Компьютерные сети

чТаблица \ маршрутизации \
г
1
' '
pi
1
{
'
RIP I
■, r.s '.л;
. ТаблицамаршрутизацииI
Рис. 17.19. Применение нескольких протоколов маршрутизации в одной сети

По умолчанию каждый протокол маршрутизации, работающий на определенном маршрутизаторе, распространяет только «собственную» информацию, то есть ту информацию, которая была получена данным маршрутизатором по данному протоколу. Например, если о маршруте к некоторой сети маршрутизатор узнал по протоколу RIP, то и распространять по сети объявления об этом маршруте он будет с помощью протокола RIP.

Однако такой «избирательный» режим работы маршрутизаторов ставит невидимые барьеры на пути распространения маршрутной информации, создавая в составной сети области взаимной недостижимости. Задача маршрутизации решалась бы эффективнее, если бы маршрутизаторы могли обмениваться маршрутной информацией, полученной разными протоколами маршрутизации. Такая возможность реализуется в особом режиме работы маршрутизатора, называемом перераспределением. Этот режим позволяет одному протоколу маршрутизации использовать не только «свои», но и «чужие» записи таблицы маршрутизации, полученные с помощью другого протокола маршрутизации, указанного при конфигурировании.

Как видим, применение нескольких протоколов маршрутизации даже в пределах небольшой составной сети — дело не простое, от администратора требуется провести определенную работу по конфигурированию каждого маршрутизатора. Очевидно, что для крупных составных сетей нужно качественно иное решение.
Внутренние и внешние шлюзовые протоколы
Такое решение было найдено для самой крупной на сегодня составной сети — Интернета. Это решение базируется на понятии автономной системы.

Автономная система (Autonomous System, AS) — это совокупность сетей под единым административным управлением, обеспечивающим общую для всех входящих в автономную систему маршрутизаторов политику маршрутизации.

Обычно автономной системой управляет один поставщик услуг Интернета, самостоятельно выбирая, какие протоколы маршрутизации должны использоваться в некоторой автономной системе и каким образом между ними должно выполняться перераспределение маршрутной информации. Крупные поставщики услуг и корпорации могут представить свою составную сеть как набор нескольких автономных систем. Регистрация автономных систем происходит централизованно, как и регистрация IP-адресов и DNS-имен. Номер автономной системы состоит из 16 разрядов и никак не связан с префиксами IP-адресов входящих в нее сетей.

В соответствии с этой концепцией Интернет выглядит как набор взаимосвязанных автономных систем, каждая из которых состоит из взаимосвязанных сетей (рис. 17.20), соединенными внешними шлюзами.
Рис. 17.20. Автономные системы Интернета

Основная цель деления Интернета на автономные системы — обеспечение многоуровневого подхода к маршрутизации. До введения автономных систем предполагался двухуровневый подход, то есть сначала маршрут определялся как последовательность сетей, а затем вел непосредственно к заданному узлу в конечной сети (именно этот подход мы использовали до сих пор).

С появлением автономных систем появляется третий, верхний, уровень маршрутизации — теперь сначала маршрут определяется как последовательность автономных систем, затем — как последовательность сетей и только потом ведет к конечному узлу.

Выбор маршрута между автономными системами осуществляют внешние шлюзы, использующие особый тип протокола маршрутизации, так называемый внешний шлюзовой протокол (Exterior Gateway Protocol, EGP). В настоящее время для работы в такой роли сообщество Интернета утвердило стандартный пограничный шлюзовой протокол версии 4 (Border Gateway Protocol, BGPv4). В качестве адреса следующего маршрутизатора в протоколе BGPv4 указывается адрес точки входа в соседнюю автономную систему.

За маршрут внутри автономной системы отвечают внутренние шлюзовые протоколы (Interior Gateway Protocol, IGP). К числу IGP относятся знакомые нам протоколы RIP, OSPF и IS-IS. В случае транзитной автономной системы эти протоколы указывают точную последовательность маршрутизаторов от точки входа в автономную систему до точки выхода из нее.
ПРИМЕЧАНИЕ-

Внутри каждой автономной системы может применяться любой из существующих протоколов маршрутизации, в то время как между автономными системами всегда применяется один и тот же протокол, являющийся своеобразным языком «эсперанто», на котором автономные системы общаются между собой.

Концепция автономных систем скрывает от администраторов магистрали Интернета проблемы маршрутизации пакетов на более низком уровне — уровне сетей. Для администратора магистрали неважно, какие протоколы маршрутизации применяются внутри автономных систем, для него существует единственный протокол маршрутизации — BGPv4.
Протокол BGP

Пограничный (внешний) шлюзовой протокол (Border Gateway Protocol, BGP) версии 4 является сегодня основным протоколом обмена маршрутной информацией между автономными системами Интернета. Протокол BGP пришел на смену протоколу EGP
62

, использовавшемуся в тот начальный период, когда Интернет имел единственную магистраль. Эта магистраль являлась центральной автономной системой, к которой присоединялись в соответствии с древовидной топологией все остальные автономные системы. Так как между автономными системами при такой структуре петли исключались, протокол EGP не предпринимал никаких мер для того, чтобы исключить зацикливание маршрутов.

BGPv4 успешно работает при шбой топологий тпщш между автономными еиотейамй* что соответствует ооврвмонному сщтнт Интернета,
Поясним основные принципы работы BGP на примере (рис. 17.21).
Рис. 17.21. Поиск маршрута между автономными системами с помощью протокола BGP
В каждой из трех автономных систем (AS 1021, AS 363 и AS 520) имеется несколько маршрутизаторов, исполняющих роль внешних шлюзов. На каждом из них работает протокол BGP, с помощью которого они общаются между собой.

Маршрутизатор взаимодействует с другими маршрутизаторами по протоколу BGP только в том случае, если администратор явно указывает при конфигурировании, что эти маршрутизаторы являются его соседями. Например, маршрутизатор EG1 в рассматриваемом примере будет взаимодействовать по протоколу BGP с маршрутизатором EG2 не потому, что эти маршрутизаторы соединены двухточечным каналом, а потому, что при конфигурировании маршрутизатора EG1 в качестве соседа ему был указан маршрутизатор EG2 (с адресом 194.200.30.2). Аналогично, при конфигурировании маршрутизатора EG2 его соседом был назначен маршрутизатор EG1 (с адресом 194.200.30.1).

Такой способ взаимодействия удобен в ситуации, когда маршрутизаторы, обменивающиеся маршрутной информацией, принадлежат разным поставщикам услуг (ISP). Администратор ISP может решать, с какими автономными системами он будет обмениваться трафиком, а с какими нет, задавая список соседей для своих внешних шлюзов. Протоколы RIP и QSPF, разработанные для применения внутри автономной системы, обмениваются маршрутной информацией со всеми маршрутизаторами, находящимися в пределах их непосредственной досягаемости (по локальной сети или через двухточечный канал). Это означает, что информация обо всех сетях появляется в таблице маршрутизации каждого маршрутизатора, так что каждая сеть оказывается достижимой для каждой. В корпоративной сети это нормальная ситуация, а в сетях ISP нет, поэтому протокол BGP и исполняет здесь особую роль.

Для установления сеанса с указанными соседями BGP-маршрутизаторы используют протокол TCP (порт 179). При установлении BGP-сеанса могут применяться разнообразные способы аутентификации маршрутизаторов, повышающие безопасность работы автономных систем.

Основным сообщением протокола BGP является сообщение UPDATE (обновить), с помощью которого маршрутизатор сообщает маршрутизатору соседней автономной системы о достижимости сетей, относящихся к его собственной автономной системе. Само название этого сообщения говорит о том, что это — триггерное объявление, которое посылается соседу только тогда, когда в автономной системе что-нибудь резко меняется: появляются новые сети или новые пути к сетям либо же, напротив, исчезают существовавшие сети или пути.

В одном сообщении UPDATE можно объявить об одном новом маршруте или аннулировать несколько маршрутов, переставших существовать. Под маршрутом в BGP понимается последовательность автономных систем, которую нужно пройти на пути к указанной в адресе сети. Более формально информация о маршруте (BGP Route) к сети (Network/ Mask_length) выглядит так:
BGP Route = AS_Path; NextHop; Network/Mask length;

Здесь AS_P&th — набор номеров автономных систем, NextHop — IP-адрес маршрутизатора, через который нужно передавать пакеты в сеть Network/Mask_length. Например, если маршрутизатор EG1 хочет объявить маршрутизатору EG2 о том, что в AS 1021 появилась новая сеть 202.100.5.0/24, то он формирует такое сообщение:
AS 1021; 194.200.30.1; 202.100.5.0/24,
после чего передает его маршрутизатору EG2 автономной системы AS 363 (с которым у него, конечно, должен быть установлен BGP-сеанс).

Маршрутизатор EG2, получив сообщение UPDATE, запоминает в своей таблице маршрутизации информацию о сети 202.100.5.0/24 вместе с адресом следующего маршрутизатора 194.200.30.1 и отметкой о том, что эта информация была получена по протоколу BGP. Маршрутизатор EG2 обменивается маршрутной информацией с внутренними шлюзами системы AS 363 по какому-либо протоколу группы IGP, например OSPF. Если у EG2 установлен режим перераспределения маршрутов BGP в маршруты OSPF, то все внутренние шлюзы AS 363 узнают о существовании сети 202.100.5.0/24 с помощью объявления OSPF, которое будет внешним. В качестве адреса следующего маршрутизатора маршрутизатор EG2 начнет теперь объявлять адрес собственного внутреннего интерфейса, например 192.17.100.2.

Однако для распространения сообщения о сети 202.100.5.0/24 в другие автономные системы, например в AS 520, протокол OSPF использоваться не может. Маршрутизатор EG3, связанный с маршрутизатором EG4 автономной системы 520, должен пользоваться протоколом BGP, генерируя сообщение UPDATE нужного формата. Для решения этой задачи он не может задействовать информацию о сети 202.100.5.0/24, полученную от протокола OSPF через один из своих внутренних интерфейсов, так как она имеет другой формат и не содержит, например, сведений о номере автономной системы, в которой находится эта сеть.

Проблема решается за счет того, что маршрутизаторы EG2 и EG3 также устанавливают между собой BGP-сеанс, хотя они и принадлежат одной и той же автономной системе. Такая реализация протокола BGP называется внутренней (Interior BGP, iBGP), в отличие от основной, внешней (Exterior BGP, eBGP). В результате маршрутизатор EG3 получает нужную информацию от маршрутизатора EG2 и передает ее внешнему соседу — маршрутизатору EG4. При формировании нового сообщения UPDATE маршрутизатор EG3 трансформирует сообщение, полученное от маршрутизатора EG2, добавляя в список автономных систем собственную автономную систему AS 520, а полученный адрес следующего маршрутизатора заменяет адресом собственного интерфейса:

AS 363, AS 1021; 132.15.64.3; 202.100.5.0/24.
Номера автономных систем позволяют исключать зацикливание сообщений UPDATE. Например, когда маршрутизатор EG5 передаст сообщение о сети 202.100.5.0/24 маршрутизатору EG6, то последний не будет его использовать, так как оно будет иметь вид:
AS 520, AS 363, AS 1021; 201.14.110.3; 202.100.5.0/24.
Так как в списке автономных систем уже есть номер собственной автономной системы, очевидно, что сообщение зациклилось.

Протокол BGP используется сегодня не только для обмена маршрутной информацией между автономными системами, но и внутри них.
Протокол ICMP
сообщений (Internet Control Message Protocol, ICMP) (RFC 792) является вспомогательным протоколом» йолользующимся для диагностики и мониторинга сети. ' ■ *
г
■ * ■
4

Можно представить ряд ситуаций, когда протокол IP не может доставить пакет адресату, например истекает время жизни пакета, в таблице маршрутизации отсутствует маршрут к заданному в пакете адресу назначения, пакет не проходит проверку по контрольной сумме, шлюз не имеет достаточно места в своем буфере для передачи какого-либо пакета и т. д., и т. п.

Как мы не раз отмечали, протокол IP доставляет данные, руководствуясь принципом «по возможности», то есть не предпринимает мер для гарантированной передачи данных адресату. Это свойство «необязательности» протокола IP компенсируется протоколами более высоких уровней стека TCP/IP, например TCP на транспортном уровне и в какой-то степени DNS на прикладном уровне. Они берут на себя обязанности по обеспечению надежности, применяя такие известные приемы, как нумерация сообщений, подтверждение доставки, повторная посылка данных.

Протокол ICMP также служит дополнением, компенсирующим ненадежность протокола IP, но несколько другого рода. Он не предназначен для исправления возникших при передаче пакета проблем: если пакет потерян, ICMP не может послать его заново. Задача ICMP другая — он является средством оповещения отправителя о «несчастных случаях», произошедших с его пакетами. Пусть, например, протокол IP, работающий на каком-либо маршрутизаторе, обнаружил, что пакет для дальнейшей передачи по маршруту необходимо фрагментировать, но в пакете установлен признак DF (не фрагментировать). Протокол IP, обнаруживший, что он не может передать IP-пакет далее по сети, прежде чем отбросить пакет, должен отправить диагностическое ICMP-сообщение конечному узлу-источнику.

Для передачи по сети ICMP-сообщение инкапсулируется в поле данных IP-пакета. IP-адрес узла-источника определяется из заголовка пакета, вызвавшего инцидент.
Сообщение, прибывшее в узел-источник, может быть обработано там либо ядром операционной системы, либо протоколами транспортного и прикладного уровней, либо приложениями, либо просто проигнорированы. Важно, что обработка ICMP-сообщений не входит в обязанности протоколов IP и ICMP.

Заметим, что некоторые из пакетов могут исчезнуть в сети, не вызвав при этом никаких оповещений. В частности, протокол ICMP не предусматривает передачу сообщений о проблемах, возникающих при обработке IP-пакетов, несущих ICMP-сообщения об ошибках. Такое решение было принято разработчиками протокола, чтобы не порождать «штормы» в сетях, когда количество сообщений об ошибках лавинообразно возрастает.

Особенностью протокола ICMP является функциональное разнообразие решаемых задач, а следовательно, и связанных с этим сообщений. Все типы сообщений имеют один и тот же формат (рис. 17.22), однако интерпретация полей существенно зависит от того, к какому типу относится сообщение.
1 байт^->
1 байт-*
<-2 байта-►
Тип
Код
Контрольнаясумма
Зависит от типа и кода сообщения
Зависит от типа и кода сообщения
■ ч ; ,v “уЭаемт^штипаитдаеооЛитий "
Рис. 17.22. Формат ЮМР-сообщения

Заголовок ICMP-сообщения состоит из 8 байт:
□ тип (1 байт) — числовой идентификатор типа сообщения;
□ код (1 байт) — числовой идентификатор, более тонко дифференцирующий тип ошибки;
□ контрольная сумма (2 байта) — подсчитывается для всего ICMP-сообщения.
Содержимое оставшихся четырех байтов в заголовке и поле данных зависит от значений полей типа и кода.

На рис. 17.23 показана таблица основных типов ICMP-сообщений. Эти сообщения можно разделить на две группы (помеченные на рисунке условными символами):
□ сообщения об ошибках-,
□ сообщения запрос-ответ.
Сообщения типа запрос-ответ связаны в пары: эхо-запрос — эхо-ответ, запрос маски -ответ маски, запрос времени — ответ времени. Отправитель сообщения-запроса всегда рассчитывает на получение соответствующего сообщения-ответа.
Таблица кодов
Таблица типов ICMP-сообщений
причин ошибок 3

в/ / \/ \1V /'
Код
Причина
Значение в поле «Тип»
Тип сообщения
0
Сеть недостижима
1
Узел недостижим
2
Протокол недостижим
0
Эхо-ответ
3
Порт недостижим
4
Ошибка фрагментации
3
Узел назначения недостижим /_L
5
Ошибка в маршруте источника
4
Подавление источника
1
6
Сеть назначения не известна
5
Перенаправление маршрута *
7
Узел назначения не известен
8
Узел-источник изолирован
8
Эхо-запрос
ч ? /
9
Административный запрет
• •••••
11
Истечение времени диаграммы
V
12
Проблема с параметрами пакета

^ ? сообщение-запрос СГ> сообщение-ответ / ^ \ V сообщение-ошибкаЧхУ,
?
N^хУ
13
Запрос отметки времени
14
Ответ отметки времени
17
Запрос маски
18
Ответ маски
Рис. 17.23. Типы и коды ICMP-сообщений

Сообщения, относящиеся к группе сообщений об ошибках, конкретизируются уточняющим кодом. На рисунке показан фрагмент таблицы кодов для сообщения об ошибке недостижимости узла назначения, имеющей тип 3. Из таблицы мы видим, что это сообщение может быть вызвано различными причинами, такими как неверный адрес сети или узла (код О или 1), отсутствием на конечном узле-адресате необходимого протокола прикладного уровня (код 2 — «протокол недостижим») или открытого порта UDP/TCP (код 3 — «порт недостижим»). Узел (или сеть) назначения может быть также недостижим по причине временной неработоспособности аппаратуры или из-за того, что маршрутизатор не имеет данных о пути к сети назначения. Всего таблица содержит 15 кодов. Аналогичные таблицы кодов существуют и для других типов сообщений об ошибках.

Утилита traceroute
В качестве примера рассмотрим использование сообщений об ошибках в популярной утилите мониторинга сети traceroute.

Когда маршрутизатор не может передать или доставить IP-пакет, он отсылает узлу, отправившему этот пакет, сообщение о недостижимости узла назначения. Формат этого сообщения показан на рис. 17.24. В поле типа помещается значение 3, а в поле кода — значение из диапазона 0-15, уточняющее причину, по которой пакет не был доставлен. Следующие за полем контрольной суммы четыре байта заголовка не используются и заполняются , нулями.
-1 байт—► <—1 байт—
-2 байта-
Тип = 3
Код ■ -15
Контрольная
сумма

Не используется
CL
,1
0
1 го со
Поле данных
Заголовок + 8 первых бейт поля денных, вызвавшего ошибку 1Р-пвквта
’*!• '’Vx-V* •; /Гл' V у. }
Рис. 17.24. Формат ICMP-сообщения об ошибке недостижимости узла назначения

Помимо причины ошибки, указанной в заголовке (в полях типа и кода), дополнитель: диагностическая информация передается в поле данных ICMP-сообщения. Именно т помещается заголовок IP и первые 8 байт данных того IP-пакета, который вызвал оши< Эта информация позволяет узлу-отправителю еще точнее диагностировать причину ош ки. Это возможно, так как все протоколы стека TCP/IP, использующие для передачи св сообщений IP-пакеты, помещают наиболее важную для анализа информацию в пер 8 байт своих сообщений. В частности, ими вполне могут оказаться первые 8 байт заголс TCP или UDP, в которых содержится информация (номер порта), идентифицирую! приложение, пославшее потерянный пакет. Следовательно, при разработке приложе можно предусмотреть встроенные средства реакции на сообщения о недоставлеш пакетах.

ICMP-сообщения об ошибках лежат в основе работы популярной утилиты traceroute Unix, имеющей в Windows название tracert. Эта утилита позволяет проследить маршру удаленного хоста, определить среднее время оборота (RTT), IP-адрес и в некоторых сл; ях доменное имя каждого промежуточного маршрутизатора. Такая информация помо найти маршрутизатор, на котором обрывается путь пакета к удаленному хосту.

Утилита traceroute осуществляет трассировку маршрута, посылая серию обычных пакетов в конечную точку изучаемого маршрута. Идея метода состоит в следующем. Зн. ние времени жизни (TTL) первого отправляемого пакета устанавливается равным 1. К< протокол IP первого маршрутизатора принимает этот пакет, то он в соответствии со св> алгоритмом уменьшает значение TTL на 1 и получает 0. Маршрутизатор отбрасывает ш с нулевым временем жизни и возвращает узлу-источнику ICMP-сообщение об ошв истечения времени дейтаграммы (значение поля типа равно 11) вместе с заголовкох и первыми 8 байтами потерянного пакета.

Получив ICMP-сообщение о причине недоставки пакета, утилита traceroute запомш адрес первого маршрутизатора (который извлекает из заголовка IP-пакета, несуии ICMP-сообщение).
Затем traceroute посылает следующий IP-пакет, но теперь со значением TTL, равных Этот пакет благополучно проходит первый маршрутизатор, но «умирает» на втором, о
1
немедленно отправляется аналогичное ICMP-сообщение об ошибке истечения врехи дейтаграммы. Утилита traceroute запоминает адрес второго маршрутизатора и т. д. Та

Все материалы, размещенные в боте и канале, получены из открытых источников сети Интернет, либо присланы пользователями  бота. 
Все права на тексты книг принадлежат их авторам и владельцам. Тексты книг предоставлены исключительно для ознакомления. Администрация бота не несет ответственности за материалы, расположенные здесь