Dół formularza
CCNA Exploration - Protokoły i koncepcje routingu
10 Protokoły routingu stanu łącza
10.0 Wprowadzenie do rozdziału
10.0.1 Wprowadzenie do rozdziału
Strona 1:
W rozdziale 3 „Wprowadzenie do protokołów routingu dynamicznego” różnicę pomiędzy routingiem wektora odległości i routingiem stanu łącza wyjaśniono za pomocą analogii. Protokoły routingu wektora odległości porównano do drogowskazów, które podają jedynie informacje o odległości i kierunku. Natomiast protokoły stanu łącza to mapy. Na mapie można zobaczyć wszystkie potencjalne trasy i wybrać najlepszą.
Protokoły routingu wektora odległości przypominają drogowskazy, ponieważ routery muszą wybierać trasy na podstawie odległości do sieci, czyli metryki Tak jak podróżnicy ufają, że informacja o odległości do następnej miejscowości na drogowskazie jest prawidłowa, router wektora odległości ufa, że inny router ogłasza prawdziwą odległość do sieci docelowej.
Protokoły routingu stanu łącza opierają się na innych założeniach. Protokoły te bardziej kojarzą się z mapą, ponieważ tworzą topologiczny plan sieci, a każdy router używa go, aby ustalać najkrótszą drogę do każdej sieci. Tak jak zaglądamy do mapy, aby znaleźć trasę do innego miasta, tak też routery stanu łącza używają mapy, aby ustalać preferowaną trasę do innego celu.
Routery używające protokołów routingu stanu łącza (ang. link-state routing protocols) wysyłają innym routerom w domenie routingu informacje o stanie swoich łączy. Stan tych łączy odnosi się do sieci dołączonych bezpośrednio i zawiera informacje o typie sieci i wszystkich sąsiednich routerach w tych sieciach - stąd wzięła się nazwa protokół routingu stanu łącza.
Ostatecznym celem jest to, aby każdy router odebrał wszystkie informacje o stanie łączy od pozostałych routerów na obszarze routingu. Dzięki tym informacjom stanu łącza każdy router może utworzyć własną topologiczną mapę sieci i niezależnie obliczyć najkrótszą drogę do każdej sieci.
Rozdział ten stanowi wprowadzenie do założeń teoretycznych protokołów routingu stanu łącza. W rozdziale 11 „Protokół OSPF” założenia te są omówione na przykładzie protokołu OSPF.
10.1 Routing według stanu łącza
10.1.1 Protokoły routingu stanu łącza
Strona 1:
Protokoły routingu stanu łącza są również nazywane protokołami wyboru najkrótszej ścieżki, a konstruuje się je w oparciu o algorytm SPF (shortest path first) Edsgera Dijkstry. Algorytm SPF został szczegółowo omówiony w dalszej części tego rozdziału.
Na ilustracji przedstawiono protokoły routingu stanu łącza:
Open Shortest Path First (OSPF)
Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS)
Panuje przekonanie, że routingu stanu łącza są o wiele bardziej złożone niż protokoły wektora odległości. Jednak podstawowe działanie i konfiguracja protokołów stanu łącza nie są skomplikowane. Nawet sam algorytm można łatwo zrozumieć, o czym przekonamy się na kolejnych stronach. Podstawowy proces OSPF można konfigurować za pomocą polecenia router ospf identyfikator-procesu i instrukcji network, czyli podobnie jak w przypadku innych protokołów routingu, takich jak RIP i EIGRP.
Uwaga: Protokół OSPF omówiono w rozdziale 11, a protokół IS-IS na kursie CCNP. Istnieją również protokoły routingu stanu łącza dla sieci innych niż IP. Są to na przykład DNA Phase V firmy DEC i NLSP (NetWare Link Services Protocol) firmy Novell - żaden z nich nie jest omawiany na kursach CCNA i CCNP.
Algorytm Dijkstry jest powszechnie określany mianem algorytmu SPF (shortest path first). Sumuje koszty na każdej drodze, od źródła do celu. Mimo że algorytm Dijkstry jest nazywany „najpierw najkrótsza ścieżka”, w istocie taki jest cel każdego algorytmu routingu.
Na rysunku każda droga została oznakowana arbitralną wartością kosztu. Koszt najkrótszej drogi przesyłania pakietów z routera R2 do sieci LAN za routerem R3 to 27. Zwróćmy uwagę, że 27 nie jest kosztem dotarcia do tej sieci lokalnej dla wszystkich routerów. Każdy router dla każdego celu w topologii ustala własny koszt. Innymi słowy, każdy router oblicza algorytm SPF i ustala koszt z własnej perspektywy. W dalszej części tego rozdziału stanie się to bardziej zrozumiałe.
Strona 2:
Kliknij R1 na ilustracji.
W tabeli zebrano najkrótsze drogi z routera R1 do każdej sieci lokalnej wraz z kosztami. Najkrótszą drogą wcale nie musi być droga z najmniejszą liczbą skoków. Przykładem jest droga do sieci lokalnej za routerem R5. Wydawałoby się, że router R1 będzie wysyłał pakiety bezpośrednio do routera R4, a nie przez router R3. Jednak koszt dotarcia do routera R4 bezpośrednio jest wyższy (22) niż koszt dotarcia do niego przez router R3 (17).
Kliknij R2 do R5 na ilustracji.
Popatrzmy na najkrótsze drogi z każdego routera do pozostałych sieci LAN.
10.1.3 Proces routingu stanu łącza
Strona 1:
A jak tak naprawdę działa protokół routingu stanu łącza? Wszystkie routery w topologii wykonają do końca ogólny proces routingu stanu łącza, aby osiągnąć stan zbieżności:
1. Każdy router dowiaduje się o własnych łączach, własnych sieciach dołączonych bezpośrednio. Polega to na wykrywaniu, że interfejs jest włączony, z uwzględnieniem adresu warstwy 3.
2. Każdy router jest odpowiedzialny za poznanie swoich sąsiadów w sieciach dołączonych bezpośrednio. Podobnie jak EIGRP, routery stanu łącza robią to, wymieniając pakiety hello z innymi routerami stanu łącza w sieciach dołączonych bezpośrednio.
3. Każdy router konstruuje pakiet LSP (link-state packet) zawierający stan każdego bezpośrednio dołączonego łącza. Robi to, rejestrując wszystkie istotne informacje o każdym sąsiedzie, w tym jego identyfikator, typ łącza i szerokość pasma.
4. Każdy router zalewowo wysyła LSP do wszystkich sąsiadów, którzy następnie zapisują odebrane LSP w bazie danych. Sąsiedzi następnie rozsyłają zalewowo LSP do swoich sąsiadów, aż wszystkie routery na danym obszarze odbiorą pakiety LSP. Każdy router składuje kopię każdego pakietu LSP od swoich sąsiadów w lokalnej bazie danych.
5. Każdy router używa bazy danych, aby skonstruować kompletną mapę topologii, i oblicza najlepszą trasę do każdej sieci docelowej. Wracając do analogii z mapą samochodową: router ma teraz kompletną mapę wszystkich celów w topologii i prowadzących do nich tras. Algorytm SPF służy do budowania mapy topologii i wyznaczania najlepszej drogi do każdej sieci.
W kolejnych punktach etapy tego procesu omówiono bardziej szczegółowo.
Kliknij Proces routingu stanu łącza na ilustracji.
W topologii widzimy teraz adresy sieciowe każdego łącza. Każdy router dowiaduje się o własnych łączach, własnych sieciach połączonych bezpośrednio. Odbywa się to tak samo, jak wyjaśniono w rozdziale 1 „Wprowadzenie do routingu i przesyłania pakietów”. Kiedy na interfejsie routera skonfigurujemy adres IP i maskę podsieci, interfejs staje się częścią tej sieci.
Kliknij R1 na ilustracji.
Kiedy prawidłowo skonfigurujemy i aktywujemy interfejsy, router dowiaduje się o własnych sieciach dołączonych bezpośrednio. Niezależnie od używanych protokołów routingu sieci dołączone bezpośrednio stają się teraz częścią tablicy routingu. W tym przykładzie skupimy się na procesie routingu stanu łącza z perspektywy routera R1.
Łącze
W protokołach routingu stanu łącza, łącze to interfejs routera. Tak jak w przypadku protokołów wektora odległości i tras statycznych, na interfejsie należy skonfigurować prawidłowy adres IP i maskę podsieci, a łącze musi być włączone, zanim protokół routingu stanu łącza będzie mógł się o nim dowiedzieć. Poza tym, tak jak w przypadku protokołów routingu wektora odległości, zanim interfejs będzie mógł uczestniczyć w procesie routingu stanu łącza, musi zostać uwzględniony w jednym z poleceń network.
Na rysunku widzimy, że router R1 ma cztery sieci dołączone bezpośrednio:
Interfejs FastEthernet 0/0 w sieci 10.1.0.0/16
Interfejs Serial 0/0/0 w sieci 10.2.0.0/16
Interfejs Serial 0/0/1 w sieci 10.3.0.0/16
Interfejs Serial 0/0/2 w sieci 10.4.0.0/16
Stany łącza
Informacje o interfejsach routera nazywane są stanami łącza (ang. link states). Jak widzimy na rysunku, informacja ta składa się z następujących elementów:
adresu IP i maski podsieci interfejsu,
typu sieci, na przykład Ethernet (rozgłoszeniowa) lub szeregowe łącze punkt-punkt,
kosztu tego łącza,
wszystkich sąsiednich routerów na tym łączu.
Uwaga: Jak zobaczymy, implementacja OSPF firmy Cisco określa koszt łącza, metrykę routingu OSPF, jako szerokość pasma interfejsu wyjściowego. Jednak w tym rozdziale dla uproszczenia używany arbitralnych wartości kosztów.
10.1.5 Wysyłanie pakietów hello do sąsiadów
Strona 1:
Drugi krok procesu routingu stanu łącza to:
Każdy router jest odpowiedzialny za poznanie swoich sąsiadów w sieciach dołączonych bezpośrednio.
Routery z protokołami routingu stanu łącza do wykrywania sąsiadów na swoich łączach używają protokołu hello. Sąsiadem jest każdy inny router, na którym działa ten sam protokół routingu stanu łącza.
Strona 2:
Kliknij Odtwórz, aby obejrzeć animację.
Router R1 wysyła ze swoich łączy (interfejsów) pakiety hello, aby dowiedzieć się, gdzie znajdują się ewentualni sąsiedzi. Routery R2, R3 i R4 odpowiadają na pakiet hello własnymi pakietami hello, ponieważ skonfigurowano na nich ten sam protokół routingu stanu łącza. Na interfejsie FastEthernet 0/0 nie ma żadnych sąsiadów. Ponieważ router R1 nie odbiera pakietu hello na tym interfejsie, nie będzie dla tego łącza wykonywał kolejnych kroków procesu routingu stanu łącza.
Podobnie jak w przypadku pakietów hello protokołu EIGRP, kiedy dwa routery stanu łącza dowiadują się, że są sąsiadami, tworzą przyległość. Te małe pakiety hello w dalszym ciągu są wymieniane pomiędzy dwoma przyległymi sąsiadami, co pełni funkcję podtrzymywania monitorowania stanu sąsiada. Jeśli router przestanie odbierać od sąsiada pakiety hello, uznaje, że sąsiad ten jest nieosiągalny, a przyległość zostaje przerwana. W tym przykładzie, router R1 tworzy przyległość ze wszystkimi trzema routerami.
10.1.6 Budowanie pakietu stanu łącza
Strona 1:
Kliknij Proces routingu stanu łącza na ilustracji.
Przechodzimy do trzeciego kroku procesu routingu stanu łącza:
Każdy router konstruuje pakiet LSP (link-state packet) zawierający stan każdego bezpośrednio dołączonego łącza.
Kliknij R1 na ilustracji.
Po tym jak router ustanowi przyległości, może budować pakiety LSP, które zawierają informacje stanu łącza o jego interfejsach Uproszczona wersja pakietów LSP z routera R1 zawiera następujące informacje:
1. R1; sieć Ethernet 10.1.0.0/16; koszt 2
2. R1 -> R2; szeregowa sieć punkt-punkt 10.2.0.0/16; koszt 20
3. R1 -> R3; szeregowa sieć punkt-punkt 10.3.0.0/16; koszt 5
4. R1 -> R4; szeregowa sieć punkt-punkt 10.4.0.0/16; koszt 20
10.1.7 Zalewowe rozsyłanie pakietów LSP do sąsiadów
Strona 1:
Jak pokazano na ilustracji, czwarty krok w procesie routingu stanu łącza to:
Każdy router rozsyła zalewowo LSP do wszystkich sąsiadów, którzy następnie zapisują odebrane LSP w bazie danych.
Każdy router rozsyła zalewowo swoje informacje o stanie łączy do pozostałych routerów łącze-stan na obszarze routingu. Kiedy router odbierze pakiet LSP od sąsiedniego routera, natychmiast wysyła ten pakiet LSP ze wszystkich swoich interfejsów oprócz tego, na którym odebrał ten pakiet. Proces ten daje efekt zalewania pakietów LSP ze wszystkich routerów na obszarze routingu.
Kliknij Odtwórz, aby obejrzeć animację.
Jak widzimy na rysunku 10.7, pakiety LSP z routera R1 są zalewowo rozsyłane po sieci. Kiedy router odbierze pakiet LSP, przekazuje go natychmiastowo bez pośrednich obliczeń. W przeciwieństwie do protokołów routingu wektora odległości, które przed wysłaniem aktualizacji routingu do innych sąsiadów muszą wykonać algorytm Bellmana-Forda, protokoły routingu stanu łącza obliczają algorytm SPF po zakończeniu zalewania. W efekcie protokoły routingu stanu łącza osiągają stan zbieżności znacznie szybciej niż protokoły routingu wektora odległości.
Jak pamiętamy, pakiety LSP, w przeciwieństwie do pakietów hello, nie muszą być wysyłane regularnie. Pakiet LSP musi zostać wysłany tylko:
podczas pierwszego uruchomienia routera albo po włączeniu procesu protokołu routingu na tym routerze,
kiedy zmieni się topologia, co obejmuje także wyłączenie lub włączenie łącza, albo gdy przyległość z sąsiadem zostanie ustanowiona albo zerwana.
Oprócz informacji o stanie łącza w pakiecie LSP znajdują się również inne informacje - na przykład numery sekwencyjne i daty ważności - ułatwiające zarządzanie procesem zalewania. Informacje te są używane przez każdy router w celu ustalenia, czy już odebrał dany pakiet LSP od innego routera lub czy w pakiecie LSP znajdują się nowsze informacje niż te, które są w bazie danych stanu łącza (ang. link-state database). Dzięki temu procesowi router przechowuje w swojej bazie danych stanu łącza tylko najbardziej aktualne informacje.
Uwaga: To, jak te numery sekwencyjne i informacje o datach ważności są wykorzystywane, nie jest omawiane na tym kursie. Dodatkowe informacje można znaleźć w książce Routing TCP/IP Jeffa Doyle'a.
Ostatni krok procesu routingu stanu łącza to:
Każdy router używa bazy danych, aby skonstruować kompletną mapę topologii i obliczyć najlepszą trasę do każdej sieci docelowej.
Po tym jak każdy router roześle swoje pakiety LSP w procesie zalewania, każdy router będzie miał pakiet LSP od każdego routera stanu łącza na obszarze routingu. Te pakiety LSP są składowane w bazie danych stanu łącza. Każdy router na obszarze routingu może teraz użyć algorytmu SPF, aby budować pokazane wcześniej drzewa SPF.
Strona 2:
Spójrzmy na bazę danych stanu łącza R1 będącą wynikiem obliczeń algorytmu SPF.
Kliknij Bazę danych stanu łącza R1 na ilustracji.
W rezultacie procesu zalewania router R1 zdobył informacje o stanie łączy dla każdego routera w swoim obszarze routingu. Na rysunku przedstawiono informacje o stanie łączy, które router R1 odebrał i zapisał w swojej bazie danych stanu łącza. Zwróćmy uwagę, że w tej bazie danych router R1 zapisuje również własne informacje o stanie łączy.
Kliknij Drzewo SPF R1 na ilustracji.
Po skompletowaniu danych do bazy danych stanu łącza router R1 może zacząć jej używać tak jak algorytmu SPF, aby obliczyć preferowaną, czyli najkrótszą drogę do każdej sieci. Zwróćmy uwagę, że do żadnego celu router R1 nie używa drogi łączącej go z routerem R4, nawet do sieci lokalnej za tym ostatnim. Droga przez router R3 ma niższy koszt. Poza tym router R1, aby dotrzeć do routera R5 nie używa drogi pomiędzy R2 i R5. Droga przez router R3 ma niższy koszt. Każdy router w topologii ustala najkrótszą drogę z własnej perspektywy.
Uwaga: Baza danych stanu łącza i drzewo SPF będą zawierały też sieci połączone bezpośrednio (łącza, które zostały zacienione na ilustracji).
10.1.9 Drzewo SPF (shortest path first)
Strona 1:
Budowanie drzewa SPF
Zbadajmy dokładnie jak R1 konstruuje swoje drzewo SPF. Topologia zawiera tylko bezpośrednio połączonych sąsiadów. Jednak używając informacji o stanie łączy od wszystkich pozostałych routerów, router R1 może w tym momencie rozpocząć konstruowanie drzewa SPF sieci, będąc korzeniem tego drzewa.
Uwaga: Proces opisany w tym rozdziale to schematyczna postać algorytmu SPF i drzewa SPF mająca za zadanie ułatwienie zrozumienia koncepcji.
Kliknij LSP routera R2 na ilustracji.
Algorytm SPF zaczyna się od przetworzenia poniższych informacji LSP od routera R2:
1. Połączony z sąsiadem R1 w sieci 10.2.0.0/16, koszt 20
2. Połączony z sąsiadem R5 w sieci 10.9.0.0/16, koszt 10
3. Ma sieć 10.5.0.0/16, koszt 2
Router R1 może zignorować pierwszy pakiet LSP, ponieważ już wie, że jest połączony z routerem R2 w sieci 10.2.0.0/16 z kosztem 20. R1 może użyć drugiego pakietu LSP i utworzyć łącze z routera R2 do innego routera, R5, z siecią 10.9.0.0/16 i kosztem 10. Informacje te zostają dodane do drzewa SPF. Używając trzeciego pakietu LSP, router R1 dowiedział się, że router R2 ma sieć 10.5.0.0/16 z kosztem 2 i bez sąsiadów. Łącze to zostaje dodane do drzewa SPF routera R1.
Kliknij LSP routera R3 na ilustracji.
Algorytm SPF przetwarza teraz pakiety LSP od routera R3:
1. Połączony z sąsiadem R1 w sieci 10.3.0.0/16, koszt 5
2. Połączony z sąsiadem R4 w sieci 10.7.0.0/16, koszt 10
3. Ma sieć 10.6.0.0/16, koszt 2
Router R1 może zignorować pierwszy pakiet LSP, ponieważ już wie, że jest połączony z routerem R3 w sieci 10.3.0.0/16 z kosztem 5. R1 może na podstawie drugiego pakietu LSP utworzyć łącze z routera R3 do routera R4 z siecią 10.7.0.0/16 i kosztem 10. Informacje te zostają dodane do drzewa SPF. Z trzeciego pakietu LSP router R1 dowiedział się, że router R3 ma sieć 10.6.0.0/16 z kosztem 2 i bez sąsiadów. Łącze to zostaje dodane do drzewa SPF routera R1.
Kliknij LSP routera R4 na ilustracji.
Algorytm SPF przetwarza teraz pakiety LSP od routera R4:
1. Połączony z sąsiadem R1 w sieci 10.4.0.0/16, koszt 20
2. Połączony z sąsiadem R3 w sieci 10.7.0.0/16, koszt 10
3. Połączony z sąsiadem R5 w sieci 10.10.0.0/16, koszt 10
4. Ma sieć 10.8.0.0/16, koszt 2
Router R1 może zignorować pierwszy pakiet LSP, ponieważ już wie, że jest połączony z routerem R4 w sieci 10.4.0.0/16 z kosztem 20. R1 może zignorować również drugi pakiet LSP, ponieważ SPF dowiedział się już o sieci 10.6.0.0/16 z kosztem 10 od routera R3.
Jednak na podstawie trzeciego pakietu LSP router R1 może utworzyć łącze z routera R4 do routera R5 z siecią 10.10.0.0/16 i kosztem 10. Informacje te zostają dodane do drzewa SPF. Dzięki czwartemu pakietowi LSP router R1 dowiaduje się, że router R4 ma sieć 10.8.0.0/16 z kosztem 2 i bez sąsiadów. Łącze to zostaje dodane do drzewa SPF routera R1.
Kliknij LSP routera R5 na ilustracji.
Algorytm SPF przetwarza teraz ostatnie pakiety LSP od routera R5:
1. Połączony z routerem R2 w sieci 10.9.0.0/16, koszt 10
2. Połączony z routerem R4 w sieci 10.10.0.0/16, koszt 10
3. Ma sieć 10.11.0.0/16, koszt 2
Router R1 może zignorować dwa pierwsze pakiety LSP (dla sieci 10.9.0.0/16 i 10.10.0.0/16), ponieważ SPF dowiedział się już o tych łączach i dodał je do drzewa SPF. Router R1 może przetworzyć trzeci pakiet LSP, dowiadując się, że router R5 ma sieć 10.11.0.0/16 z kosztem 2 i bez sąsiadów. Łącze to zostaje dodane do drzewa SPF routera R1.
Strona 2:
Ustalanie najkrótszej drogi
Ponieważ wszystkie pakiety LSP zostały przetworzone za pomocą algorytmu SPF, router R1 skonstruował pełne drzewo SPF. Łącza 10.4.0.0/16 i 10.9.0.0/16 nie są używane jako drogi do innych sieci, ponieważ istnieją drogi o niższym koszcie, czyli krótsze. Mimo to drogi te nadal są uwzględniane w drzewie SPF i używane do komunikacji z urządzeniami w tej sieci.
Uwaga: Rzeczywisty algorytm SPF ustala najkrótszą drogę w trakcie budowania drzewa SPF. My zrobiliśmy to w dwóch krokach, aby ułatwić zrozumienie tego algorytmu.
Ilustracja przedstawia drzewo SPF routera R1. Używając tego drzewa, wyniki algorytmu SPF wskazują najkrótszą drogę do każdej sieci. W tabeli widzimy tylko sieci lokalne, ale algorytmu SPF można też użyć do ustalenia najkrótszej drogi do każdego łącza sieci WAN. W tym przypadku router R1 ustalił następujące najkrótsze drogi do każdej sieci:
Sieć 10.5.0.0/16 przez router R2 interfejsem S0/0/0 z kosztem 22
Sieć 10.6.0.0/16 przez router R3 interfejsem S0/0/1 z kosztem 7
Sieć 10.7.0.0/16 przez router R3 interfejsem S0/0/1 z kosztem 15
Sieć 10.8.0.0/16 przez router R3 interfejsem S0/0/1 z kosztem 17
Sieć 10.9.0.0/16 przez router R2 interfejsem S0/0/0 z kosztem 30
Sieć 10.10.0.0/16 przez router R3 interfejsem S0/0/1 z kosztem 25
Sieć 10.11.0.0/16 przez router R3 interfejsem S0/0/1 z kosztem 27
Każdy router konstruuje własne drzewo SPF niezależnie od pozostałych routerów. Aby zapewnić prawidłowy routing, bazy danych stanu łącza używane do konstruowania tych drzew muszą być identyczne na wszystkich routerach. Zagadnienie to zostało omówione dokładniej w rozdziale 11.
Generowanie tablicy routingu z drzewa SPF
Używając informacji o najkrótszej drodze ustalonej przez algorytm SPF, wymienione powyżej drogi można teraz dodać do tablicy routingu. Na ilustracji widać, że następujące trasy zostały dodane do tablicy routingu routera R1:
10.5.0.0/16 via R2 Serial 0/0/0, koszt = 22
10.6.0.0/16 via R3 Serial 0/0/1, koszt = 7
10.7.0.0/16 via R3 Serial 0/0/1, koszt = 15
10.8.0.0/16 via R3 Serial 0/0/1, koszt = 17
10.9.0.0/16 via R2 Serial 0/0/0, koszt = 30
10.9.0.0/16 via R2 Serial 0/0/0, koszt = 30
10.9.0.0/16 via R2 Serial 0/0/0, koszt = 30
Tablica routingu będzie również zawierała wszystkie sieci dołączone bezpośrednio i trasy z innych źródeł, na przykład trasy statyczne. Pakiety będą teraz przesyłane zgodnie z wpisami w tablicy routingu.
10.2 Implementowanie protokołów routingu stanu łącza
10.2.1 Zalety protokołów routingu stanu łącza
Strona 1:
Porównując protokoły routingu stanu łącza z protokołami routingu wektora odległości, można znaleźć kilka zalet tych pierwszych.
Budowanie mapy topologicznej
Protokoły routingu stanu łącza tworzą drzewo SPF, czyli mapę przedstawiającą topologię sieci. Protokoły routingu wektora odległości nie mają topologicznej mapy sieci. Routery implementujące protokół routingu wektora odległości mają tylko listę sieci, która zawiera informacje o koszcie (odległości) i routerach następnego skoku (kierunku) do tych sieci. Ponieważ protokoły routingu stanu łącza wymieniają informacje o stanach łączy, algorytm SPF może zbudować drzewo SPF sieci. Używając drzewa SPF, każdy router może niezależnie ustalić najkrótszą drogę do każdej sieci.
Szybka zbieżność
Po odbiorze pakietu LSP protokoły routingu stanu łącza natychmiast rozsyłają go zalewowo przez wszystkie interfejsy oprócz tego, na którym został odebrany. Router używający protokołu routingu wektora odległości musi przetworzyć każdą aktualizację routingu i zaktualizować swoją tablicę routingu, zanim rozleje je z innych interfejsów - dotyczy to również aktualizacji wyzwalanych. Protokoły routingu stanu łącza szybciej osiągają stan zbieżności. Wartym wspomnienia wyjątkiem jest EIGRP.
Aktualizacje wyzwalane zdarzeniami
Po początkowym rozlaniu pakietów LSP protokoły routingu stanu łącza wysyłają pakiet LSP tylko wtedy, kiedy w topologii zajdzie jakaś zmiana. Pakiet LSP zawiera jedynie informacje odnoszące się do łącza, którego zmiana dotyczy. W przeciwieństwie do niektórych protokołów routingu wektora odległości protokoły routingu stanu łącza nie wysyłają aktualizacji okresowych.
Uwaga: Routery OSPF rozsyłają zalewowo informacje o stanie własnych łączy co 30 minut. Nazywane jest to aktualizacją paranoiczną i zostało wyjaśnione w następnym rozdziale. Poza tym nie wszystkie protokoły routingu wektora odległości wysyłają aktualizacje okresowe. RIP i IGRP wysyłają aktualizacje okresowe, a EIGRP nie.
Projekt hierarchiczny
Protokoły routingu stanu łącza takie jak OSPF i IS-IS wykorzystują koncepcję obszarów Wiele obszarów tworzy hierarchiczny projekt sieci, umożliwiając lepszą agregację tras (sumaryzację) oraz izolację problemów z routingiem. Wieloobszarowe OSPF i IS-IS są omówione na kursie CCNP.
Współczesne protokoły routingu stanu łącza zostały zaprojektowane pod kątem zminimalizowania wykorzystania pamięci, procesora i szerokości pasma. Używanie i konfiguracja wielu obszarów mogą zredukować rozmiar baz danych stanu łącza. Wiele obszarów może również ograniczyć liczbę informacji o stanie łączy rozsyłanych zalewowo w domenie routingu przez wysyłanie pakietów LSP tylko do tych routerów, którym są potrzebne.
Na przykład, kiedy zajdzie zmiana w topologii, tylko routery w obszarze, którego zmiana ta dotyczy, odbierają pakiet LSP i uruchamiają algorytm SPF. Dzięki temu można wyodrębnić niestabilne łącze na określonym obszarze w domenie routingu. Na rysunku przedstawiono trzy osobne domeny routingu: obszar 1, obszar 0 i obszar 51. Jeśli sieć na obszarze 51 zostanie odcięta, pakiet LSP z informacją o tym nieczynnym łączu zostanie rozlany tylko do innych routerów na tym obszarze. Tylko routery z obszaru 51 będą musiały zaktualizować swoje bazy danych stanu łącza, ponownie wykonać algorytm SPF, utworzyć nowe drzewo SPF i zaktualizować tablice routingu. Routery z innych obszarów dowiedzą się, że ta trasa jest nieczynna, ale za pośrednictwem pakietu stanu łącza, który jest w gruncie rzeczy techniką wektora odległości i nie wymaga ponownego wykonywania algorytmu SPF. Routery z innych obszarów mogą uaktualnić swoje tablice routingu bezpośrednio.
Uwaga: Wieloobszarowe OSPF i IS-IS są omówione na kursie CCNP.
Strona 2:
Wymagania pamięciowe
Protokoły routingu stanu łącza z reguły wymagają więcej pamięci, więcej czasu procesora, a czasami również więcej szerokości pasma niż protokoły routingu wektora odległości. Wymagania pamięciowe wynikają z używania baz danych stanu łącza i tworzenia drzewa SPF.
Wymagany czas procesora
Protokoły routingu stanu łącza mogą również wymagać więcej czasu procesora niż protokoły routingu wektora odległości. Algorytm SPF wymaga więcej czasu procesora niż algorytmy wektora odległości takie jak Bellmana-Forda, ponieważ protokoły stanu łącza budują pełną mapę topologii.
Wymagana szerokość pasma
Zalewanie pakietów stanu łącza może mieć negatywny wpływ na dostępną w sieci szerokość pasma. Powinno tak się dziać tylko w czasie pierwszego uruchamiania routerów, ale może się zdarzać również w niestabilnych sieciach.
Dzisiaj w sieciach IP używane są dwa protokoły routingu stanu łącza:
OSPF (Open Shortest Path First)
IS-IS (Intermediate System-to-Intermediate System)
OSPF
OSPF został zaprojektowany przez istniejącą do dziś grupę roboczą OSPF organizacji IETF (Internet Engineering Task Force). Tworzenie protokołu OSPF rozpoczęto w 1987 roku, a obecnie używane są dwie wersje.
OSPFv2 - OSPF dla sieci IPv4 (RFC 1247 i RFC 2328)
OSPFv3 - OSPF dla sieci IPv6 (RFC 2740)
Większość prac nad protokołem OSPF to zasługa Johna Moya, autora większości dokumentów RFC poświęconych protokołowi OSPF. Jego książka OSPF, Anatomy of an Internet Routing Protocol przedstawia ciekawe spojrzenie na rozwój protokołu OSPF.
Uwaga: Protokół OSPF omówiono w następnym rozdziale. Wieloobszarowy OSPF i OSPFv3 są omówione w książkach dla uczestników kursów CCNP.
IS-IS
został zaprojektowany przez organizację ISO (International Organization for Standardization) i opisany w dokumencie ISO 10589. Pierwsze wcielenie tego protokołu routingu zostało opracowane w firmie DEC (Digital Equipment Corporation) pod nazwą DECnet Phase V. Głównym projektantem protokołu IS-IS był Radia Perlman.
IS-IS został początkowo zaprojektowany dla zestawu protokołów OSI, a nie TCP/IP. Później Integrated IS-IS, czyli Dual IS-IS, uwzględniał obsługę sieci IP. Mimo że IS-IS jest protokołem routingu używanym głównie przez dostawców ISP i operatorów, coraz częściej spotykamy go w sieciach przedsiębiorstw.
Protokoły OSPF i IS-IS mają równie wiele podobieństw co różnic. Zwolennicy każdego z nich toczą zacięte dyskusje na temat przewagi jednego nad drugim i na odwrót. Oba protokoły routingu zapewniają niezbędne funkcje routingu. Więcej na temat IS-IS i OSPF można się dowiedzieć na kursie CCNP, co pozwoli subiektywnie określić, który protokół dostarcza więcej korzyści.
10.3 Podsumowanie rozdziału
10.3.1 Podsumowanie i powtórzenie
Strona 1:
Podsumowanie
Protokoły routingu stanu łącza, zwane także protokołami wyboru najkrótszej ścieżki, opierają się na algorytmie SPF Edsgera Dijkstry. Istnieją dwa protokoły rou tingu stanu łącza dla sieci IP: OSPF (Open Shortest Path First) i IS-IS (Intermediate System-to-Inter-mediate System).
Proces stanu łącza można przedstawić w kilku punktach:
1. Każdy router dowiaduje się o własnych sieciach dołączonych bezpośrednio.
2. Każdy router jest odpowiedzialny za to, aby „powiedzieć hello” swoim sąsiadom w sieciach dołączonych bezpośrednio.
3. Każdy router tworzy pakiet LSP zawierający informacje o stanie każdego bezpośrednio dołączonego łącza.
4. Każdy router rozsyła zalewowo pakiet LSP do wszystkich sąsiadów, którzy następnie zapisują wszystkie odebrane pakiety LSP w bazie danych.
5. Każdy router używa bazy danych, aby skonstruować kompletną mapę topologii i obliczyć najlepszą drogę do każdej sieci docelowej.
Łącze to interfejs routera. Stan łącza to informacja o tym interfejsie, w tym jego adres IP, maska podsieci, typ sieci, koszt skojarzony z łączem i ewentualnie sąsiednie routery na tym łączu.
Każdy router ustala stany własnych łączy, a następnie zalewowo rozsyła tę informację do pozostałych routerów na danym obszarze. W efekcie każdy router buduje bazę danych stanu łącza zawierającą informację o stanie łączy od pozostałych routerów. Każdy router ma identyczną bazę danych stanu łącza. Używając informacji z tej bazy danych, każdy router wykonuje algorytm SPF. Algorytm SPF tworzy drzewo SPF, a router jest korzeniem tego drzewa. Kiedy każde łącze jest łączone z innymi łączami, powstaje drzewo SPF. Po ukończeniu budowy drzewa SPF router może ustalić na własną rękę najlepszą drogę do każdej sieci z drzewa. Ta informacja o najlepszej drodze zostaje następnie zapisana w tablicy routingu routera.
Protokoły routingu stanu łącza budują lokalną mapę topologii sieci, która pozwala każdemu routerowi ustalić najlepszą drogę do danej sieci. Nowy pakiet LSP jest wysyłany tylko wtedy, gdy zajdzie zmiana w topologii. Kiedy łącze zostanie dodane, usunięte albo zmodyfikowane, router roześle zalewowo nowy pakiet LSP do wszystkich pozostałych routerów. Kiedy router odbiera nowy pakiet LSP, aktualizuje swoją bazę danych stanu łącza, ponownie wykonuje algorytm SPF, tworzy nowe drzewo SPF i aktualizuje swoją tablicę routingu.
Protokoły routingu stanu łącza charakteryzuje z reguły zdolność do szybszego osiągania stanu zbieżności niż protokoły routingu wektora odległości. Ważnym wyjątkiem jest EIGRP. Jednak protokoły routingu stanu łącza mają większe wymagania co do pamięci i procesora. W przypadku dzisiejszych nowszych routerów nie stwarza to żadnych problemów.
W następnym, ostatnim rozdziale tego kursu omówiono protokół routingu stanu łącza OSPF.
Strona 4:
Aby dowiedzieć więcej
Zalecana lektura
Zrozumienie algorytmu SPF nie jest trudne. Istnieje kilka dobrych książek i internetowych źródeł wyjaśniających algorytm Dijkstry i opisujących jego zastosowanie w sieciach komputerowych. Kilka serwisów poświęcono wyjaśnieniu działania tych algorytmów. Warto poszukać zasobów i przyswoić sobie zasady działania tego algorytmu.
Oto kilka zalecanych pozycji:
Interconnections, Bridges, Routers, Switches, and Internetworking Protocols autorstwa Radii Perlamana
Cisco IP Routing Aleksa Zinina
Routing the Internet Christiana Huitemy
Analogia do szkolnej klasy
Aby ułatwić zrozumienie algorytmu SPF, można wykonać ćwiczenie z klasą studentów i zestawem kart. Każdy student dostaje zbiór czterech kart. Na pierwszej karcie student zapisuje swoje imię, a także imię studenta siedzącego po lewej stronie. Jeśli po lewej nikogo nie ma, student zapisuje słowo "nikt". Na następnej karcie student robi to samo, ale dla prawej strony. Następne dwie karty są dla studentów siedzących z przodu i z tyłu. Karty te przedstawiają informacje stanu łącza.
Na przykład Teri ma cztery karty z następującymi informacjami:
Teri ---> Jen
Teri ---> Pat
Teri ---> Rick
Teri ---> Allan
Po tym jak wszyscy studenci w klasie wypełnią swoje karty, instruktor je zbiera. Przypomina to proces zalewowego rozsyłania pakietów stanu łącza. Stos kart jest podobny do bazy danych stanu łącza. W sieci wszystkie routery mają identyczną bazę danych stanu łącza.
Instruktor bierze każdą kartę, i wypisuje imię studenta i jego sąsiada na tablicy, łącząc ich linią. Po zapisaniu wszystkich kartek na tablicy widzimy mapę studentów w klasie. Dla ułatwienia instruktor powinien nanosić imiona zgodnie z rozmieszczeniem studentów w klasie. Na przykład Jen siedzi na lewo od Teri. Przypomina to drzewo SPF tworzone przez protokół routingu stanu łącza.
Używając tej topologicznej mapy na tablicy, instruktor może zobaczyć drogi do różnych studentów w klasie.
7