Протоколы маршрутизации предназначены для автоматического построения таблиц маршрутизации (ТМ), на основе которых выполняется перемещение пакетов. Такие таблицы содержат данные которых достаточно для принятия решения
для пересылки любого пакета, поступившего к маршрутизатору. Содержимое таблицы зависит от технологии составной сети. Как правило выбирается "кратчайший" маршрут (под длиной маршрута понимают его метрику - значение, которое влияет на выбор маршрута: чем меньше метрика - тем лучше. Метрика может определяться, например, количеством промежуточных узлов, пропускной способностью, время задержки, надежностью каналов между маршрутизаторами).
Все способы маршрутизации можно разделить на 2 большие группы: без таблиц и с ТМ [1].
Маршрутизация без таблиц делится на лавинную; управляемую событиями, от источника.
Лавинная маршрутизация - это самый простой способ передачи, который предусматривает, что каждый маршрутизатор отправляет пакет всем своим соседям, кроме того, от кого он получил свой пакет. Пропускная способность сети в таком случае используется очень неэффективно.
Маршрутизация, управляемая событиями предполагает, что пакет в определенной сети назначения направляется по маршруту, который уже приводил к успеху. В таком случае необходимо, чтобы маршрутизатор-отправитель мог фиксировать факт успеха доставки пакета.
Маршрутизация от источника предполагает, что отправитель размещает в пакет информацию о том, какие промежуточные маршрутизаторы должны принимать участие в передаче пакетов. Такую информацию или предоставляет администратор вручную или узел-отправитель формирует автоматически.
Маршрутизация на основе таблиц в свою очередь подразделяется на статическую и динамическую (адаптивную). Статическая маршрутизация предусматривает ручное прописывание маршрутов администратором. Такая маршрутизация при изменении структуры сети требует ручного изменение маршрутов.
В случае динамической маршрутизации сети могут обновлять свои ТМ и быстро адаптироваться к изменениям топологии и состояния соединений. Успешное функционирование этого вида маршрутизации зависит от выполнения маршрутизатором двух его основных функций: поддержка ТМ в актуальном состоянии и своевременного распространения информации в виде анонсов и обновлений маршрутов среди других маршрутизаторов [5].
При распространении информации о сети, механизм динамического ной маршрутизации использует один из протоколов маршрутизации. Такой протокол определяет набор правил, используемых мар-шрутизатором при осуществлении связи с соседними маршрутизаторами. Протокол маршрутизации определяет [1, 5, 10, 12, 16]: каким образом рассылаются обновления маршрутов, такая информация содержится в обновлениях; как часто рассылаются обновления; каким образом выполняется поиск получателей обновлений.
Каждый из алгоритмов маршрутизации использует свой собственный спо-ру выбора наилучшего пути. Для этого он генерирует определенное значение, называется метрикой для каждого маршрута в сети. Обычно чем меньше значение метрики, тем лучше считается маршрут [1].
Метрики исчисляются на основе одного или более параметров:
• полоса пропускания - описывает пропускную способность канала;
• задержка - время, которое требуется пакета для прохождения по каналу от отправителя к получателю;
• нагрузка - степень использования сетевых ресурсов на ма-ршрутизатори или канале;
• надежность характеризует уровень ошибок в сетевом канале;
• количество переходов - число маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет перед поступлением в пункт назначения;
• стоимость - произвольное значение, рассчитывается на основе ширины полосы пропускания, финансовых затрат или других характеристик, которые выбирает сетевой администратор.
Итак, протокол маршрутизации - средство коммуникации между маршрутизаторами, которое позволяет устройствам совместно использовать информацию о сети и определять расстояние до различных узлов и сетей. Информация, один маршрутизатор получает от второго (путем протокола маршрутизации), используется для построения и поддержки в актуальном состоянии ТМ.
Большинство алгоритмов маршрутизации может быть отнесено к одной из двух категорий [1, 5, 16]:
• дистанционно-векторный протокол (ДВП)
• протокол с учетом состояния канала (ПСК).
Дистанционно-векторный протокол определяет направление или вектор и расстояние до нужного узла объединенной сети. Примерами таких протоколов являются RIP, IGRP, EIGRP, BGP. Некоторое время протокол EIGRP считался гибридным протоколом, поскольку сочетает в себе особенности обоих алгоритмов: дистанционно-векторного и с учетом состояния канала, но на сегодняшний день фирма Cisco относит его к ДВП. Хотя стоит отметить, что он имеет гораздо лучшие характеристики, чем классические ДВП [4, 15].
Протокол с учетом состояния канала, который также называют алгоритм выбора кратчайшего пути (shortest path first - SPF), воспроизводит топологию всей сети. Примеры: OSPF, IS-IS, NLSP.
При использовании дистанционно-векторных алгоритмов между маршрутизаторами периодически пересылаются копии таблиц маршрутизации. В таких регулярных обновлениях маршрутизаторы сообщений-омляють друг друга об изменениях в топологии сети. Дистанционно-векторные алгоритмы маршрутизации также называются еще алгоритмами Беллмана-Форда. На рис. 4.1 каждый маршрутизатор получает ТМ от соседних маршрутизаторов.
Маршрутизаторы Б получает таблицу от маршрутизатора А. Маршрутизатор добавляет значение вектора расстояния, количество переходов, увеличивает результирующий вектор расстояния. После этого маршрутизатор Б передает свою новую таблицу маршрутизации своему соседу марш-рутизатору В. Такой пошаговый процесс на всех соседних маршрутизаторах. В дистанционно-векторном алгоритме накапливаются расстояния в сети, позволяет поддерживать базу данных (БД), которая содержит информацию о топологии сети. Однако дистанционно-векторные алгоритмы не предоставляют маршрутизаторам точную топологию всей сети, так как каждому маршрутизатору известны лишь соседние (прилегающие) маршрутизаторы.
Каждый маршрутизатор использует дистанционно-векторной маршрутизации, начинает свою работу с определения соседних маршрутизаторов. На рис. 4.2 проиллюстрировано формирование вектора расстояния. Для каждого интерфейса непосредственно подключенной сети, вектор расстояния устанавливается нулевым. В процессе расчета вектора расстояния, маршрутизаторы находят наилучший маршрут к соседям-получателей на основе информации, полученной от соседей. Например, маршрутизатор А узнает о других сети на основе информации, которую он получает от маршрутизатора Б. В каждой из позиций ТМ является суммарный вектор расстояния, который показывает, на каком расстоянии находится соответствующая удаленная сеть [1, 5, 15, 16].
Обновление ТМ происходит при изменении топологии сети. По мере формирования векторов расстояния изменения топологии заносятся в ТМ следующих маршрутизаторов. Дистанционно-векторные алгоритмы требуют, чтобы каждый маршрутизатор пересылал всю ТМ каждом из своих соседей.
Вектор расстояния можно сравнить с дорожными знаками на шоссе. Эти знаки указывают направление к пункту назначения и расстояние до него. Далее по этому же шоссе могут встречаться знаки, указывающие то же направление, однако, расстояние указывать они будут меньше. Уменьшение этого расстояния при движении свидетельствует о правильном направление движения. Вторым базовым алгоритмом маршрутизации является алгоритм выбора маршрута по состоянию канала. Такие алгоритмы известны, как алгоритмы Дейкстры или алгоритмы выбора кратчайшего пути (Shortest Path First). Они поддерживают сложную базу топологической информации. Тогда как дистанционно-векторные алгоритмы не содержат определенной информации об удаленных сети и маршрутизаторы, алгоритмы с использованием состояния канала поддерживают полную информацию об отдаленных маршрутизаторы и их соединения. При маршрутизации по состоянию канала ис-ются [1, 5, 16]:
• анонсы состояния канала (Link-State Advertisement - LSA). Это неболь-шие пакеты, содержащие информацию о маршрутах, рассылаемых между маршрутизаторами;
• топологическая база данных (Topological Database). Эта база содержащей информацию, полученную в сообщениях LSA;
• алгоритм выбора кратчайшего пути (Shortest Path First). Соответствующий алгоритм осуществляет вычисления над базой данных, результатом которого является построение связного дерева протокола SPF;
• таблица маршрутизации (Routing Table). Эта таблица содержит ви-доме маршруты и соответствующие им интерфейсы.
Маршрутизаторы обмениваются сообщениями LSA, начиная с непосредственно подключенных сетей. Каждый маршрутизатор параллельно с другими создает топологическую БД, состоящая из информации, полученной из этих сообщений (рис. 4.3). Если маршрутизатор узнает об изменении состояния канала, он рассылает эту информацию всем другим маршрутизаторам объединенной сети, чтобы они могли ее использовать для маршрутизации. Для того, чтобы закончилась конвергенция, каждый маршрутизатор поддерживает информацию о соседних маршрутизаторы, их имена, состояния интерфейсов и стоимости каналов в соседних устройств. Маршрутизаторы создает пакет LSA, в котором содержится перечислена информация с информацией о новых соседей, изменения в ценностях каналов и о каналах, что перестали функционировать. Затем этот пакет LSA отправляется всем другим маршрутизаторам.