Иерархическая маршрутизация

Один маршрутизатор ничем не отличался от других маршрутизаторов в том смысле, что на всех маршрутизаторах работал один и тот же алгоритм маршрутизации для расчета маршрутов через всю сеть. Однако данная модель с однородным набором маршрутизаторов является упрощением и не применяется на практике по двум причинам.

□ Масштабирование. Когда количество маршрутизаторов становится очень большим, накладные расходы на вычисление, хранение данных и обмен данными о маршрутах (такими как обновление состояния линий или изменения путей наименьшей стоимости) между маршрутизаторами становятся неприемлемыми. Сегодняшний Интернет состоит из сотен миллионов хостов. Хранение информации о маршрутах на каждом из этих хостов потребовало бы памяти огромных размеров. Накладные расходы на широковещательную рассылку пакетов с информацией о состоянии линий между всеми маршрутизаторами Интернета просто не оставили бы пропускной способности для пакетов с данными! А дистанционно-векторный алгоритм при таком огромном количестве узлов сети никогда бы не достиг схождения! Очевидно, необходимо было что-то предпринять, чтобы упростить задачу вычисления маршрутов в такой огромной сети, как Интернет.
□ Административная автономия. Хотя инженеры часто игнорируют такие вопросы, как пожелания компаний управлять маршрутизаторами, как им хочется (например, использовать алгоритм маршрутизации по своему выбору), или скрыть внутреннюю организацию сети от внешних наблюдателей, важность подобных вопросов может быть высокой. В идеальном случае организация должна иметь возможность управлять своей сетью так, как ей заблагорассудится, не теряя при этом возможности соединения своей сети с «внешним» миром.

Обе эти задачи могут быть решены путем объединения маршрутизаторов в отдельные области, называемые автономными системами (Autonomous System, AS). Маршрутизаторы в пределах одной автономной системы используют один и тот же алгоритм маршрутизации (например, дистанционно-векторный алгоритм или алгоритм, основанный на состоянии линий) и обладают информацией обо всех маршрутизаторах своей автономной системы, как это было в рассмотренном ранее идеальном случае. Алгоритм маршрутизации, используемый внутри автономной системы, называется протоколом внутренней маршрутизации. Разумеется, необходимо соединить автономные системы друг с другом, и поэтому один или несколько маршрутизаторов в автономной системе будет отвечать за пересылку пакетов за пределы автономной системы. Эти маршрутизаторы называются шлюзовыми маршрутизаторами, или просто шлюзами. Чтобы шлюзовые маршрутизаторы могли направлять пакеты из одной автономной системы в другую (возможно, пересекая множество других автономных систем), шлюзы должны знать, как определить маршруты друг к другу. Алгоритм маршрутизации, в котором для определения маршрутов между различными автономными системами применяют шлюзы, называется протоколом внешней маршрутизации.

Таким образом, задачи масштабирования и административного управления решаются путем выделения автономных систем. В пределах автономной системы все маршрутизаторы используют один и тот же протокол внутренней маршрутизации. Для определения маршрутов между автономными системами на специальных шлюзовых маршрутизаторах используется протокол внешней маршрутизации.

Задача масштабирования решается благодаря тому, что внутренний маршрутизатор автономной системы должен знать только о маршрутизаторах его автономной системы, а также о шлюзовых маршрутизаторах его автономной системы. Задача административного управления решается благодаря тому, что организация может использовать любой протокол внутренней маршрутизации, какой она пожелает, при условии, что этот протокол поддерживается шлюзами автономной системы, обеспечивающими соединение данной автономной системы с другими автономными системами.

Данный сценарий иллюстрирует рис. 4.11. Здесь изображены три автономные системы, А, В и С. В автономной системе А имеется четыре маршрутизатора, А.а, А.Ь, А.с и A.d, на которых работает протокол внутренней маршрутизации, используемый в пределах автономной системы А. Эти четыре маршрутизатора обладают полной информацией о маршрутах внутри автономной системы А. Аналогично в автономных системах В и С есть три и два маршрутизатора соответственно. Обратите внимание, что протоколы внутренней маршрутизации, применяемые в автономных системах А, В и С, могут быть разными. Шлюзовыми маршрутизаторами являются А.а, А.с, В.а и С.Ь. Помимо протоколов внутренней маршрутизации на этих четырех маршрутизаторах работает протокол внешней маршрутизации. Топология протокола внешней маршрутизации показана на верхнем уровне сплошными линиями. Обратите внимание, что линия связи высокого уровня может быть как физической линией (это, например, линия, соединяющая маршрутизаторы А.а и В.а), так и логической линией (соединяет маршрутизаторы А.с и А.а). На рисунке также показано, что на шлюзовом маршрутизаторе А.с должен работать как протокол внутренней маршрутизации для связи с соседями по автономной системе А.а и A.d, так и протокол внешней маршрутизации для связи со шлюзовым маршрутизатором В.а. Обратите внимание, что записи в таблице продвижения данных маршрутизатора А.с сформированы обоими протоколами (и внутренней, и внешней маршрутизации).

Предположим, хосту HI, соединенному с маршрутизатором A.d, нужно послать пакет хосту Н2 в автономной системе В (рис. 4.12). Предполагая, что в таблице продвижения данных маршрутизатора A.d указано, что за отправку пакетов за пределы автономной системы отвечает маршрутизатор А.с, маршрутизатор A.d посылает первый пакет маршрутизатору А.с при помощи протокола внутренней маршрутизации. Важно отметить, что маршрутизатору A.d не известна внутренняя структура автономных систем В и С, более того, он даже не должен знать топологию, соединяющую автономные системы А, В и С. Маршрутизатор А.с получает пакет и видит, что он предназначается хосту, находящемуся за пределами автономной системы А. В таблице продвижения данных маршрутизатора А.с для протокола внешней маршрутизации указано, что пакет, направляющийся в автономную систему В, должен быть передан маршрутизатору В.а. Когда пакет прибывает на маршрутизатор В.а, протокол внешней маршрутизации видит, что пакет предназначается автономной системе В. Поэтому пакет «передается» протоколу внутренней маршрутизации, который направляет пакет его конечному адресату, хосту Н2. Для этого протокол внутренней маршрутизации автономной системы В создает записи в таблице продвижения данных маршрутизатора В.а, чтобы указать следующий ретрансляционный участок на пути к хосту Н2. На рисунке пунктиром на нижнем уровне показаны фрагменты пути, рассчитанные с помощью протоколов внутренней маршрутизации автономных систем А и В, а часть пути, пройденного при помощи протокола внешней маршрутизации, изображена сплошной линией на верхнем уровне.

В разделе «Маршрутизация в Интернете» мы изучим два протокола внутренней маршрутизации (RIP и OSPF), а также протокол внешней маршрутизации (BGP), завершив рассмотрение темы иерархической маршрутизации (эти протоколы применяются сегодня в Интернете).