Динамическая маршрутизация в Linux. Динамические протоколы маршрутизации

Описание из Вики: OSPF(англ. Open Shortest Path First) - протокол динамической маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала (link-state technology) и использующий для нахождения кратчайшего пути алгоритм Дейкстры.

Для чего нужен OSPF и как применять его на сетях, построенных на Mikrotik RouterOS, мы и рассмотрим в этой статье.

Описание работы протокола OSPF

Все, кто работал с сетями, имеющими более одной подсети (провайдеры, компании с филиалами, несколько vlan и т.д.) знают о необходимости существования маршрутов из одной сети в другую. Иначе пакеты в соединении будут просто улетать на шлюз по умолчанию и дропаться где-то в интернете.

Для тех же, кто с этим не знаком, поясню. Представьте, что мы внезапно захотели попасть из Челябинска в Киев, не имя при этом ни карты, ни навигатора. Поедем по указателям — не зря же их ставили.

Таким образом посмотрев на 10-20-100 укзателей мы рано или поздно доберемся до Киева — пакет от отправителя ушел к адресату. Сделали там все свои дела и захотели обратно домой в Челябинск — приложение обработало пакет и отправило ответ инициатору соединения. Но дорогу то мы не помним (в пакете нет никаких данных о прохождении пути. На самом деле есть намеки на это, но с помощью них нельзя восстановить путь пакета). Не беда — поедем по указателям.

Так же как и в первый раз мы каким-то образом вернемся в точку, из которой выехали. Причем, очень важно то, что вернуться мы можем по другим дорогам — на каких то начали укладывать асфальт за время нашего пребывания в Киеве и поставили знаки объезда, где-то просто затор и мы решили объехать по менее нагруженным трассам. Но мы все равно доберемся до места, пусть и затратив большее время.

Итак, мы, инкапсулированные в автомобиль — это данные, инкапсулированные в IP-пакет. Перекрестки на дороге — маршрутизаторы, подключенные к разным сетям (дорогам). А указатели на перекрестках — таблицы маршрутизации отдельных маршрутизаторов, знающие куда повернуть, чтобы попасть в ту или иную точку. И если в одну сторону мы доедем по указателям, а в другую указателей не будет, то пиши пропало — до исходной точки не доберемся. Значит, маршруты до общающихся сетей должны быть прописаны на обеих сторонах. И очень важно понимать, что дорог-маршрутов может быть несколько. И если один перекресток-маршрутизатор в ремонте, то предыдущий может послать нас в объезд, но сначала он должен узнать, что его сосед сломался. И если мы ездим по разным дорогам, значит и время пинга у нас будет разное.

Итак, с маршрутами разобрались. Теперь поговорим о дорожниках, ставящих указатели.

Статические указатели на дорогах — хорошо. Но расстояние между Челябинском и Киевом 2400 км. А значит и указателей должно быть не меньше 24 — по одному на каждые 100 км. И если на одном из перекрестков идет ремонт, необходимо внести изменения на два смежных указателя. А вероятность одновременного ремонта на 24 перекрестах весьма высока. То есть нужна отдельная бригада дорожников, меняющих указатели.

Было бы неплохо соединить все указатели в сеть и позволить им самим оценивать ситуацию на своих участках и передевать эти данные между собой. К сожалению великие и ужасные службы обслуживания дорог об этом ещё не додумались, да и вряд ли это надо — деньги то пилить не получится. А вот айтишники придумали технологии, позволяющие динамически изменять таблицы маршрутизации и обмениваться этой информацией. Эти технологии называются Протоколы Динамической Маршрутизации. И один из них — OSPF, предназначенный для обмена информацией внутри одной автономной системы — AS.

Настрока протокола OSPF на оборудовании Mikrotik

Термины и работа OSPF хорошо описаны в вики микротика. Но я осмелюсь кое-что повторить и перефразировать.
Допустим, есть следующая сеть:

Как видим, к сети 172.16.1.0 можно попасть двумя путями: через R2 и через связку R3+R4. Cost’ы, написанные возле каждого линка задают стоимость линка, своеобразный аналог параметра distance в ip-route. Чем ниже значение cost’а, тем выше вероятность того, что трафик пойдет по этому пути. Но как видно на следующем рисунке суммарная стоимость обоих маршрутов к сети 172.16.1.0 составляет 20. Так по какому же пути пойдет трафик?

В таком случае в таблице маршрутизации увидим примерно такую картину — к одной сети имеем два шлюза. И трафик должен пойти через оба шлюза. В этом случае мы можем управлять тем, куда пойдет трафик. Называется эта технология Policy Based Routing, но тема управления трафиком — это совсем другая история.

Сделать, чтобы OSPF “заработал” в Mikrotik RouterOS очень просто — нужно лишь добавить в backbone на каждом роутере в Routing — OSPF — Networks все ваши сети, между которыми вы хотите динамическую маршрутизацию и “оно заработает”.

Но мы ведь хотим управлять процессом. Тот, кто не хочет управлять дальше может не читать. Остальным — добро пожаловать!

Пример организации протокола OSPF

Рассматривать будем сеть, типичную для организации с несколькими филиалами. Имеем центральный офис (Headquarter на схеме, для краткости будем звать его ЦО) с сетью 192.168.0.0/24 (что я, кстати, не рекомендую при дефолтных настройках OSPF. Почему — скажу ниже). В ЦО расположены все основные элементы инфраструктуры — контроллер домена, сервер удаленного доступа, почтовый сервер и т.д. Все филиалы должны иметь доступ ко всем этим сервисам.

Несколько филиалов (Branche на схеме, для краткости — СП — Структурное Подразделение) с адресами 192.168.X.0/24. Между ЦО и каждым СП шифрованный туннель SSTP (или любой другой VPN) — адреса в туннелях из подсети 192.168.255.0/24 (192.168.255.10 — ЦО, 192.168.255.1 — СП1, 192.168.255.2 — СП2, …). Между филиалами связь не нужна, т.к. все службы в ЦО. Когда филиалов 3, нам легко добавить 3 маршрута на роутер в ЦО и по одному на каждый из роутеров СП. Итого 6 движений мышкой. А что если СП у нас не 3, а 33 и необходимы маршруты от каждого каждому, а ещё есть подрядчики с доступом к нескольким СП? Тут и приходит на помощь OSPF.

Кому надо “быстро и все равно как оно работает”, могут пойти по схеме, предложенной выше — добавить в backbone все свои сети.

Добавление сетей в Backbone

Почему именно backbone? Backbone в переводе с английского — хребет, позвоночник. OSPF оперирует понятиями Area (область), Autonomous System (AS, автономная система). AS — все сети, которые принадлежат вам и между которыми может работать ваш протокол динамической маршрутизации. Area — часть этой сети. На картинке ниже показана одна AS с тремя Area, одна из которых — backbone (Area 0 с ID 0.0.0.0). Каждая Area имеет свой ID, похожий на IP адрес. Backbone всегда имеет ID 0.0.0.0. Все области в OSPF должны иметь линк с backbone. Иначе ничего работать не будет.

В нашем примере мы решили долго не думать и загнать все в backbone. По большому счету это ничем не грозит и работать будет. Но если провайдер отдает одному из ваших филиалов частный адрес из 192.168.0.0/16 (192.168.18.27/29, например), то в вашей таблице маршрутизации появится сеть провайдера. И если кто-то с другой стороны провайдера использует такие же настройки (или просто указал маршрут к вашим сетям), то он сможет беспрепятственно попасть в вашу сеть. А уж случайно это сделали или намеренно — узнаете когда данные из вашей БД всплывут в интернете.

Или указать, что интерфейс, смотрящий к провайдеру будет в пассивном режиме.

Настройка OSPF в ручном режиме

Теперь поговорим о том, как сделать “правильно” — не вещать свои сети куда попало и позволить грамотно траблшутить работу OSPF.
Как мы говорили выше, каждая область имеет свой ID. Также и каждый участник OSPF имеет свой ID. По умолчаню он выставляется автоматически и выбирается из IP адресов, присвоенных интерфейсам роутера. Но нам надо проставить его в ручную, чтобы была какая-то логика в именовании и мы всегда знали откуда пришел запрос. Ставится это в Routing — OSPF — Instances — Router ID.

В нашей схеме имеется несколько областей. Как мы выяснили, основная область, соединяющая все остальные — backbone. Именно в этой области летают пакеты от одного роутера к другому, позволяющие обмениваться маршрутной информацией. Значит, этой областью должны быть туннели, соединяющие СП и ЦО, что видно на рисунке ниже.

Таким образом, нам необходимо выделить на каждом маршрутизаторе по две зоны — backbone и свою локальную сеть. На примере ЦО:
routing ospf area add name=Area0 area-id=192.168.0.0
routing ospf network add area=Area0 network=192.168.0.0/24
routing ospf network add area=backbone network=192.168.255.0/24

И точно так же на остальных маршрутизаторах, только заменив Area-ID, Area name и network на свои.

Теперь на каждом маршрутизаторе можем увидеть маршруты ко всем остальным сетям с буквами D и o в описании, что означает, что эти маршруты D — динамические (прилетели в резудльтате работы протоколов динамической маршрутизации) и o — из протокола OSPF.

Так мы получили простую и надежную настройку протокола динамической маршрутизации. У OSPF ещё имеется куча дополнительных настроек, таких как приоритет роутера, стоимость интерфейса, время определения состояний и многое, многое другое. Это позволяет очень гибко настроить маршрутизацию под свои нужды.

Протоколы динамической маршрутизации предназначены для автоматизации процесса построения маршрутных таблиц маршрутизаторов. Принцип их использования достаточно прост: маршрутизаторы с помощью устанавливаемого протоколом порядка рассылают определенную информацию из своей таблицы маршрутизации другим и корректируют свою таблицу на основе полученных от других данных.

Такой метод построения и поддержки маршрутных таблиц существенно упрощает задачу администрирования сетей, в которых могут происходить изменения (например, расширение) или в ситуациях, когда какие-либо маршрутизаторы и/или подсети выходят из строя.

Следует отметить, что использование протоколов динамической маршрутизации не отменяет возможность «ручного» внесения данных в таблицы маршрутизаторов. Внесенные таким образом записи называют статическими, а записи, полученные в результате обмена информацией между маршрутизаторами – динамическими. В любой таблице маршрутизации всегда присутствует, по крайней мере, одна статическая запись – маршрут по умолчанию.

Современные протоколы маршрутизации делятся на две группы: протоколы типа «вектор-расстояние» и протоколы типа «состояние канала».

В протоколах типа «вектор-расстояние» каждый маршрутизатор рассылает список адресов доступных ему сетей («векторов»), с каждым из которых связано параметр «расстояния» (например, количество маршрутизаторов до этой сети, значение, основанное на производительности канала и т.п.). Основным представителем протоколов данной группы является протокол RIP (Routing Information Protocol, протокол маршрутной информации).

Протоколы типа «состояние канала» основаны на ином принципе. Маршрутизаторы обмениваются между собой топологической информацией о связях в сети: какие маршрутизаторы с какими сетями связаны. В результате каждый маршрутизатор имеет полное представление о структуре сети (причем это представление будет одинаковым для всех), на основе которого вычисляет собственную оптимальную таблицу маршрутизации. Протоколом этой группы является протокол OSPF (Open Shortest Path First, «открой кратчайший путь первым»).

Протокол RIP.

Протокол RIP (Routing Information Protocol, протокол маршрутной информации) является наиболее простым протоколом динамической маршрутизации. Он относится к протоколам типа «вектор-расстояние».

Под вектором протокол RIP определяет IP-адреса сетей, а расстояние измеряется в переходах («хопах», hope) – количестве маршрутизаторов, которое должен пройти пакет, чтобы достичь указанной сети. Следует отметить, что максимальное значение расстояния для протокола RIP равно 15, значение 16 трактуется особым образом «сеть недостижима». Это определило основной недостаток протокола – он оказывается неприменимым в больших сетях, где Возможны маршруты, превышающие 15 переходов.

Протокол RIP версии 1 имеет ряд существенных для практического использования недостатков. К числу важных проблем относятся следующие:

Оцен ка расстояния только с учетом числа переходов. Протокол RIP не учитывает реальную производительность каналов связи, что может оказаться неэффективным в гетерогенных сетях, т.е. сетях, объединяющих каналы связи различного устройства, производительности, в которых используются разные сетевые технологии.
Проблема медленной конвергенции . Маршрутизаторы, спользующие протокол RIP. Рассылают маршрутную информацию каждые 30 с, причем их работа не синхронизирована. В ситуации, когда некоторый маршрутизатор обнаружит, что какая-либо сеть стала недоступной, то в худшем случае (если проблема была выявлена сразу после очередной рассылки) он сообщит об это соседям через 30 с. Для соседних маршрутизаторов все будет происходить также. Это означает, что информация о недоступности какой-либо сети может распространятся маршрутизаторам в достаточно долго, очевидно, что сеть при этом будет находиться в нестабильном состоянии.
Широковещательная рассылка таблиц маршрутизации . Протокол RIP изначально предполагал, что маршрутизаторы рассылают информацию в широковещательном режиме. Это означает, что отправленный пакет вынуждены получить и проанализировать на канальном, сетевом и транспортном уровне все компьютеры сети, в которую он направлен.

Частично указанные проблемы решаются в версии 2 (RIP2).

Протокол OSPF

Протокол OSPF (Routing (Open Shortest Path First, «открой кратчайший путь первым») является более новым протоколом динамической маршрутизации и относится к протоколам типа «состояние канала».

Функционирование протокола OSPF основано на использовании всеми маршрутизаторами единой базы данных, описывающей, как и с какими сетями связан каждый маршрутизатор. Описывая каждую связь, маршрутизаторы связы
вают с ней метрику – значение, характеризующее «качество» канала. Например, для сетей Ethernet со скоростью обмена 100 Мбит/с используется значение 1, а для коммутируемых соединений 56 Кбит/с – значение 1785. Это позволяет маршрутизаторам OSPF (в отличие от RIP, где все каналы равнозначны) учитывать реальную пропускную способность и выявлять эффективные маршруты. Важной особенностью протокола OSPF является то, что используется групповая, а не широковещательная рассылка.

Указанные особенности, такие как групповая рассылка вместо широковещательной, отсутствие ограничений на длину маршрута, периодический обмен только короткими сообщениями о состоянии, учет «качества» каналов связи позволяют использовать OSPF в больших сетях. Однако такое использование может породить серьезную проблему – большое количество циркулирующей в сети маршрутной информации и увеличение таблиц маршрутизации. А поскольку алгоритм поиска эффективных маршрутов является, с точки зрения объема вычислений, достаточно сложным, то в больших сетях могут потребоваться высокопроизводительные и, следовательно, дорогие маршрутизаторы. Поэтому возможность построения эффективных таблиц маршрутизации может рассматриваться и как достоинство, и как недостаток протокола OSPF.

Динамическая маршрутизация. Первое знакомство.

Для понимания предмета разговора сначала стоит почитать тут поблизости статьи про маршрутизаторы и маршрутизацию, а то рискуете не въехать.
Допустим, у нас есть такая вот несложная сетка:

Два маршрутизатора и пять сетей

По умолчанию при данной топологии сети, "левый" маршрутизатор будет иметь в своей таблице маршрутизации записи только для трех непосредственно подключенных к нему сетей: 192.168.1.0/24 , 172.20.0.0/16 и 192.168.100.0/30 . Аналогично "правый" маршрутизатор будет знать только о сетях: 192.168.2.0/24 , 10.0.0.0/8 и 192.168.100.0/30 . И если мы попробуем из сети 172.20.0.0/16 обратится к сети 192.168.2.0/24, то ответа мы с вами не дождемся. Понятное дело, мы можем накидать роутерам статических маршрутов или же стандартных маршрутов (aka маршрутов по умолчанию).
Вроде бы отличный выход, да? Но что будет, если перед нами стоит вот такая сетевая топология:

Более сложная сетевая топология

Если в предыдущим примере можно было одной строчкой добавить маршруты по умолчанию, или же добавить двумя командами два статических маршрута, выполнить это на каждом устройстве и все бы работало, то тут дело обстоит посложнее. Маршруты по умолчанию здесь мало применимы, а если решать проблему маршрутизации при помощи статических маршрутов, то на каждом из устройств понадобиться прописывать уже по шесть статических маршрутов, что не так уж и мало.

А что если у нас будет сеть из нескольких десятков маршрутизаторов, имеющих по десятку сетей каждый? Прописывать кучу статических маршрутов? Конечно же нет. Вот тут как раз необходимо применять протоколы динамической маршрутизации.

Протоколы динамической маршрутизации периодически выполняют рассылку информации, хранящейся в таблице маршрутизации маршрутизатора, через его интерфейсы, на другие маршрутизаторы сети, а также принимают и обрабатывают аналогичные сообщения от других маршрутизаторов сети. Получив такие сообщения маршрутизатор извлекает из них неизвестные маршруты, и добавляет в свою таблицу маршрутизации.

Кроме того что протоколы динамической маршрутизации освобождают сетевых инженеров от необходимости вручную забивать сотни статических маршрутов, протоколы динамической маршрутизации так же позволяют повысить отказоустойчивость сети за счет наличия резервных маршрутов. Например, если у нас есть сеть, как на рисунке выше. И мы не поленились и добавили по 6 статических маршрутов на каждом из устройств, то все будет работать. Но до первой аварии, если какой либо из линков между маршрутизаторами пропадет, то мы сразу заметим неисправности в работе сети. При использовании динамической маршрутизации такой проблемы не возникнет. При аварии, будут использованы резервные маршруты.

Теперь немного теории. Все протоколы динамической маршрутизации можно разделить на протоколы маршрутизации внешнего (Interior Gateway Protocol , IGP ) и внутреннего шлюза (Exterior Gateway Protocol , EGP ). Протоколы внутреннего шлюза предназначены для маршрутизации внутри автономных систем, протоколы внешнего для осуществления маршрутизации между автономными системами. В данном случае под автономной системой понимается некоторая крупная сеть, по единым управлением. Например, сеть крупного предприятия.

Применение IGP и EGP

Представителями семейства протоколов IGP являются протоколы: RIP-1 , RIP-2 , IGRP , OSPF , EIGRP . К EGP относится один протокол - BGP .

При использовании протоколов динамической маршрутизации, все маршруты помещаемые в таблицу маршрутизации снабжаются дополнительной информацией, называемой метрикой. Метрика позволяет маршрутизаторам высчитывать кратчайший маршрут до требуемой сети. В соответствии с тем как рассчитывается метрика все протоколы динамической маршрутизации можно разделить на дистанционно векторные (Distance vector ), протоколы c учетом состояния каналов (Link-state ) и гибридные.

В дистанционно-векторных проколах маршрутизации в качестве метрики используется количество промежуточных узлов. Чем меньше промежуточных узлов, тем более предпочтительным будет маршрут.

Некоторая сетевая топология

Пусть у нас есть вот такая сетевая топология. Из сети 1 в сеть 2 можно попасть по двум различным маршрутам, красному и зеленому. В случае использования дистанционно-векторного протокола маршрутизации более предпочтительным будет являться маршрут выделенный зеленым цветом, так как он содержит меньшее число промежуточных узлов на пути к сети назначения. Классическими примерами дистанционно векторных протоколов маршрутизации являются протоколы RIP-1 и RIP-2 .

Протоколы c учетом состояния каналов в своей работе, как это не странно, учитывают состояния каналов, и уже исходя из этих состояний высчитывают значения метрики.

Маршрутизаторы функционируют в сетях с коммутацией пакетов, где все возможные маршруты уже существуют. Процесс прокладывания пути производится либо вручную администратором (статическая маршрутизация ), либо автоматически маршрутизирующим протоколом (динамическая маршрутизация) .

Маршрутизаторы, зная информацию о пути к некоторым сетям, обмениваются этой информацией с другими устройствами. После таких обновлений все маршрутизаторы будут иметь согласованную информацию о маршрутах к доступным сетям. Процесс обмена обновлениями реализуют протоколы маршрутизации. Таким образом, протоколы маршрутизации разделяют сетевую информацию между маршрутизаторами .

При изменениях в топологии требуется некоторое время (время сходимости или конвергенции ) для согласования информации в таблицах маршрутизации всех маршрутизаторов сети. Время сходимости является важным фактором при выборе протокола маршрутизации.

Маршрутная информация собирается по определенным правилам в ходе реализации алгоритма динамического обмена обновлениями ( update , модификациями) между маршрутизаторами. Протокол маршрутизации должен создавать и поддерживать таблицы маршрутизации , где хранятся пути ко всем доступным сетям назначения, а также извещать другие маршрутизаторы о всех известных ему изменениях в топологии сети, т.е. решать задачу обнаружения сетей .

Совокупность сетей, представленных маршрутизаторами под общим административным управлением, образует автономную систему ( рис. 3.1). Примерами автономных систем являются сети отдельных провайдеров ISP . Автономные системы нумеруются (AS1, AS2, …AS107, …) и в некоторых протоколах ( IGRP , EIGRP ) эти номера используются при конфигурировании.

Рис. 3.1.

В настоящем курсе рассматривается маршрутизация только внутри автономной системы, где работают протоколы внутренней маршрутизации (Interior Gateway Protocols - IGP ), к которым относятся RIP , RIPv2, EIGRP , OSPF , IS-IS . Маршрутизацию между автономными системами производят протоколы внешней маршрутизации ( Exterior Gateway Protocols - EGP ). Примером протокола внешней маршрутизации является протокол BGP , который работает на пограничных маршрутизаторах автономных систем ( рис. 3.1).

Совокупность протоколов маршрутизации приведена в табл. 3.1 , из которой следует, что протоколы динамической маршрутизации, работающие внутри автономных систем, в свою очередь , подразделяются на протоколы вектора расстояния (distance-vector) и протоколы состояния канала (link-state) .

Протоколы вектора расстояния определяют расстояние и направление, т.е. вектор соединения в составной сети на пути к адресату. При использовании протокола вектора расстояния маршрутизаторы посылают всю или часть таблицы маршрутизации соседним (смежным) маршрутизаторам. В таких протоколах как RIP и RIP-2 расстояние выражается в количестве переходов (hop count) в соединении на пути от узла источника к адресату назначения. Обмен обновлениями ( update ) или модификациями происходит периодически , даже если в сети нет никаких изменений, на что тратится значительная часть полосы пропускания. Получив обновление маршрутной информации, маршрутизатор может заново вычислить все известные пути и модернизировать таблицу маршрутизации.

Протоколы состояния канала создают полную картину топологии сети и вычисляют кратчайшие пути ко всем сетям назначения. Если путей с одинаковой метрикой несколько, то выбирается первый из вычисленных. Рассылка обновлений маршрутной информации производится только при изменениях топологии сети . Протоколы состояния канала (или соединения) быстрее реагируют на изменения в сети по сравнению с протоколами вектора расстояния, но при этом требуют больших вычислительных ресурсов.

Когда инкапсулированный в кадр пакет прибывает на входной интерфейс , маршрутизатор декапсулирует его, затем использует таблицу маршрутизации, чтобы определить, по какому маршруту направить пакет, т.е. на какой свой выходной интерфейс передать поступивший пакет . Выходной интерфейс связан с наиболее рациональным маршрутом к адресату назначения. Этот процесс называется коммутацией или продвижением пакета. На выходном интерфейсе пакет инкапсулируется в новый кадр , при этом маршрутизатор добавляет информацию для формирования кадра (см. материалы "Принципы и средства межсетевого взаимодействия").

Маршрутизаторы способны одновременно поддерживать несколько независимых протоколов с разными административными расстояниями (AD) , которые показывают степень достоверности источника маршрута. Чем меньше AD , тем выше достоверность (см. табл. 1.1). В таблицу маршрутизации устанавливаются маршруты, созданные протоколами с наименьшим административным расстоянием.

Определение протоколом маршрутизации наиболее рационального (оптимального) пути производится на основе определенного критерия - метрики . Значение метрики используется при оценке возможных путей к адресату назначения. В настоящем курсе рассматриваются следующие протоколы маршрутизации:

Перечисленные протоколы используют разные параметры метрики.

Различные протоколы маршрутизации используют разные алгоритмы при выборе маршрута, т.е. выходного интерфейса и (или) адреса следующего перехода, на который должен быть передан пакет. Алгоритм и метрика определяются целым рядом решаемых задач, таких как простота, устойчивость , гибкость, быстрая сходимость или конвергенция . Сходимость - это процесс согласования между маршрутизаторами сети информации о доступных маршрутах. При изменениях состояния сети необходимо, чтобы обмен модификациями восстановил согласованную сетевую информацию.

Каждый алгоритм по своему интерпретирует выбор наиболее рационального пути на основе метрики . Обычно меньшее значение метрики соответствует лучшему маршруту . Метрика может базироваться на одном или на нескольких параметрах пути. В протоколах маршрутизации наиболее часто используются следующие параметры метрики:

(Load)

Полоса пропускания (Bandwidth)	-	способность соединения передавать данные с некоторой скоростью. Например, соединения сети FastEthernet передающие данные со скоростью 100 Мбит/c, предпочтительней каналов Е1 со скоростью 2,048 Мбит/c.
Задержка (Delay)	-	это длительность времени прохождения пакета от источника до адресата назначения. Задержка зависит от количества промежуточных соединений и их типов, объема буферных устройств маршрутизаторов, сходимости сети и расстояния между узлами.
-	определяется количеством информации, загружающей сетевые ресурсы (маршрутизаторы и каналы). Чем больше загрузка, тем больше очереди на обслуживание, тем дольше пакет будет в пути.
Надежность (Reliability)	-	определяется интенсивностью ошибок на каждом сетевом соединении.
Количество переходов (Hop count)	-	это количество маршрутизаторов, через которые пакет должен пройти на пути к адресату назначения (число переходов от маршрутизатора к маршрутизатору).
Стоимость (Cost)	-	обобщенный параметр затрат на передачу пакета к адресату назначения. Иногда стоимость имеет произвольное значение, назначенное администратором.

Наиболее известным в сети Internet протоколом вектора расстояния (distance-vector) является Routing Information Protocol (RIP) , который использует в качестве метрики число переходов ( hop count ) на пути к адресату назначения.

Другим простым протоколом вектора расстояния является Interior Gateway Routing Protocol (IGRP ), который был разработан в корпорации Cisco. Для работы в больших сетях на смену ему пришел протокол Enhanced IGRP (EIGRP) , который включает много особенностей протоколов как типа link-state, так и distance-vector. Поэтому он, по сути, является гибридным протоколом. Однако разработчики фирмы Cisco относят его к протоколам distance-vector.

Протоколы вектора расстояния (RIP, IGRP) периодически рассылают обновления маршрутной информации. У протокола RIP этот период равен 30 сек. При этом обновляются таблицы маршрутизации, которые хранят всю информацию о маршрутах в сети. При изменении в сети маршрутизатор , обнаруживший такое изменение, сразу начинает обмен маршрутной информацией с соседними маршрутизаторами. Этот обмен идет последовательно от маршрутизатора к маршрутизатору с некоторой задержкой, определяемой временем модификации таблиц в каждом маршрутизаторе, а также специальным таймером. Поэтому сходимость (конвергенция) сети, когда все маршрутизаторы будут иметь согласованную информацию о сетевых соединениях, происходит медленно , что является недостатком протоколов вектора расстояния.

Таким образом, протоколы вектора расстоянияRIP характеризуются медленной сходимостью , т.е. длительным временем согласования информации в таблицах маршрутизации при изменениях топологии сети.

Протокол вектора расстояния RIP использует счетчик переходов ( hop count ) в качестве метрики, чтобы определить расстояние до определенного соединения в составной сети. Если существует несколько путей, то RIP выберет путь с наименьшим числом маршрутизаторов или переходов к адресату назначения. Однако выбранный маршрут не всегда является лучшим путем к адресату, поскольку выбранный маршрут с наименьшим числом устройств может характеризоваться меньшей скоростью передачи (более узкой полосой пропускания, меньшей пропускной способностью) по сравнению с альтернативными маршрутами, созданными другими протоколами. Кроме того, RIP не может направлять пакеты далее 15 переходов, поэтому он рекомендован для работы в малых и средних сетях. Рассылка обновлений протоколом первой версии RIPv1 производится в широковещательном режиме ( адрес 255.255.255.255 ).

Протокол первой версии RIPv1 требует, чтобы все устройства в подсети использовали одинаковую маску подсети, т.к. RIP не включает информацию о маске подсети в обновления маршрутизации. Такой метод получил название маршрутизации на основе классов (classful routing) , что ограничивает применение протокола RIPv1 в современных сетях.

Протокол вектора расстояния второй версии RIPVersion 2 (RIPv2 ) обеспечивает бесклассовую маршрутизацию CIDR (Classless Interdomain Routing ), поскольку в обновления маршрутизации включена информация о маске подсети (о префиксе). При этом внутри одной сети могут существовать подсети с масками переменной длины (Variable-Length Subnet Mask - VLSM ). В обновления также включена адресная информация о шлюзах по умолчанию. Рассылка обновлений протоколом версии RIPv2 производится в многоадресном режиме (

Статическая маршрутизация, альтернатива динамической - это процесс, в котором администратор системной сети вручную настраивал сетевые маршрутизаторы со всей информацией, необходимой для успешной пересылки пакетов. Администратор создает в каждом устройстве, помещая записи для каждой сети, которая может быть назначением. Статические пути передачи данных для сетевых маршрутов неизменяемы.

Определение

Статический способ — это управляемый сетевым администратором метод сетевой маршрутизации, который заключается в ручной настройке и выборе сетевого маршрута. Используется в сценариях, где сетевые параметры и среда должны оставаться постоянными.

Маршрутизация является одной из наиболее важных процедур передачи данных. Это гарантирует, что данные перемещаются из одной сети в другую с оптимальной скоростью и минимальной задержкой, и что ее целостность сохраняется в этом процессе.

В широком смысле маршрутизация выполняется двумя разными способами:

Динамическая — периодически обновляет свою таблицу маршрутизации путями и их стоимостью/метрикой, принимая оптимальные решения на основе изменения сетевых рабочих условий.
Статическая — считается простейшей формой этого процесса, выполняет правила маршрутизации с предварительно настроенными путями передачи данных в таблице, которые могут быть изменены вручную только администраторами.

Статические маршруты обычно используются в тех ситуациях, когда выбор ограничен или существует только один доступный по умолчанию путь. Кроме того, статическая методика может использоваться, если есть лишь несколько устройств для настройки маршрута, и в будущем не возникнет необходимость его менять.

Разновидности маршрутизации

Устройство может использовать три пути для изучения маршрутов:

Статическая маршрутизация — это метод, с помощью которого администратор вручную добавляет пути передачи информации в электронную таблицу/базу данных.

Маршрутизация по умолчанию — это методика, где все маршрутизаторы настроены на отправку всех пакетов по одному пути. Это очень полезный метод для небольших сетей или для сетей с единой точкой входа и выхода. Он обычно используется в дополнение к статическому и динамическому способам.

Динамическая методика — это способ, при котором протоколы и алгоритмы используются для автоматического распространения информации о маршрутизации. Это наиболее распространенный и самый сложный метод.

Классификация протоколов

Протоколы маршрутизации классифицируются как протоколы внутренних шлюзов (IGP) или внешние шлюзовые протоколы (EGP). IGP используются для обмена информацией о процессе в межсетевых сетях, которые попадают под единый административный домен (также называемый автономными системами). EGP используются для обмена информацией между различными автономными системами. Обычными примерами IGP являются протокол маршрутизации (RIP), расширенный протокол внутренних шлюзов (EIGRP) и Open Shortest Path First (OSPF).

Протокол маршрутизации использует программное обеспечение и алгоритмы для определения оптимальной передачи сетевых данных и путей связи между сетевыми узлами. Также известен как политика маршрутизации. Они существенно облегчают взаимодействие маршрутизаторов, а также общую топологию сети.

В большинстве (IP) используются следующие протоколы маршрутизации:

Протокол маршрутизации (RIP) и протокол маршрутизации внутренних шлюзов (IGRP): обеспечивают процесс для внутренних шлюзов через протоколы маршрутных или дистанционных векторов. RIP используется для определения кратчайшего пути от источника к месту назначения. Это позволяет передавать данные на высокой скорости в кратчайшие сроки.

Open Shortest Path First (OSPF): обеспечивает процесс для внутренних шлюзов через протоколы маршрутизации состояния канала.

Протокол пограничного шлюза (BGP) v4: предоставляет общедоступный протокол маршрутизации через внешнее взаимодействие со шлюзом.

Как настроить статическую маршрутизацию Cisco

Чтобы настроить статический маршрут, устройство должно находиться в режиме глобальной конфигурации.

Код для командной строки: ip route prefix mask{адрес|интерфейс}[расстояние]. Разъясним основные составляющие кода:

сеть — целевая сеть;

mask — маска подсети для этой сети;

адрес — IP-адрес маршрутизатора следующего перехода;

интерфейс — интерфейс оборудования исходящего трафика;

расстояние — административное расстояние маршрута.

Административное расстояние используется для применения своего рода приоритизации на статических маршрутах, так что разные пути к данному месту назначения будут следовать определенной схеме активации. Административное расстояние представляет собой целое число от 0 до 255, где 0 указывает путь первого приоритета, а 255 означает, что трафик не может проходить через этот маршрут. По умолчанию административное расстояние непосредственно подключенных интерфейсов равно 0, а для статических маршрутов 1.

Пример статической маршрутизации:

ip route 10.0.0.0 255.0.0.0 131.108.3.4 110, где 10.0.0.0 — целевая сеть, 255.0.0.0 — маска подсети, а 131.108.3.4 — следующий скачок для используемого маршрутизатора, 110 — административная дистанция.

Пример создания статического маршрута

В качестве примера того, когда требуется статический маршрут, рассмотрим следующий случай:

Ваш основной доступ в интернет осуществляется через кабельный модем для интернет-провайдера.

У вас есть маршрутизатор ISDN в вашей домашней сети для подключения к компании, в которой вы работаете. Адрес этого устройства в вашей локальной сети 192.168.1.100.

Сетевой адрес вашей компании 134.177.0.0.

При настройке статической маршрутизации cisco создаются два неявных статических маршрута.

Путь передачи данных по умолчанию был создан с вашим провайдером в качестве шлюза, а второй статический маршрут создается в локальной сети для всех адресов 192.168.1.x. В этой конфигурации при попытке доступа к устройству в сети 134.177.0.0 маршрутизатор перенаправляет запрос поставщику услуг интернета.

В этом случае необходимо определить статический маршрут, указав прибору, что 134.177.0.0 должен быть доступен через маршрутизатор ISDN по адресу 192.168.1.100.

Статические и динамические маршрутизаторы

Для эффективной работы в межсетевой сети маршрутизаторы должны иметь информацию о других идентификаторах или настраиваться с использованием пути по умолчанию. В больших сетях таблицы маршрутизации должны поддерживаться так, чтобы трафик всегда перемещался по оптимальным путям следования. От того, как поддерживаются электронные таблицы, определяется различие между статической и динамической маршрутизациями.

Статическая маршрутизация

Устройство с вручную настроенными таблицами маршрутизации пользователям известно как статическое. Сетевой администратор, владеющий топологией межсетевой сети, вручную создает и обновляет таблицу путей следования информации, программируя все маршруты. Статические маршрутизаторы могут хорошо работать для небольших межсетевых сетей, но не масштабируются для больших или динамически изменяющихся межсетевых сетей из-за их ручного администрирования.

Хорошим примером статического устройства является многосетевой компьютер под управлением Windows 2000 (компьютер с несколькими сетевыми интерфейсами). Создание статической маршрутизации в Windows 2000 так же просто, как установка нескольких карт сетевого интерфейса, настройка TCP/IP и включение IP-маршрутизации.

Динамическая маршрутизация

Прибор с динамически настроенными таблицами известен как динамический. Динамическая маршрутизация состоит из таблиц, которые создаются и поддерживаются автоматически через постоянную связь между устройствами. Это сообщение облегчается протоколом маршрутизации, серией периодических или по требованию сообщений, содержащих информацию, которой обмениваются маршрутизаторы. Динамические устройства, за исключением их первоначальной конфигурации, требуют незначительного постоянного обслуживания и могут масштабироваться до более крупных межсетевых сетей.

Динамическая маршрутизация является отказоустойчивой. Динамические пути передачи данных, полученные от других устройств, имеют ограниченный срок службы.
Возможность масштабирования и восстановления от межсетевых ошибок делает этот способ лучшим выбором для средних и больших межсетевых сетей.

Динамическая методика — это обеспечивающий оптимальную маршрутизацию данных. В отличие от статической, динамическая позволяет маршрутизаторам выбирать пути в соответствии с изменениями логической сети в режиме реального времени. В динамическом процессе протокол, работающий на устройстве, отвечает за создание, обслуживание и обновление электронной таблицы данных. В статической маршрутизации все эти задания выполняются администратором системы вручную.

Динамическая методика использует множество различных алгоритмов и протоколов. Наиболее популярными являются протокол маршрутизации (RIP) и Open Shortest Path First (OSPF).

Стоимость маршрутизации является критическим фактором для всех организаций. Наименее дорогостоящая технология этого процесса обеспечивается динамической методикой, которая автоматизирует изменения таблиц и обеспечивает наилучшие пути для стабильной передачи данных.

Операции протокола динамической маршрутизации можно объяснить следующим образом:

Маршрутизатор предоставляет и получает сообщения на интерфейсах устройства.
Получаемые сообщения и информация используются совместно другими приборами, которые используют точно такой же протокол.

Маршрутизаторы меняют информацию о маршрутизации для обнаружения данных об удаленных сетях. Всякий раз, когда устройство находит изменение в топологии, протокол маршрутизации вносит изменение топологии на других приборах.

Динамическая маршрутизация легко настраивается в больших сетях и более интуитивно понятна при выборе наилучшего пути передачи информации, определении изменений и обнаружении удаленных сетей. Однако, поскольку маршрутизаторы обмениваются обновлениями, они потребляют больше полосы пропускания, чем в статической методике. Процессоры и операционная система оборудования могут также столкнуться с дополнительными нагрузками в результате более сложной работы протоколов. Динамическая маршрутизация менее безопасна, чем статическая.

Сравнительный анализ

Статическая маршрутизация cisco не является протоколом маршрутизации. Это просто процесс ручного ввода маршрутов в электронную таблицу данных устройства через файл конфигурации, который загружается при запуске устройства. В качестве альтернативы эти пути передачи данных могут быть введены администратором сети, который настраивает их вручную. Поскольку эти настроенные вручную маршруты не изменяются после их настройки, они называются статическими.

Статическая методика — это простейшая форма маршрутизации, но это кропотливый ручной процесс. Используйте данный метод, когда у вас очень мало устройств для настройки (менее 5), и вы уверены, что пути передачи информации, вероятно, никогда не изменятся.

Статическая маршрутизация cisco packet tracer также не обрабатывает случайные сбои во внешних сетях, потому что любой маршрут, который настроен вручную, должен быть обновлен или перенастроен вручную, чтобы исправить или восстановить потерянные соединения.

Протоколы динамической маршрутизации поддерживаются программными приложениями, запущенными на принимающем/передающем устройстве (маршрутизаторе).

Устройство, использующее динамическую методику, распознает маршруты для всех сетей, которые напрямую к нему подключены. Затем маршрутизатор изучает данные других приборов, которые выполняют один и тот же протокол (RIP, RIP2, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP). Затем каждый маршрутизатор сортирует список маршрутов и выбирает один или несколько оптимальных путей для каждого сетевого адресата.

Затем протоколы динамической маршрутизации распространяют полученные данные на другие устройства, работающие с одним протоколом, тем самым расширяя информацию о том, какие сети существуют и могут быть достигнуты. Это дает динамическим протоколам возможность адаптироваться к изменениям логической топологии сети или сбоям роутера статической маршрутизации.

Плюсы и минусы

Статическая маршрутизация имеет следующие преимущества:

Никакой дополнительной обработки и дополнительных ресурсов, как в случае динамических протоколов маршрутизации.

Отсутствие дополнительных требований к пропускной способности, вызванных передачей чрезмерных пакетов для процесса обновления таблицы маршрутизации.

Дополнительная безопасность обуславливается путем ручного ввода или отклонения путей передачи информации в определенные сети.

Настройка статической маршрутизации более безопасна.

Для использования статических маршрутов нет накладных расходов. С динамическими пропускная способность сети используется для связи доступных сетей между маршрутизаторами. При использовании статических маршрутов, поскольку сетевой администратор кодирует данные, устройствам не нужно передавать информацию о маршрутизации.

Статическую маршрутизацию проще настроить для небольшой сети. Предположим, что у вас есть только два устройства и необходимо настроить сообщение между ними. Для этого потребуется настроить только два оператора маршрута — по одному на каждом маршрутизаторе. С динамическим протоколом, таким как RIP, например, пришлось бы вводить два сетевых оператора на каждом приборе.

Статические маршруты не требуют каких-либо существенных ресурсов маршрутизатора. Протокол динамической маршрутизации, такой как OSPF, может потребовать значительных ресурсов для расчета кратчайшего пути по сети при наличии большого количества подключенных устройств.

К недостаткам относятся следующие:

Сетевые администраторы должны хорошо знать всю чтобы правильно настроить пути передачи данных.

Изменения топологии требуют ручной настройки статической маршрутизации cisco packet tracer для всех устройств, что очень трудоемко.

Статические маршруты не масштабируются по мере роста сети. Это связано с тем, что все они настраиваются администратором вручную.

При динамической методике ручное вмешательство отсутствует, и трафик маршрутизируется автоматически всякий раз, когда в сети происходит отключение. Также он достаточно масштабируемый и легко управляемый.

В чем разница между статической и динамической маршрутизацией?

Статическая IP-маршрутизация — это когда вы статически настраиваете устройство для отправки трафика для определенных пунктов назначения в предварительно сконфигурированных направлениях. Динамический способ — это когда вы используете протокол маршрутизации, такой как OSPF, ISIS, EIGRP и или BGP, чтобы выяснить, какой тип трафика должен пройти. В реальном мире очень мало ситуаций, когда используется только один из двух методов. Типичная сеть будет использовать динамический протокол OSPF для определения оптимальных маршрутов внутри предприятия, BGP — для определения лучших точек выхода для остальной части интернета и статическую маршрутизацию для отправки специфического трафика по выделенным путям.

IP-адресация и маршрутизация: как это работает?

Маршрутизаторы, чтобы иметь возможность передавать пакеты в конечный пункт назначения, должны поддерживать таблицу маршрутизации, в которой хранится вся необходимая информация, содержащая комбинацию сетей и интерфейсов вывода.

Каждый раз, когда устройство получает пакет, он проверяет IP-адрес получателя и пытается найти, просмотрев в своей электронной таблице данных возможный путь следования информации к этому IP-адресу. Маршрутизаторы не отправляют широковещательные рассылки в поиске удаленных сетей: если сеть не указана в таблице, прибор просто отбрасывает пакеты.

Когда использовать маршрутизацию по умолчанию

Маршрутизация по умолчанию используется только в сетях-заглушках. Stub — это сети, которые имеют только один интерфейс вывода, и все, проходящее через эти сети, должно пересекать единую точку выхода.

Вместо того, чтобы большое количество статических маршрутов указывало на удаленные сети через один выходной интерфейс, настраивается один путь следования по умолчанию, который соответствует всем возможным маршрутам.

Использование административных расстояний

По умолчанию для статических маршрутов административное расстояние составляет 1. AD используются для определения приоритетов. Для разных маршрутов в конкретной целевой сети могут быть назначены разные веса, так что один из путей передачи данных используется в приоритете. Маршруты с одинаковой весовой нагрузкой разделяют трафик.