.

Автономная система, базирующаяся на протоколе OSPF, может представлять собой одну область или состоять из нескольких областей. В каждой области работает собственная копия алгоритма маршрутизации по состоянию каналов, что позволяет каждой области формировать свою базу данных сетевой топологии. Именно область ограничивает охват лавинной рассылки уведомлений, т.к. уведомления не выходят за пределы области, в которой они были сформированы.

Протокол OSPF разграничивает функции маршрутизаторов в зависимости от того, какое место они занимают в автономной системе OSPF, объединяющей все маршрутизаторы, которые ведут обмен информацией под управлением общего протокола. Разумеется, маршрутизаторы разделяются на классы протокола OSPF, а не технологии MPLS, но так как все маршрутизаторы MPLS поддерживают протокол OSPF (если он выбран в качестве протокола, с помощью которого составляется топологическая карта сети), подобная классификация полностью к ним применима. Таким образом, термины " маршрутизатор LSR" и " OSPF -маршрутизатор" используются в лекции как синонимы.

Договорившись об этом, отметим, что, с точки зрения протокола OSPF, имеются маршрутизаторы четырех типов:

· внутренний маршрутизатор IR (Internal Router), все интерфейсы которого находятся внутри одной области OSPF;

· маршрутизатор опорной области BR (Backbone Router), все интерфейсы которого находятся внутри опорной области;

· пограничный маршрутизатор области ABR (Area Border Router), располагающийся на границе двух областей OSPF;

· пограничный маршрутизатор автономной системы ASBR (Autonomous System Boundary Router), который располагается на границе двух автономных систем, поддерживающих OSPF.

Кроме этого назначаются два маршрутизатора, так и называемые: назначенный маршрутизатор DR (Designated Router) и резервный назначенный маршрутизатор BDR (Backup Designated Router), которые являются центральными узлами сбора всех сообщений о корректировках. Все остальные маршрутизаторы являются по отношению к маршрутизаторам DR и BDR подчиненными.

Здесь лишь отметим, что один и тот же маршрутизатор может выполнять в системе несколько функций одновременно.

Принципы работы OSPF

Первым этапом является распространение информации о топологии сети, инициирование отношений соседства и смежности. После инициирования каждый OSPF -маршрутизатор начинает обмен LSA, передает пакеты HELLO через все свои интерфейсы, распространяя эту информацию по всем соседним маршрутизаторам, так что каждый из них узнает идентификаторы своих ближайших соседей. Эта топологическая информация начинает распространяться по сети от соседа к соседу, пополняя топологические карты в маршрутизаторах LSR новыми данными, и через некоторое время достигает самых удаленных маршрутизаторов. В результате все маршрутизаторы сети получают сведения о графе сети, которые хранятся в их топологических базах данных.

Впоследствии, при появлении новой связи или нового соседа, маршрутизатор узнает об этом из новых пакетов HELLO. В них указывается достаточно детальная информация о том маршрутизаторе, который передал этот пакет, а также о его ближайших соседях, так что этот маршрутизатор можно однозначно идентифицировать.

Таким образом, на первом шаге каждый маршрутизатор OSPF строит граф связей сети, в котором вершинами графа являются маршрутизаторы, а ребрами – каналы, включенные в интерфейсы маршрутизаторов. Для построения этого графа все маршрутизаторы обмениваются со своими соседями той информацией о сети, которой они располагают в данный момент.

Далее с помощью полученного графа находятся оптимальные маршруты, причем каждый маршрутизатор считает себя центром сети и ищет оптимальный маршрут к каждому известному ему маршрутизатору (или к известной ему сети). В любом найденном таким образом маршруте, в соответствии с принципом одношаговой маршрутизации, запоминается только первый шаг – к следующему маршрутизатору. Если несколько маршрутов к сети назначения имеют одинаковую метрику, то в таблице маршрутизации запоминаются первые шаги всех этих маршрутов. Данные об этих шагах попадают в таблицу маршрутизации.

Благодаря иерархической структуре областей уменьшаются перегрузки, связанные с поддержкой огромных таблиц маршрутизации и с пересчетом этих таблиц при изменениях маршрутов. Извещения о корректировках передаются только в случае, если в сети происходят изменения. Эти извещения рассылаются всем маршрутизаторам OSPF, что сокращает время сходимости.

Протокол IS-IS

Протокол маршрутизации OSI под названием " протокол обмена данными между промежуточными системами IS-IS " (Intermediate System – to – Intermediate System) использует тот же принцип маршрутизации по состоянию каналов, что и рассмотренный выше протокол OSPF. Но если OSPF является разработкой IETF, то протокол IS-IS был создан ISO (International Standard Organization).

Как раз в терминологии ISO маршрутизаторы называются " промежуточными системами" (Intermediate System, IS), а хосты – " конечными системами" (End System, ES). Существует также протокол ES-IS, с помощью которого маршрутизаторы узнают о подключенных к ним хостах, а хосты – о маршрутизаторах.

Оказалось, что протокол IS-IS очень хорошо работает в весьма больших сетях, содержащих более 500 маршрутизаторов.

Подобно OSPF, протокол IS-IS разделяет сеть на области, чтобы не распространять информацию о маршрутах среди всех маршрутизаторов сети, обеспечивая разумные размеры их таблиц маршрутизации, а тем самым – быструю сходимость поиска маршрута.

В технологии MPLS протокол IS-IS применяется почти таким же образом, как и рассмотренный протокол OSPF. Оба они относятся к классу протоколов IGP и служат для создания и поддержки топологической карты, используемой протоколом LDP.

Протоколы динамической маршрутизации задействованы в LSR с целью идентифицировать соседние LSR одного сетевого домена и периодически обновлять информацию о топологии сети при помощи рассмотренных извещений о состоянии каналов. Это является и главным преимуществом такой маршрутизации, т.к. для передачи данных между двумя конечными пунктами используется кратчайший на данный момент маршрут.

Названное преимущество протокола IS-IS — в то же время и его существенный недостаток. Этот недостаток связан с так называемой лавинной рассылкой пакетов (flooding), вызываемой внезапным изменением состояния каналов (либо канал неожиданно стал недоступен, либо, наоборот, возобновил свою работу после перерыва). Flooding характеризуется обменом между маршрутизаторами огромным количеством служебных пакетов, т.к. каждый маршрутизатор, соседний с данным, приняв очередное извещение об изменении состояния каналов и обновив свои таблицы маршрутизации, пересылает его дальше.

В IS-IS присутствуют аналогичные OSPF механизмы обнаружения соседей с помощью пакетов HELLO, синхронизации баз данных и оповещения об изменении состояния связи путем рассылки пакетов (flooding). Аналогами OSPF -пакетов LSU (Link State Update) в IS-IS являются пакеты LSP (Link State Packet, не путать с LSP–коммутируемым по меткам тракт).

Метрики IS-IS

Основная метрика, используемая в IS-IS, – это некоторое число, не превышающее 1024 для маршрута и 64 – для канала. Смысл и числовые значения этой метрики для каждого канала и маршрута определяет системный администратор. Метрика маршрута вычисляется как сумма метрик составляющих его каналов.

Кроме того, можно задать три дополнительные метрики: " задержка" (delay), отражающая длительность задержки в канале, " стоимость передачи по каналу" (expense), отражающая коммуникационные затраты, и " ошибки" (error), отражающая коэффициент ошибок в канале.

Маршрутизация IS-IS

Принципы маршрутизации IS-IS очень похожи на используемые в протоколе OSPF. Для синхронизации баз данных маршрутизации IS-IS использует пакеты CSNP (Complete Sequence Number Packet) и PSNP (Partial Sequence Number Packet), по своему назначению примерно аналогичные пакетам DD (Database Description) и LSR (Link State Request) протокола OSPF. Протокол IS-IS поддерживает и двухуровневую иерархическую систему сетей (периферийные области и магистральная область 0), но принцип организации этой системы отличается от принципа ее организации в OSPF.

BGP

⇐ Предыдущая 12 13 14 15 16 17 181920 21 Следующая ⇒