Протокол RIP
Протокол RIP (Routing Information Protocol) описан в документе RFC 1058. Протокол RIP относится к классу протоколов IGP. Этот протокол является одним из первых протоколов обмена маршрутной информацией между маршрутизаторами в IP-сети. Существует также версия этого протокола для сетей IPX/SPX компании Novell. Впервые протокол RIP появился в 1982 году как часть стека протокола TCP/IP для UNIX, разработанной BerkleySoftware Distribution. Исторически протокол RIP близко связан с семейством сетевых протоколов фирмы Xerox. Преимуществом протокола RIP является его простота. Недостатком — увеличение трафика за счет периодической рассылки широковещательных сообщений. Протокол RIP стал стандартным протоколом маршрутизации внутри отдельной автономной системы (АС), хотя он существенно ограничивает размер автономной системы. Это связано с тем, что протокол RIP не поддерживает длинные пути, которые содержат более 15 переходов. Протокол RIP использует алгоритм длины вектора (Distance vector algorithm). Этот алгоритм основывается на тех же принципах, что и алгоритм Беллмана-Форда, который был применен в первом протоколе маршрутизации для сетей ARPANET и исходит из предположения, что каждый маршрутизатор может вычислить самый короткий маршрут и соответствующее расстояние до каждой сети. То есть, каждый маршрутизатор выбирает ближайший соседний маршрутизатор, который расположен на этом самом коротком маршруте до получателя. Выбор осуществляется на основании информации о стоимости путей (выбирается путь с меньшей стоимостью). Стоимость вычисляется по информации, имеющейся в таблицах маршрутизации всех соседних маршрутизаторов (маршрутизаторы регулярно обмениваются между собой таблицами маршрутизации). Этот алгоритм хорошо работает в небольших сетях. В больших сетях он заполняет сеть широковещательным трафиком. Протокол не всегда точно и быстро учитывает изменения сетевой топологии, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии сети, а располагают только информацией, полученной от своих соседей. Протокол RIP использует в качестве метрики маршрута количество переходов, то есть число маршрутизаторов, которые должна миновать дейтаграмма, прежде чем она достигнет получателя. Маршрутизаторы с поддержкой протокола RIP всегда выбирают маршрут с наименьшим числом переходов. Таблица маршрутизации RIP содержит следующие поля: q IP-адрес целевой сети; q Количество переходов до целевой сети; q Адрес первого маршрутизатора на пути к целевой сети; q Идентификатор соседнего маршрутизатора, который является источником данной адресной информации в таблице маршрутизации; q Таймер для отслеживания времени, прошедшего с момента последнего обновления записи. При включении маршрутизатора таблица маршрутизации заполняется описанием сетей, которые напрямую подключены к данному маршрутизатору. Затем соседние маршрутизаторы шлют ему свою информацию. Периодически каждый маршрутизатор посылает сообщения об обновлении маршрута всем своим соседям. Эти сообщения содержат информацию из таблицы маршрутизации. Если объем информации слишком велик и не помещается в одно сообщение протокола RIP, она будет разделена на части и помещена в несколько сообщений. Перед передачей сообщений об обновлении маршрута соседним маршрутизаторам маршрутизатор увеличивает количество переходов до получателя на единицу. Когда сообщения об обновлении маршрута приходят на маршрутизатор, он обновляет свою таблицу маршрутизации в соответствии со следующими правилами: q Если новое количество переходов меньше, чем текущее (для конкретной записи), маршрутизатор примет новый маршрут. Эта новая запись будет храниться в таблице до тех пор, пока не появится маршрут с еще меньшей метрикой; q Если передающий маршрутизатор является источником информации для существующей записи, то принявший сообщение маршрутизатор будет использовать новое значение количества переходов, даже если оно больше, чем старое. Реакция протокола RIP на изменения в топологии сети зависит от того, как маршрутизатор информирует своих соседей о модификации его таблицы маршрутизации. Однако следует учитывать, что если сетевая топология изменяется, то соседи могут перестать быть соседями. Кроме того, если маршрутизатор выходит из строя, он не может известить своих соседей об изменениях в топологии. Таким образом, в случае отсутствия сообщений об обновлении маршрутизации предполагаемый маршрут может не отражать произошедшие изменения. Все маршрутизаторы, участвующие в обмене сообщениями об обновлении маршрута по протоколу RIP, посылают эти сообщения через определенный интервал, который по умолчанию составляет 30 с. Если маршрутизатор не получает сообщения от маршрутизатора, который отвечает за определенную запись в таблице маршрутизации за временной интервал, равный увеличенному в шесть раз интервалу обмена (по умолчанию 180 с), он предполагает, что либо его соседний маршрутизатор вышел из строя, либо между ними нарушилась связь. Затем маршрутизатор помечает отказавший маршрут как некорректный и, в конечном счете, удаляет его из своей таблицы маршрутизации. Когда маршрутизатор получит информацию о новом маршруте от другого своего соседа, он будет использоваться вместо старого удаленного маршрута. Шестикратное увеличение интервала необходимо для того, чтобы избежать исключения маршрута при случайной потере одного сообщения об обновлении. Кроме того, маршрутизатору чрезвычайно важно оповестить своих соседей о том, что не существует корректного маршрута к определенному получателю. Протокол RIP позволяет выполнить это с помощью стандартных сообщений об обновлении маршрутизации. Для обозначения недостижимости получателя количество переходов устанавливается равным 16. Это значение можно считать «бесконечностью», так как допустимые маршруты не могут иметь более 15 переходов. Если какая-либо сеть становится недостижимой, все соседние маршрутизаторы установят метрику для этой сети равной 16. В следующем цикле посылки сообщений об обновлении маршрутизаторы передадут эти данные всем своим соседям, указав для них число переходов к недостижимой сети равным 16. На рис. 9.1 показан пример сетевой топологии с вышедшим из строя каналом связи.
Рис 9.1 Обрыв канала связи Протокол RIP гарантирует, что таблицы маршрутизации за определенное время (время сходимости) станут правильными. Однако алгоритм в текущем своем состоянии не гарантирует, что время сходимости будет мало. Может оказаться так, что до истечения времени сходимости в сеть будут внесены изменения, и тогда все начнется заново. Вопрос о том, сколько времени требуется для сходимости процесса извещения об изменении маршрутов, является достаточно сложным. Когда происходит выход из строя канала связи или возникают другие проблемы в сети, некоторые из существующих маршрутов становятся недоступными или менее подходящими для передачи. Проблема в том, что, в принципе, соседние маршрутизаторы могут обмениваться между собой не вполне правильной информацией. Эта информация будет передана дальше по сети. Она будет исправлена только при следующих итерациях. Медленная сходимость может иметь достаточно серьезные последствия. В частности, может увеличиться объем трафика сообщений об изменениях маршрутов, которыми обмениваются маршрутизаторы, могут образовываться логические петли маршрутизации и т. д. На рис. 9.2 показана логическая петля, образованная маршрутизаторами М2 и М3.
Рис. 9.2. Пример образования логической петли маршрутизации Маршрутизатор М2 может достигнуть целевой сети через маршрутизатор Ml за 1 переход. Маршрутизатор М3 получает эту информацию из периодических сообщений об обновлении от маршрутизатора М2. Поэтому МЗ может достигнуть целевую сеть через маршрутизатор М2 за 2 перехода. В следующем цикле посылки сообщений об обновлении маршрутизатор МЗ известит маршрутизатор М2 о достижимости целевой сети за 3 перехода. В результате маршрутизатор М2 будет иметь два маршрута в целевую сеть: первый маршрут с использованием маршрутизатора Ml и количеством переходов 1, а второй маршрут с использованием маршрутизатора МЗ и количеством переходов 3. Маршрутизатор М2 выберет маршрут через маршрутизатор Ml, так как он имеет наименьшую метрику. В случае, если канал связи между маршрутизаторами Ml и М2 выйдет из строя, М2 не получит сообщение об обновлении в требуемый интервал времени и удалит из своей таблицы запись о маршруте в целевую сеть через Ml. В результате у маршрутизатора М2 будет сформирована запись о маршруте в целевую сеть через маршрутизатор МЗ за 3 перехода. Следовательно, М2 будет пересылать весь трафик маршрутизатору МЗ, тот его пошлет обратно М2 и т. д. Таким образом образуется логическая петля маршрутизации. Обмен пакетами между маршрутизаторами будет продолжаться до тех пор, пока поле TTL в заголовке IP-дейтаграммы не станет равно 0. Тогда дейтаграмма будет удалена одним из маршрутизаторов. Существует несколько технологий, которые ускоряют сходимость протокола RIP IP и повышают его производительность. К ним относятся: - расщепление горизонта (Split-Horizon), - обратное исправление (Poison Reverse), - мгновенное изменение (Triggered Update) - временный отказ от приема информации Hold-Down (приостановка) - Garbage-Collection (сборка мусора). Описанная проблема «обоюдного обмана» может быть решена путем определения направления посылки маршрутной информации. Согласно технологии Split-Horizon маршрутизатор не будет распространять информацию об определенном маршруте через порт, который явился источником данной информации. Другими словами, маршрутизатор не будет информировать о достижимости получателя своего соседа, от которого была получена информация о маршруте к получателю. На рис. 9.3 показано, каким образом Split-Horizon устранит образовавшуюся петлю.
Рис. 9.3 Результат работы технологии Split-Horizon Процедура обмена сообщениями об обновлении маршрута остается такой же, как и выше, за исключением того, что маршрутизатор М3 не будет посылать информацию о маршруте к целевой сети маршрутизатору М2. В результате маршрутизатор М2 имеет только один маршрут в целевую сеть, и, если произойдет обрыв канала связи между маршрутизаторами Ml и М2, он удалит из своей таблицы маршрутизации маршрут в целевую сеть, и петля не возникнет. Технология Poison Reverse решает те же задачи, что и Split-Horizon, однако немного другим способом. Маршрутизаторы распространяют информацию о маршрутах через порты, которые явились источниками информации. Но эти маршруты указываются как недостижимые — количество переходов устанавливается равным 16 (рис. 9.4).
Рис. 9.4 Результат работы технологии Poison Reverse По сути, сообщения о маршрутах с числом переходов, равным 16, — это то же самое, что отсутствие сообщений (не считая увеличения нагрузки на сеть). Однако при изменении сетевой топологии скорость сходимости в этой схеме может увеличиться, так как упоминаются и достижимые, и недостижимые маршруты. Основным недостатком этой технологии является то, что она увеличивает нагрузку на сеть. Во многих случаях администратор может согласиться с медленной сходимостью ради уменьшения загрузки сети, вызываемой потоком сообщений об обновлении. Технологии Split-Horizon и Poison Reverse хорошо работают в случае двух маршрутизаторов в петле. Однако возможны ситуации, когда три или более маршрутизаторов «обманывают друг друга». Например, маршрутизаторMl полагает, что имеет маршрут к какой-либо сети через маршрутизатор М2, маршрутизатор М2 — через МЗ, МЗ — через М4, а М4 — снова через Ml. Для ускорения сходимости в подобных ситуациях служит технологияTriggered Update, которая требует, чтобы маршрутизатор немедленно посылал сообщения об обновлении своим соседям, если он обнаружил изменение в метрике маршрута. Сообщение должно быть послано, даже если не пришло время для регулярных сообщений. Естественно, это ускорит сходимость, но увеличит трафик в сети. Поэтому технология Triggered Update может вызвать чрезмерную загрузку сети с ограниченной пропускной способностью. Все реализации протокола RIP должны предусматривать предел частоты немедленной посылки сообщений об обновлении (скажем, не чаще чем раз в секунду), чтобы не загружать сеть. Простым решением данной проблемы является установка таймера на случайное число между одной и пятью секундами. После обнуления таймера происходит посылка сообщения об обновлении. Если произошли другие изменения в сети, при которых немедленно высылаются дополнительные сообщения, маршрутизатор должен выждать обнуление таймера и только затем посылать новое сообщение. Таймер после этого устанавливается в другое случайное число в заданном интервале. Например, маршрутизатор М будет устанавливать тайм-аут для своего маршрута в целевую сеть. Это заставит его, после обнуления таймера, сформировать сообщения об обновлении и посылать их через свои порты. Сообщения будут распространяться через все пути, обновляя метрику для целевой сети до бесконечности. Такой каскад сообщений об обновлении останавливается только тогда, когда он достигает маршрутизатора, который использует путь до целевой сети, не проходящий через маршрутизатор М. Маршруты в таблице маршрутизации, создаваемой с помощью протокола RIP, могут иметь различные состояния. Например, для маршрутизаторов фирмы 3Com маршруты могут находиться в одном из следующих состояний: q UP — маршрут достижим с определенной метрикой, меньшей 16. Маршрут остается в данном состоянии в течение шестикратного интервала времени между посылками сообщений об обновлении — это время называется таймером маршрута. Данный таймер сбрасывается каждый раз, когда поступает новое сообщение об обновлении этого маршрута. По обнулении таймера маршрут считается недействительным и переводится в состояние Garbage- Collection; q Hold-Down — маршрут имеет метрику, равную бесконечности (больше или равно 16). Маршрут будет оставаться в данной стадии в течение времени, равного четырехкратному интервалу между посылками сообщений об обновлении. В этом состоянии с маршрутом связывают таймер Hold-Down. Когда таймерHold-Down обнулится, маршрутизатор перейдет в состояние Garbage-Collection. Если до обнуления таймера для этого маршрута будет получено сообщение с метрикой меньше 16, маршрут перейдет в стадию UP. Цель состояния Hold-Down — оповестить все маршрутизаторы в автономной системе о том, что маршрут не функционирует. Таймер препятствует маршрутизатору в этом состоянии принимать сообщения, содержимое которых устарело; q Garbage-Collection — маршрут с обнуленным таймером, который до этого был в стадии UP. Маршрут может оставаться в этом состоянии на протяжении четырехкратного интервала времени между посылками об обновлении. Это время отсчитывает таймер Garbage-Collection. Если до обнуления таймера Garbage-Collection для этого маршрута не будет получено сообщений об обновлении, маршрут удаляется из таблицы маршрутизации. Если до обнуления таймера соседний маршрутизатор информирует об изменении этого маршрута с метрикой меньше 16, маршрут будет изменен, а его удаление отменено. Таймер будет сброшен, а маршрут перейдет в состояние UP. На рис. 9.5 показана смена состояний маршрута в таблице маршрутизации.
Рис. 9.5 Алгоритм смены состояний маршрута Сетевому администратору в автономной системе требуется контроль за использованием ресурсов сети. В частности, желательно ограничить поток сообщений о маршрутизации. Существует набор средств, которые позволяют администратору контролировать содержимое сообщений об обновлении маршрута. Перечислим их на примере маршрутизатора NetBuilder II фирмы 3Com. В частности: q Для уменьшения размера сообщений об обновлении маршрутизатор может не включать информацию о локальных сетях, к которым подключен он или его соседи; q Если маршрутизатор поддерживает технологию Split-Horizon, он не будет оповещать о маршрутах, через которые была получена соответствующая информация; q Устанавливая параметр Poison/No Poison, маршруты можно указывать как недостижимые или просто не включать их в сообщения; q Задав сетевые правила (Network Policy), можно четко очертить список сетей, о которых оповещает протоколRIP. По умолчанию протокол должен сообщать обо всех сетях; q Внутренние правила (Interior Policy) могут указывать на появление сообщений протокола RIP, информирующих о маршрутах, за которые отвечали другие протоколы класса IGP (например, OSPF или IS-IS); q Внешние правила (Exterior Policy) служат для управления списком сетей, оповещаемых протоколом RIP, который получен от протоколов политики маршрутизации, таких как EGP или BGP. По умолчанию информация о таких маршрутах не должна рассылаться; q Настраиваемые статические правила (Static Policy) служат для определения того, будут ли рассылаемые сообщения об обновлении включать информацию о статических маршрутах. Следует отметить, что все маршруты, определяемые сообщениями протокола RIP IP, будут рассматриваться как «собственность» этого протокола; q Настраиваемые метрики по умолчанию (Default Metric) помогают отслеживать сообщения RIP о маршруте по умолчанию. Сетевой администратор может выбрать метрику, которая будет использоваться с маршрутом по умолчанию; q Правила получения (Receive Policy) служат для фильтрации сообщений от соседних маршрутизаторов. Это позволяет администратору принимать не всю информацию, получаемую от соседей и предназначенную для обновления таблицы маршрутизации. Протокол RIP для передачи сообщений использует дейтаграммы UDP и протокольный порт 520. Полное сообщение протокола RIP, включая заголовок и данные, инкапсулируется в поле данных дейтаграммы UDP, которая, в свою очередь, инкапсулируется в IP-дейтаграмму (рис. 9.6).
Рис 9.6 Инкапсуляция сообщений протокола RIP Все сообщения протокола RIP состоят из заголовка фиксированной длины и следующей за ним таблицы маршрутизации (точнее, ее подмножества) передающего маршрутизатора. В таблице представлен список достижимых сетей (рис. 9.7). Цифра 0 на рис. 9.7 означает, что это поле, согласно спецификации, должно быть нулевым.
Рис. 9.7. Формат сообщения протокола RIP Часть сообщения (запись из таблицы маршрутизации), начинающаяся с поля «Идентификатор адресной схемы» и заканчивающаяся полем «Количество переходов», может повторяться в сообщении до 25 раз. Это позволяет каждому сообщению протокола RIP переносить до 25 адресов, которые занимают до 500 байтов. Это ограничение вызвано тем, что максимальный размер сообщений составляет 521 байт, не включая заголовков протоколов IP иUDP. Маршрутизатору может потребоваться передать несколько сообщений для рассылки всей таблицы маршрутизации своим соседям. Не существует специальных требований к последовательности посылки сообщений, так как все маршруты обрабатываются независимо. Поля в сообщении протокола RIP имеют следующие значения: q Поле «Команда» указывает назначение дейтаграммы. Команда может быть либо запросом протокола RIP(1), либо ответом (2). Существуют и другие команды, однако в настоящее время они не используются; q Поле «Версия» — версия протокола RIP; q Поле «Идентификатор адресной схемы» указывает тип адреса для каждой записи. Сообщения RIP могут переносить адреса любого формата различных протоколов. Идентификатор IP-адреса равен 2; q Поле «IP-адрес» занимает четыре байта. В нем могут указываться адрес устройства, номер сети, номер подсети или ноль, что означает маршрут по умолчанию; q Поле «Количество переходов» указывает текущую метрику для данного сетевого адреса. Поля, которые должны быть заполнены нулями, являются частью адресного поля, но не используются, так как адреса IP занимают только 4 байта. Протокол RIP может работать с сетевыми адресами длиной до 12 байт. Выше рассматривался протокол маршрутизации RIP версии 1 (RIP-1 IP). Однако существует версия 2 этого популярного протокола (RIP-2 IP), описанная в документе RFC 1388. Версия 2 поддерживает CIDR, аутентификацию, подсети и групповую передачу. На рис. 9.8 показан формат сообщений протокола RIP-2.
Рис. 9.8. Формат сообщения протокола RIP-2 IP Сообщения версии 1 содержат нулевые неиспользуемые поля. Это позволяет задействовать их для расширений, предлагаемых в версии 2. Протокол RIP-2 IP наследует все поля первой версии и добавляет следующие: q Поле «Домен маршрутизации» используется вместе с полем «Следующий переход» для совместной работы нескольких АС в едином домене маршрутизации; q Поле «Маска подсети» — двоичное число, содержащее единицы в тех разрядах, которые относятся к расширенному сетевому префиксу. Маска подсети делит IP-адрес на номер подсети и номер устройства в этой подсети и позволяет выполнять маршрутизацию в сформированной структуре подсетей; q Поле «Метка маршрута» служит для идентификации внешних маршрутов и задействуется в протоколах политики маршрутизации (EGP или BGP). Номер версии для протокола RIP-2 IP равен 2. При получении такого сообщения маршрутизатором, поддерживающим протокол RIP-1 IP, он просто проигнорирует любые поля, которые согласно версии 1 протокола должны содержать нули. Поэтому он будет корректно обрабатывать все записи, не использующие расширенийRIP-2 IP (например, простое поле с IP-адресом получателя без указания маски подсети). Протокол RIP-1 IP не поддерживает безопасность. Любое устройство (рабочая станция или сервер), посылающее сообщение UDP через порт 520, будет рассматриваться маршрутизатором как его сосед. Отсутствие аутентификации возлагает на администратора дополнительные задачи по управлению правилами. Например, администратору может понадобиться вручную настроить список авторизованных соседей. Протокол RIP-2 IP поддерживает аутентификацию. Стандарт допускает замену первой записи в сообщении на сегмент аутентификации. Таким образом, сообщение может содержать сегмент аутентификации и 24 записи из таблицы маршрутизации в стандартной форме RIP-2 IP. На рис. 9.9 показан формат сегмента аутентификации протокола RIP-2 IP.
Рис. 9.9 Формат сегмента ауденитфикации RIP -2 IP Сегмент аутентификации определяется тем, что поле «Идентификатор адресной схемы» равно %FFFFF. Затем указывается тип схемы аутентификации, и следующие 16 байт отводятся под данные аутентификации. После получения сообщения маршрутизаторы проверят сегмент аутентификации (если протокол RIP-2 IP работает в безопасном режиме) и будут игнорировать любые сообщения с некорректной аутентификацией. Так как протокол RIP был разработан достаточно давно и практически не изменялся за это время, он обладает существенными недостатками, которые ограничивают его применение в сложных сетях: q RIP допускает 15 переходов между отправителем и получателем. Если количество переходов превышает 15, получатель рассматривается как недостижимый, что очень сильно ограничивает размеры автономной системы. q Использование в качестве метрики маршрута количества переходов приводит к тому, что протокол RIP не всегда выбирает самый эффективный и экономный маршрут. Например, может оказаться так, что выбранный маршрут содержит медленный и дорогой канал связи. Протоколы маршрутизации, которые используют в качестве метрики количество переходов, не принимают во внимание такие важные характеристики, как скорость канала, его надежность и т. д. q Механизм обмена сообщениями RIP основан на широковещательной рассылке всей таблицы маршрутизации. В средних и больших сетях это может сильно загрузить каналы связи, особенно если распределенная сеть состоит из удаленных сетей, соединяемых по коммутируемым каналам связи. q Так как протокол RIP работает по алгоритму вектора расстояния, он обладает медленной сходимостью. В случае, если канал связи выйдет из строя, потребуется несколько минут для того, чтобы маршрутизаторы скорректировали свои таблицы. В течение этого времени могут образоваться петли маршрутизации.
|
