modul 7 distance vector routing protocols

Seminární práce z předmětu CC3
MODUL 7
DISTANCE VECTOR
ROUTING PROTOCOLS
Autoři:
Loginy:
Datum obhajoby:
Martin Mazuch
Oldřich Pospíšilík
xmazuc01, xpospi36
3.4.2007
OBSAH
Úvod …………………………………………………………………………. 3, 4
Krátký popis směrovacích protokolů typu Distance Vector …………….. 4 až 6
Popis směrovacího protokolu RIP ………………………………………… 6 až 10
Popis směrovacího protokolu IGRP ……………………………………… 10, 11
Konfigurace směrovacího protokolu RIP ………………………………... 12 až 14
Konfigurace směrovacího protokolu IGRP ……………………………… 14,15
Použitá literatura ………………………………………………………….. 16
Otázky k zamyšlení …………………………………………………………16
ÚVOD
V rozsáhlejších sítích je kvůli zvýšení efektivity komunikace potřeba vytvářet
složitější topologie. V takových složitějších topologiích je potom nutné řešit problém,
jak co nejefektivněji určit linky, kterými budou putovat data pro jednotlivé adresáty.
Směrovaní je tedy proces, kterým smerovač určuje posílání paketů určenému cíli.
Rozhodovaní probíhá individuálně podle cílové IP adresy v hlavičce každého paketu.
Aby směrovač uměl správně určit směr pro daný paket musí disponovat určitými
informacemi o vzdálených sítích. Tyto informace může získat buď od okolních
smerovačů nebo jich může pevně nakonfigurovat síťový administrátor. Globálně se
rozlišují 2 přístupy k směrování, a to statické a dynamické směrování.
Dynamické směrování využívá takzvané směrovací protokoly, aby zajistily pro
směrovač informace o vzdálených sítích. Směrovací protokol je množina pravidel pro
komunikaci mezi směrovači. Směrovací protokol dovoluje směrovačům sdílet
informace o okolních sítích. Tito informace používá směrovač na vytvoření a
udržovaní takzvané Routing Table (směrovací tabulky), na základě které se pak
rozhoduje kam odesílat pakety.
Směrovací protokol získává informace o všech dostupných cestách, vybírá ty
najlepší, které pak zařadí do směrovací tabulky a odstraní z ní nepotřebné a neplatné
údaje. Směrovací protokol je základem pro dynamické směrování, protože
automaticky reaguje na změny v topologii sítě.
Rozlišujeme 2 hlavní skupiny směrovacích protokolů:
LINK STATE
a
DISTANCE VECTOR
DISTANCE VECTOR
Nemá informace o přesné topologii
LINK STATE
Vytváří přesný obraz topologie oblasti
Zasílá pravidelné periodické update
tvořené kopií směrovací tabulky
Zasílá okamžitý update jen při změně
topologie a jen změněné údaje tabulky
Relativně pomalá konvergence sítě
Relativně rychlá konvergence sítě
Určuje směr (vektor) a vzdálenost
k jakékoliv části sítě
DISTANCE VECTOR
Při obdržení údajů ze směrovací tabulky svého souseda každý směrovač přepočítá
vzdálenostní vektory. Například směrovač A zašle kompletní kopii svojí směrovací
tabulky směrovači B, který po přepočítání hodnot při další periodě zašle svoji
směrovací tabulku směrovači C. Tento proces se postupně opakuje mezi všemi
sousedními směrovači v síti. Když všechny směrovače v oblasti disponují aktuálními
informacemi řekneme, že síť zkonvergovala.
„Distance vector routing“ volně přeloženo jako „směrování podle délky vektoru“, je
typ algoritmu používaný směrovacími protokoly pro zjištění trasy v síti. Primární
algoritmus DV je Bellman-Fordův algoritmus. Protokoly využívající metody distance
vector jsou například RIP (Routing Information Protocol) nebo protokol od firmy
CISCO IGRP (Internet Gateway Routing Protocol) a Apple RTMP (Routing Table
Maintenance Protocol).
Distance vector směrování odkazuje na metodu pro výměnu směrovacích informací.
Každý směrovač inzeruje směr cesty jako vektor směru (next hop) a vzdálenosti
(metric). Směr odkazuje na rozhraní, které vede na nejbližší směrovač podél cesty k
cíli, ačkoli to může být libovolná hodnota, která dává prioritu před ostatní cestou.
Směrovače v síti si tyto informace vyměňují a budují si tak směrovací tabulky.
Protokoly typu distance-vector použivají k výpočtu cesty Bellman-Fordův
algoritmus. Jak bude v této práci ještě později zmíněno tento algoritmus pracuje nad
orientovaným grafem se složitostí O(V·E), kde V a E jsou počty hran a vrcholů.
Naneštěstí algoritmus nepředchází směrovacím smyčkám a trpí takzvaným
problémem nekonečna. Tento problém lze demonstrovat na následující situaci.
Existují podsítě A-B-C-D-E-F navzájem propojené. Metrika je počet hopů (skoků)
mezi sítěmi. Předpokladejte, že směrovač A (na obrázku vybarven červenou barvou)
vypadnul . V pravidelných updatech B informuje, že jediná velmi krátká cesta k A již
není ( B nedostalo update od A ). Problémem je, ale že B zároveň obdrží informaci od
směrovače C. Je třeba si uvědomit, že C neví že směrovač A vypadnul a říka, že
router je jen 2 skoky daleko od něj. Tato informace se šíří pomalu sítí dokud
nedosáhne nekonečna (v tomto případě algoritmus opraví sám sebe díky vlastnosti
"Relax property"). K částečnému řešení těchto problémů se používají techniky jako
Split horizon a Poison-reverse.
Holddown
Holddowny předcházejí obnovám vadných směrovacích cest v pravidelných
updatech. Pokud směrovač "spadne", sousedícím směrovačům chybějí pravidelné
updaty. Tyto směrovače pak vypočítají novou cestu a informují "sousedy" o změnách
v síti. O nových updatech není okamžitě informován každý síťový prvek, tak je
možné pro zařízení, které bylo právě informováno o poruše, poslat klasickou update
message, která propaguje problematickou cestu jako platnou, tomu zařízení, které
bylo právě informováno o změnách. V tomto případě může druhé zařízení obsahovat
nekorektní směrovací informaci. Holddowny zajišťují směrovači udržení jakékoliv
změny, která může ovlivnit směrování po jistý čas. Holddown perioda je
vypočítavána tak aby byla o něco větší než je doba pro aktualizaci změn v směrování
celé sítě.
Split horizon
Split horizon pravidlo je odvozeno z předpokladu, že není užitečné posílat zpět
informace o cestách, směrem odkud přišly. Obrázek ilustruje pravidlo split-horizon.
Router 1 propaguje síť A. Router 2 nemá důvod zahrnovat do svojí směrovací tabulky
informaci o síti A Routeru 1, protože ten je blíž k síti A. Split horizon pravidlo říká
Routeru 2, aby nezahrnoval tuto cestu do sítě A Routeru 1. Pomáhá tak zabránit
směrovacím smyčkám. Uvažujme možnost, ve které rozhraní Routeru 1 do sítě A
spadne. Bez split horizonu by Router 2 dále informoval Router 1, že se dostane do
sítě A (přes Router 1). Pokud nemá Router 1 dostatečné znalosti, měl by aktuálně
vybrat Router 2, jako alternativní cestu na "spadnuté" přímé spojení, čímž by
způsobil směrovací smyčku. Ačkoli tomuhle holddowny předcházejí, split horizony
jsou v IGRP implementovány zvláště pro jejich extra stabilní algoritmy.
Poison-reverse
Split horizon pravidlo může předejít směrovacím smyčkám přilehlých směrovačů, ale
poison-reverse updaty jsou nutné pro zdolání větších smyček. Zvyšování metriky
obecně signalizuje směrovací smyčky. Poison-reverse updaty jsou pak posílány pro
vyjmutí "špatné" cesty a její umístění do holddown seznamu. V Cisco implementaci
protokolu IGRP jsou posílány reverse-poison updaty pokud metrika stoupne o
koeficient 1.1 a výš.
POPIS SMĚROVACÍHO PROTOKOLU RIP
RIP nebo také Routing Information Protocol je směrovací protokol, který pomáhá
směrovačům k výměně informací o tom jak jsou jednotlivé sítě vzdáleny a jak je
možné je dosáhnout. RIP je typickým příkladem směrovacího protokolu typu
Distance Vector a patří mezi nejvíce uživané v menších, vnitřích sítích. Významným
rysem je, že je to otevřený protokol
Historie
Historie RIPu sahá až do roku 1969, kdy byl poprvé Bellman-Fordův algoritmus
(hledání nejkratší cesty v ohodnoceném grafu) použit pro směrovaní v síti
ARPANET. Je třeba doplnit že RIP využivá právě tento algoritmus. První specifikace
Gateway Information Protocol, která vedla až k samotnému protokolu se objevila
jako číst dokumentu Xerox Parc's PARC Universal Packet internetworking protocol
suite. Další specifikace Routing Information Protocol byla částí dokumentu Xerox
Network Services. Následně se objevila verze, která podporovala Internet Protocol
(IP). Byla součástí BSD distribuce unixu jako směrovací „deamon“. Různé
implementace byli následně sjednoceny v dokumentu RFC 1058.
Princip činnosti
RIP, Distance Vector směrovací protokol , používá jako směrovací metriku počet
takzvaných „hopů“ (skoků) pro měření vzdálenosti mezi zdrojovou a cílovou sítí.
Každému přeskoku na cestě mezi zdrojem a cílem je přiřazena metrika - hop count
value, která je běžně 1. Pokud směrovač obdrží aktualizaci cesty, která se změnila,
zvýší její metriku o 1, a vloží adresu sítě do směrovací tabulky. IP adresa odesílatele
je použita jako nejbližší přeskok. Protokol RIP předchází směrovacím smyčkám.
Maximální počet přeskoků v jedné cestě je 15. Pokud směrovač obdrží update, který
obsahuje nový nebo změněný záznam, který způsobí zvýšení metriky na nekonečno
(což je 16), cílová siť je shledána nedostupnou. Stinná stránka téhle vlastnosti je, že
maximální počet přeskoků v "RIP síti" je limitován na 16.
RIP posílá aktualizované zprávy (update message) o směrovacích tabulkách v
pravidelných intervalech (předvoleně nastavených na 30 sekund) a při změně
topologie sítě. Když směrovač přijme update message, která obsahuje změny,
aktualizuje svoji směrovací tabulku, a tím odráží novou cestu. Hodnota metric pro
konktrétní cestu se zvýší o 1, a odesílatel je označen jako směr cesty (next hop).
Směrovače používající RIP udržují jen tu nejlepší cestu (cestu s nejnižší metrikou) k
cíli. Po aktualizaci vlastní směrovací tabulky začne směrovač vysílat update message,
aby informoval okolní směrovače o změnách.
Routing Information Protocol obsahuje také další vlastností, které jsou společné pro
mnoho jiných směrovacích protokolů. Tyto vlastnosti jsou navrženy pro zajištění
stability při rychlých změnách v topologii sítě. Například implementuje Split horizon
a tlumící mechanismus pro zajištění nesprávné směrovací informace, která by byla
jinak dál propagována. Protokol RIP dále implementuje například také mechanismy
Poison reverse, Holddown counters, Triggered updates .
Časovače
Routing-update timer - časuje interval mezi periodickým odesíláním update
message. Obecně je nastaven na 30 sekund, s malou časovou prodlevou kdykoli když
je resetován, zabraňuje se tím ucpání linky.
Route-timeout timer - pokud vyprší, je příslušná cesta označena jako neplatná.
Route-flush timer - pokud vyprší je uchovávaná neplatná cesta vymazána.
Verze Routing Information Protocolu
RIP v1
První verze RIPu, využivající beztřídní směrování, byla definována ve specifikaci
RFC 1058.
Update message neobsahuje informaci o podsíti, tímto je nepoužitelný pro takzvané
VLSM (sítě s proměnnou délkou masky podsítě). Jinak rečeno všechny podsítě musí
být stejné délky. RIP v1 také nepodporuje autentifikaci a to z něj dělá lehký cíl pro
mnoho různých typů útoků.
Command - Indikuje zda je paket požadavkový nebo odpověďový. Požadavkový
zjišťuje zda směrovač poslal všechny části směrovací tabulky, odpovědový může být
nevyžádaný pravidelný update dotaz anebo odpověď na žádost. Odpovědi obsahují
záznamy ve směrovací tabulce.
Vícenásobné RIP pakety jsou použity pro doručení informací z rozsáhlých
směrovacích tabulek.
Version number - Specifikuje verzi použitého RIP-u. Tato položka může naznačit
různé, potenciálně nekompatibilní verze.
Zero - Tohle pole konkrétně není použito v RFC 1058 RIP; bylo přidáno pouze pro
poskytnutí zpětné kompatibility s různými prestandartními RIP-y. Výchozí hodnota je
0.
Address-family identifier (AFI) - Specifikuje použitou adresní rodinu. RIP je
navržený pro přenos směrovacích informací několika různých protokolů. Každý
záznam má identifikátor adresní rodiny, pro označení typu adresy. AFI pro IP je 2.
Address - Specifikuje IP adresu pro záznam.
Metric - Indikuje kolik propojených sítí (směrovačů) bylo překročeno na cestě k cíli.
Hodnota metric je mezi 1 a 15 pro platnou cestu, 16 pro nedostupnou síť.
RIP v2
Z důvodu nedostatků první verze RIPu, byla v roce 1994 vyvinuta verze RIP v2,
specifikována v dokumentu RFC 2453. Nová verze přinesla možnost nést informaci
o podsíti a rovněž byla přidána autentifikace, konkrétně šifrovacím algoritmem
MD5. Bohužel kvůli zpětné kompatibilitě zde zůstal jeden z největších nedostatků
RIPu a tou byla limitace 15 hopů.
Command - Indikuje zda je paket požadavkový nebo odpověďový. Požadavkový
zjišťuje zda směrovač poslal všechny části směrovací tabulky, odpovědový může být
nevyžádaný pravidelný update dotaz anebo odpověď na žádost. Odpovědi obsahují
záznamy ve směrovací tabulce. Vícenásobné RIP pakety jsou použity pro doručení
informací z rozsáhlých směrovacích tabulek.
Version number - Specifikuje verzi použitého RIP-u. V RIP paketu implementujícím
jakékoliv RIP 2 pole, anebo použití autentifikace, je táto hodnota nastavena na 2.
Unused - Nepoužito - výchozí hodnota je 0.
Address-family identifier (AFI) - Specifikuje použitou adresní rodinu. V RIP2 AFI
poli funguje stejně jako RFC 1058 RIP AFI poli, s jednou výjimkou: Pokud má AFI
pole pro první záznam hodnotu 0xFFFF, zbytek záznamu obsahuje informace o
autentifikaci. Nyní je jediný typ autentifikace jednoduché heslo.
Route tag - Zajišťuje rozlišování směrování mezi interním (naučené RIP-em) a
externím (naučené od ostatních protokolů).
IP Address - Specifikuje IP adresu pro záznam.
Subnet mask - Specifikuje masku podsítě. Pokud je nastavena nula, maska podsítě
není definovaná.
Next hop - Specifikuje IP adresu dalšího skoku, kde mají být pakety přeposlány.
Metric - Indikuje kolik propojených sítí (směrovačů) bylo překročeno na cestě k cíli.
Hodnota metric je mezi 1 a 15 pro platnou cestu, 16 pro nedostupnou síť.
Vyvažování zátěže
Vyvažování zátěže je koncept, který umožňuje použití více cest pro směrování k
jednomu určitému cíli (podmíněno existencí více fyzických linek). RIP je schopný
vyvažovat zátěž mezi 6 linek přičemž využíva strategii round-robin. Protože
metrikou pro RIP je počet skoků, rychlost jednotlivých linek se vůbec nezohledňuje.
Předvoleně směrovač s protokolem RIP posíla pakety s vavažováním zátěže na
základě adresy cíle. Cache udržuje veškeré potřebné informace a pakety pro určený
cíl se posílají pořád stejnou linkou. Tohle chování sa taky nazývá fast switching . Lze
nastavit směrování pracující na základě paketů, kdy linky budou využíváný pořadě.
POPIS SMĚROVACÍHO PROTOKOLU IGRP
IGRP nebo také Interior Gateway Routing Protocol je směrovací protokol, který
pomáhá směrovačům k výměně informací o tom jak jsou jednotlivé sítě vzdáleny a
jak je možné je dosáhnout. IGRP stejně jako RIP patří mezi takzvané Distance Vector
směrovací protokoly a použivá složitější metriky než RIP.
Historie
Interior Gateway Routing Protocol byl vyvinut společností Cisco v polovině
osumdesátých let. Vysledkem byl robustní protokol pro směrování uvnitř automoních
systémů. V polovině osmdesátych let byl nejpopulárnější směrovací protokol RIP.
Byl použitelných v menších sítích, ale ve větších narážel na své limity. Chytřejší
metriky protokolu IGRP dovolovali širší použití a v důsledku dobrého managementu
firmy CISCO se brzo rychle rozšířil a začal ve větších sítích nahrazovat RIP. Je třeba
poznamenat, že IGRP již od začátku, podporoval Internet Protocol (IP).
Princip činnosti
IGRP používá kompozitní metriku vypočítanou z několika položek, jako jsou
zpoždění sítě (delay), šířka pásma (bandwidth), spolehlivost (reliability) a taky
zatížení (load). Správce sítě může nastavovat závažnost faktorů pro každou z těchto
metrik, ačkoli zásah do těchto nastavení se musí dělat s velkou opatrností. IGRP
poskytuje širokou škálu nastavení metriky. Spolehlivost a vytížení může například
dosahovat jakékoliv hodnoty mezi 1 a 255; šířka pásma dosahuje hodnot odrážejících
rychlosti od 1200 bps až do 10 Gbps, přičemž zpoždění dosahuje hodnot mezi 1 a
224. Tohle velké rozmezí metriky je dále doplněno sérií uživatelsky definovaných
konstant, které umožňují správci sítě ovlivňovat výběr směru cesty. Tyto nastavení
jsou hashovány pro případ metriky, a jiných algoritmů, které poskytuje jednoduchá
kompozitní metrika. Správce sítě může ovlivnit výběr cesty nastavením vyšší či nižší
váhy specifické metriky. Tato přizpůsobenost umožňuje správci doladit IGRP
automatickou volbu cesty.
Poskytovaním dodatečné přizpůsobivosti, dovoluje IGRP vícecestné směrování. Na
zdvojené šířce pásma může proudit jednoduchý tok provozu způsobem round-robin, s
automatickým pčepínáním, pokud jedna linka vypadne. Vícenásobné cesty můžou
mít nerovnoměrné metriky, přesto jsou stále platné. Např. pokud je jedna cesta 3x
lepší než druhá (její metrika je 3x nižší), bude táto cesta 3x častěji využita. Jen cesty s
metrikou uvnitř určitého rozsahu nebo rozdílných nejlepších cest můžou být použity
jako mnohonásobné cesty. Rozdílnost je další významný faktor, který může být
zajištěn správcem sítě. IGRP zajišťuje několik vlastností, která jsou navrženy pro
zvýšení stability. Konkrétně zahrnuje holddown, split horizon a poison-reverse
updaty.
Časovače
Protokol IGRP má několik časovačů a proměnných časových intervalů. Jsou to:
update timer, invalid timer, hold-time period a flush timer.
update timer - specifikuje jak často se bude posílat směrovací tabulka. Výchozí
hodnota IGRP pro tuto proměnnou je 90 sekund.
invalid timer - určuje jak dlouho má směrovač čekat při neobdržení směrovací
informace o specifické cestě před tím, než ji označí za neplatnou. Výchozí hodnota
pro tento časovač je 3x větší než update timer.
hold-time period - specifikuje "holddown" dobu. Výchozí hodnota je 3x více než
update timer plus 10 sekund.
flush timer - indikuje kolik času má uplynout před tím, než se cesta smaže ze
směrovací tabulky. Výchozí hodnota IGRP je sedmkrát větší než update timer.
KONFIGURACE SMĚROVACÍHO PROTOKOLU RIP
Na směrovači v globálním konfiguračním režimu povolíme použití směrovacího
protokolu RIP příkazem router rip . Pro použití verze 2 je nutné napsat příkaz
version 2 . Dále musíme specifikovat sítě, které budou pod správou tohoto protokolu.
To docílíme příkazem network <adresa> .
V případě, že směrovač má přímo připojené podsítě stejné sítě a obdrží pakety od
neznámé podsítě té stejné supersítě nastane zrušení daných paketů. Když chceme této
ztrátě paketů předejít a vyslat jich k nejlepší supersíti, můžeme na smerovači zadat
příkaz ip classless , který takovou situaci vyřeší. Příkaz ip classless je od verze IOS
11.3 předdefinovaný jako povolený. V případě, že nám jeho funkce nevyhovuje
použijeme no ip classless na jeho zrušení. Příkaz ovlivňuje jen způsob jakým bude
směrování probíhat a ne tvorbu nebo obsah směrovací tabulky. Příkaz ip classless
dovoluje směrovači ignorovat třídní hranice sítí v jeho směrovací tabulce.
Připomeňme, že by se vyhnul směrovacím smyčkám a počítání do nekonečna,
používá RIP náledující techniky:




split horizon
poinson reverse
triggered update
holddown counters
Všechny tyto techniky jsou implicitně povolené. Proto, když je v něktěrých sítích
potřeba vypnout split horizon, je možné tak učinit příkazem no ip split-horizon
v globálním konfiguračním režimů. Holddown timer je mechanizmus zabraňující
počítání do nekonečna. Přednastavená hodnota časovača je 180 sekund. Struktura
příkazu je:
timers basic update invalid holddown flush [sleeptime ]
Protokol RIP má přednastavený interval posílání updatů na 30 sekund. Někdy je
nechtěným aspektem vysílání updatů z určitého rozhraní. Pro zakázání vysílání
updatů z rozhraní je možné v konfiguračním režimu zadat příkaz passive-interface
<rozhraní> . Rozhraní však bude i nadále přijímat informace na tomto rozhraní
a dělat na jejich základě patřičná rozhodnutí.
Pro změnu maximální hodnoty paralelených cest k jednomu cíli lze použít příkaz
maximum paths [číslo 0 - 6] z globálního konfiguračného režimu. Pro směrování na
základě paketů vydáme příkaz no ip route-cache.
Předvolené je zasílání paketů verze 1 a přijímání paketů verze 1 a ver. 2.
Na ověření správnosti konfigurace RIPu je možné využít tyto příkazy:
 show running-config
 show ip route
 show ip protocols
 show interface <interface>
 show ip interface <interface>
 debug ip rip {events}
KONFIGURACE SMĚROVACÍHO PROTOKOLU IGRP
Na směrovači v globálním konfiguračním režimu povolíme použití směrovacího
protokolu IGRP příkazem router igrp <číslo autonomního systému>. Dále musíme
specifikovat sítě, které budou pod správou tohoto protokolu. To docílíme příkazem
network <adresa> .
Při směrování se IGRP spoléhá na
 split horizon
 poinson reverse
 holddown counters
Při činnosti IGRP je využívaných několik časovačů podobně jako u protokolu RIP.
Podobně se i konfigurují.
Na ověření správnosti konfigurace IGRP je možné využít tyto příkazy:






show running-config
show ip route
show ip protocols
debug ip igrp events
debug ip igrp transactions
ping , telnet , traceroute
POUŽITÁ LITERATURA
[1] Studijní materialy Cisco kurzu CNNA2
URL:https://www.fit.vutbr.cz/study/courses/CC1/private/ccna2/ccna3theme/ccna3/CHAPID=null/R
LOID=null/RIOID=null/knet/311053022482417/coursetoc.html
[2] Otevřená internetova encyklopedie Wikipedie
URL:http://en.wikipedia.org/wiki/Routing_Information_Protocol
URL:http://en.wikipedia.org/wiki/IGRP
[3] Některé přeložené části Cisco studijních materialů na stránkách VŠB Ostrava
URL:http://www.cs.vsb.cz/grygarek/SPS/projekty0405/RouteOptimization/dokumentace/ar01s01.ht
ml
OTÁZKY NA ZAMYŠLENÍ
Co jsou to směrovací protokoly, jak je klasifikujeme ?
Jaké nedostatky má protokol RIP a jak je řeší ?
Jakým způsobem vylepšuje verze 2 protokol RIP ?
Porovnejte společné rysy protokolu RIP (verze 1) s IGRP
Minimálně co musíme nakonfigurovat pro dynamické směrování
pomocí IGRP ?
Diskutujte výhody a nevýhody vyvažování zátěže při použití
směrovacího protokolu RIP, uvažte fast switching i směrování na
základě paketů
Jakým příkazem zobrazíme směrovací tabulku a proč je důležitá ?