TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

В апреле 1990 г., когда очень большая сеть NASA Science (Космического агентства США — Прим. пер.) была переведена на протокол OSPF, обнаружилось существенное снижение трафика в этой сети. После изменения или нарушения в работе сети глобальная корректировка информации о маршрутизации стала выполняться необычайно быстро — в пределах нескольких секунд (по сравнению с минутами для некоторых старых протоколов).

В середине 1991 г. была опубликована вторая версия OSPF, а в марте 1994 г. появилась доработанная вторая версия. Последний вариант описывается в 216-страничном документе, поэтому приведенные ниже сведения можно рассматривать только как общее описание этого протокола.

8.13.1 Автономные системы, области и сети

В стандарте OSPF термин "сеть" (network) означает сеть IP, подсеть или суперсеть CIDR. Точно так же маска сети (network mask) определяет сеть, подсеть или суперсеть CIDR. Область (area) рассматривается как набор непрерывных сетей или хостов вместе со всеми маршрутизаторами, имеющими интерфейсы в этих сетях.

Автономная система, использующая OSPF, создается из одной или нескольких областей. Каждой области присвоен номер. Область 0 представляет собой магистраль (backbone), которая соединяет все другие области и объединяет вместе автономные системы. Рассматриваемую топологию иллюстрирует рис. 8.12.

Рис. 8.12. Области и магистрали OSPF

8.13.2 Маршрутизация в области OSPF

Маршрутизация внутри области основана на подробной карте состояний связи в этой области. OSPF хорошо масштабируется, поскольку маршрутизатору нужно подробно знать топологию и метрики только об области, которой он принадлежит.

Каждый маршрутизатор OSPF в заданной области хранит идентичную базу данных маршрутизации (routing database), описывающую топологию и статус всех элементов этой области. База данных используется для создания карты области и содержит сведения о состоянии каждого маршрутизатора, каждого используемого интерфейса маршрутизатора, подключенной к нему сети и смежных с ним маршрутизаторах.

Как только происходит изменение (например, обрыв связи), информация об этом распространяется по всей сети. Именно этим обеспечивается точность маршрутизации и быстрая реакция на неисправность. Например, если для показанной на рис. 8.13 структуры используется OSPF, то маршрутизатор A будет быстро информирован об обрыве связи с маршрутизатором В и узнает о невозможности доступа к сети N.

Рис. 8.13. Использование полной информации о маршрутизации

Маршрутизатор инициирует получение копии текущего состояния базы данных от смежного с ним соседа. После этого происходит обмен только изменениями, которые быстро становятся известными в OSPF, поскольку для распространения информации об изменениях по всей области используется потоковый алгоритм.

8.13.3 Кратчайшие пути для области OSPF

Маршрутизатор использует базу данных области для создания дерева кратчайших путей, рассматривая себя как корень этого дерева. На основе дерева формируется таблица маршрутизации. Если в области поддерживается тип обслуживания (TOS), то для значений каждого из типов обслуживания формируются отдельное дерево и набор маршрутов.

8.13.4 Магистрали, грани и границы OSPF

Области объединяются магистралями. Магистраль содержит все маршрутизаторы, принадлежащие разным областям, а также любые сети и маршрутизаторы, не включенные в другие области. Области нумерованы, а магистраль имеет номер 0.

Маршрутизатор грани (border) принадлежит одной или нескольким областям и магистрали. Если автономная система соединена с внешним миром, то маршрутизатор границы (boundary) содержит сведения о маршрутизаторах сети, являющейся внешней для автономной системы.

На рис. 8.14 магистраль (область 0) включает маршрутизаторы А, В, С, F и G. К области 1 относятся маршрутизаторы В и D. Область 2 содержит маршрутизаторы С, E и F. Маршрутизаторы В, С и F являются маршрутизаторами грани, a G — маршрутизатором границы. Маршрутизатор В знает все о топологии области 1 и магистрали. Аналогично маршрутизаторы С и F имеют сведения об области 2 и магистрали.

Рис. 8.14. Маршрутизаторы и области в автономных системах

Магистраль должна быть непрерывной. Что произойдет при разрыве магистрали из-за расформирования сети или неисправности оборудования? Иногда для объединения отдельных элементов в магистраль используют виртуальные связи.

Виртуальную связь (virtual link) можно установить между двумя маршрутизаторами магистрали, имеющими интерфейсы в одной и той же области. Виртуальная связь трактуется как нечисловая связь "точка-точка". Мера стоимости виртуальной связи определяется общей стоимостью пути между двумя маршрутизаторами.

Как показано на рис. 8.15, когда потеряна связь между А и F, маршрутизатор F не будет более соединен с другим маршрутизатором посредством магистральной связи. Для восстановления целостности магистрали придется воспользоваться виртуальной связью F-E-C.

Рис. 8.15. Определение виртуальной связи

8.13.5 Маршрутизация через грань области OSPF

Маршрутизатор грани имеет все данные о топологии каждой из подключенных к нему областей. Кроме того, он знает и всю топологию магистрали, поскольку подключен к ней непосредственно.

8.13.6 Использование итоговой информации внутри области OSPF

Каждый маршрутизатор грани создает итоговую информацию об области и указывает другим маршрутизаторам магистрали, насколько далеко они расположены относительно сети его области. Это позволяет каждому маршрутизатору грани вычислять расстояние до точки назначения вне его собственной области и пересылать эти сведения внутрь собственной области.

Итоговая информация содержит сведения о сети, подсети или идентификатор суперсети, а также маску сети и расстояние от маршрутизатора до внешней сети.

Например, на рис. 8.16 маршрутизатору E нужно выбрать путь к сети M. Маршрутизатор E использует базу данных своей области для поиска расстояния d_c и d_f до маршрутизаторов граней С и F. Каждый из них сообщает сведения о своем расстоянии m_c и m_f до сети M. Маршрутизатор E может сравнить d_c+ m_c и d_f+m_f и выбрать кратчайший маршрут.

Рис 8.16. Маршрутизация между областями