Маршруттаудың ішкі хаттамалары

Маршрутталатын хаттамалардың мәлiметтерi маршруттау хаттамалары қолданылатын бiрiккен желi бойымен таратылады. Маршрутталатын хаттамаларды желілік хаттамалар деп те атайды [2].

Маршрутталатын хаттама (routed protocol) және маршруттау хаттамалары (routing protocol) терминдерін жиі қателесіп өзара алмасатын және өзара тең деп қабылдайды.

Маршрутталатын хаттамалардың мәлiметтерi бiрiккен желiнiң маршруттары бойымен таралатын хаттамалар болып табылады, мысалы Internet Protocol (IP), DECnet, AppleTalk, Novell NetWare, OSI, Banyan VINES және Xerox Network System (XNS). Маршруттаудың хаттамалары, керiсiнше, маршруттау алгоритмерін iске асыратын хаттамалары болып табылады. Басқа сөзбен айтқанда, маршруттаудың хаттамалары маршрутталатын хаттамалардың маршруттары анықтайтын кестелердi құрастыру үшiн аралық жүйелермен қолданылады.

Interior Gateway Routing Protocol (IGRP), Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (Enhanced IGRP), Open Shortest Path First (OSPF), Exterior Gateway Protocol (EGP), Border Gateway Protocol (BGP), Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS) және Routing Information Protocol (RIP) сияқты хаттамалар маршруттау хаттамалары болып табылады. Жоғарыда аталған маршруттау хаттамаларының бірнешеуін қарастырайық [3].

1.3.1 Маршруттаудың ішкі хаттамасы RIP. Маршруттық ақпарат хаттамасы (RIP – Routing Information Protocol) — автономдық жүйе ішінде қолданылатын маршруттаудың ішкі хаттамасы. Бұл хаттама маршруттаудың қашықтықтағы векторын қолдануға негізделген өте қарапайым хаттама болып табылады. Ары қарай бастапқыда RIP-те қолданылатындықтан маршруттаудың қашықтықтағы вектор қағидасын, соан соң RIP хаттамасының өзін талқылаймыз.

Маршруттаудың қашықтық векторы. Маршруттаудың қашықтық векторын қолдана отырып, әрбір маршрутизатор көршілерімен өзінің Интернетке кіргені жайлы ақпаратпен бөлісіп отырады.Осы алгоритмді түсіну үшін төменде негізгі үш қағида келтірілген:

- автономды жүйеге кіру туралы ақпаратты үлестіру. Әрбір маршрутизатор өзінің кіруі туралы ақпаратты көршілес автономды жүйелерге үлестіреді. Бастапқыда бұл ақпарат толық болмауы мүмкін. Алайда ақпарат көлемі және сапасы маңызды емес. Маршрутизатор бар ақпаратын жібереді;

- көршілерге ғана тарату. Әрбір маршрутизатор ақпаратын тек өзінің көршілеріне ғана жібереді. Ол өзі қабылдап алған ақпаратты барлық интерфейстеріне жібереді;

- тұрақты аралық сайын ақпаратты үлестіру. Әрбір маршрутизатор өзінің кіруі туралы ақпаратты көршілес автономды жүйелерге тұрақты, мысалы, әрбір 30 с, аралықтан соң жібереді.

Маршруттаудың хаттамасының бұл түрі кiшiгiрiм және салыстырмалы түрде бiркелкi желiлерге арналған. Маршрут белгіленген орынға дейiн қашықтық векторымен сипатталады. Әрбiр маршрутизатор өзі байланысқан желiлерге дейiнгі бiрнеше маршруттардың жіберу нүктесі болып табылады. Бұл маршруттардың сипаттамалары маршрутты деп аталатын арнайы кестеде сақталады. RIP маршруттау кестесiндегi әрбiр деректер жазбасы түрлi мәлiметтi, қабылдаушы бекетiн, осы қабылдаушы бекетіне баратын жолдағы келесi жiберілудi және көрсеткiшті (metric) қамтамасыз етедi. Көрсеткіш қабылдаушы бекетіне дейінгі жіберілу санымен көрсетілген арақашықтықты белгілейді. Маршруттау кестелерiнде бұл мәлiметтерден басқа да мәліметтер, соның iшiнде берілген маршрутпен байланысты әр түрлi таймерлер болуы мүмкін.

RIP қабылдаушы бекетiне баратын маршруттардың тек ең жақсыларын қолдайды. Егер жаңа мәлiмет жақсы маршрутты қамтамасыз етсе, онда бұл мәлiмет ескi маршрут мәлiметiн алмастырады. Мысалы, желiнiң топологиясындағы өзгерiстер маршруттарды өзгерте алады, мысалы қандай да бір жаңа маршрут нақты қабылдаушы бекетiне дейiн жақсы маршрут бола алады. Желiнiң топологиясындағы өзгерiстерi орын алса, онда бұл өзгерiстер маршруттауды түзету туралы хабарларында көрсетіледі. Мысалы, қандай да бір маршрутизатор арналардың бiреуiнің немесе басқа маршрутизатордың тоқтатылуын байқаса, ол өз маршруттарын қайтадан есептейдi және маршруттаудың түзетуi туралы хабарламаларын жiбередi. Өзгерiсте болатын маршруттаудың жаңарту туралы хабары қабылдайтын әрбiр маршрутизатор өз кестелерiн түзетедi және бұл өзгерiстi таратады.

Әрбiр маршрутизатор периодты түрде (30 секундта бір рет) өз маршрут кестесiнiң көшiрмесiн барлық тікелей байланысатын көршiлерге кең таратады. Қабылдауша маршрутизатор кестенi қарап шығады.

Егер кестеде жаңа жол немесе бұдан да қысқа маршрут бар болса немесе жолдың ұзындықтары өзгерсе, бұл өзгерiстер өз маршрут кестесiнде қабылдаушымен бекiтіледi. RIP хаттамасы қателердiң үш түрi өңдеу керек:

- циклдық маршруттар;

- RIP тұрақсыздықтарын басу үшін мүмкiн болатын максималды адымдардың санының (аспайтын 16) аз мән қолдануы керек;

- желi ішінде маршрут ақпаратының баяу таралуы маршрут ахуалының динамикалық өзгерiстер кезінде проблема құрады. Метриканың ең аз шектi мәнi жинақтылықты жақсартады, бiрақ мәселенi жоймайды.

Қазіргі жағдайға маршрут кестесінің сәйкес болмауы RIP үшiн ғана емес, қашықтық векторына негiзделетiн барлық хаттамалар үшiн тән: актуәлизацияның актуализацияның ақпарат хабарламалары тек қана екі кодтарды тасымалдайды: тағайындалған орынның мекенжайы және оған дейiндi қашықтық.

Қашықтық вектор алгоритмының негiзгi артықшылығы - оның оңайлығы. Шынымен, маршрутизатор жұмыс істеу барысында периодты түрде өз маршруттау кестелерiнiң көшiрмелерiмен алмасып, тек қана көршiлермен қатынасады. маршрутизатор барлық көршiлес түйiндерден мүмкін болатын маршруттар туралы мәлiметтi алып, бағасы ең төмен жолды таңдайды және оны өз кестесiне кiргiзедi.

1.3.2 RIP кемшіліктері:

- RIP субжелiлердiң мекенжайларымен жұмыс iстемейдi. Егер В класты ЭЕМ-нің қалыпты 15 - битті идентификаторы 0-ге тең емес болса, онда RIP нөлдiк бөлiк субжелінің ID-і немесе толық IP – адресі болу-болмауын анықтай алмайды;

- маршрутизатордың істен шығуынан кейiн желінің байланысын қалпына келтiру үшiн RIP көп уақытты (минут) қажет етедi. Тәртiптi орнату процесінде циклдер болуы мүмкiн;

- адымдардың саны маңызды, бiрақ маршруттың жалғыз параметрi емес және де қазiргi желiлер үшiн 15 адымдардың шек емес.

RIP (Routing Information Protocol) қашықтық база векторы негізінде қолданылатын ең көп тараған хаттама болып табылады.

RIP хаттамасының негізгі көрсеткіштері:

- қашықтықты -векторлы маршруттау хаттамасы;

- метрика – санды өтулер;

- өтулердің максималды – 15 саны;

- кеңжолақты таратуда маршруттауды өңдеуге қажетті уақыт – 30 секунд.

1.3.3. RIP хаттамасының дамуы маршруттау хаттамасының класты түрінен (RIPv1) маршруттау хаттамасының классыз (RIPv2) басталған болатын. Осыған сәйкес RIPv2:

- масканың айнымалы ұзындығын қолдауы;

- маршруттауды жаңалаған кезде ішкі желі маскасын бірге жібереді;

- топты тарату (RIPv1 – кең жолақты тарату);

- маршруттау қосындысын қолмен өңдеу;

- поддержка аутентификации (түпнұсқа тексеру процедурасы).

Класты маршруттаудың классыз маршруттаудан қандай айырмашылығы бар. Ішкі желі маскасы бар ол биттерден құралған, бұл биттердің IP-адресте желі адресін ал осы желідегі торап адресін көрсететінінде. Бұл биттер мынандай 0 және 1 тізбектілігінен тұрады:

Хосттың IP адресі 13.14.49.121:

13 14 49 121

00001101.00001110.00110001.01111001

Маскасы:

255 255 255 0 = /24

11111111.11111111.11111111.00000000

желі хосттар

Бірге жазсақ:

Хосттың IP адресі –13.14.49.121/24;

Желінің IP адресі – 13.14.49.0.

Класты адрестеу желіні кіші желіден бөліп алуда қолданылады және осы кезде «стандартты» маскалар қолданылады.

А класты желі үшін – маска 255.0.0.0, B класты желі үшін – маска 255.255.0.0, ал С класты желі үшін – маска 255.255.255.0.

С класында көрсетілгеннен де кіші желілер көбірек, сондықтан да классыз адрестеуді енгізген. Осындай адрестерді ұйымдастыруда айнымалы ұзындықты маскалар қолданылады.

Осыны ескере келе, RIPv2 хаттамасы классыз маршруттауда көп мүмкіндіктерге ие. RIP хаттамасының жұмыс істеу пинципі. Маршрутизаторлар маршруттау хабарламасын тек көршілес тораптармен алмаса алады да оны (тікелей қосылу) деп атайды. Бұл өңдеулер периодты болғандықтан, желі топологиясы өзгерсе де маршруттау кестесі құрылады. Кестені қабылдағаннан кейін маршрутизатор белгілі өзгерістерді өз кестесіне енгізеді. RIP хаттамасымен жұмыс істегенде бірнеше қиындықтар кездеседі.

Мысалы, бір – бірімен тізбектелңп қосылған үш маршрутизатор бар (1.1 сурет). Әрбір маршрутизатордың өз әр желіге маршруттау кестесі. Келеңсіз, №4 желі қатынауды қолдамаса, сәйкесінше №3 маршрутизаторда осы желіге дестелерді жіберуді тоқтатады. Ал №1 және №2 маршрутизаторлар №4 желінің қабылдамауы туралы білмейді.

№1 маршрутизатор желінің № 2 маршрутизатор арқылы мүмкін екенін көреді яғни маршруттау кестесінде №4 желі 2 метрикасымен көрсетіледі. Бұл желі екінші желіде де жазыла береді. Маршруттау кестесі №3 маршрутизаторға ал оның №4 желіге №2 маршрутизатор арқылы қатынай алады.

Осылай метрика шексіз айнала береді. Бұл кемшілік максимум мәнге ие, ол 16 өтпеге тең [4].

1.1 сурет – Маршрутизаторлардың тізбектеліп қосылуы

Кейбір кезде RIP хаттамасын қолданған желілер өрмек түрінде де болады. 1.1 суреттен көріп отырғанымыздай, №4 желі қабылдамаған №1 желіден десте берілген кезде №2 және №3 желі арасында айналып жүре береді. Сондықтан да өрмектен құтылудың бірнеше әдістерін ашып көрсетуге болады:

а) Split Horizon. Бұл әдісте маршрутизатор маршруттау мәліметтерін кері байланыста таратпауында;

б) Route Poisoning. №4 желі маршрутизаторы қабылдамаған жағдайда №3 желі маршрутизаторы 16 ауысуды яғни (желі қолжетімді болғанда) және де желі бос болмаған жағдайда да осы өтпені (метрика) сақтап алуында. Осындай жұмыстың нәтижесінде маршрутизатор келіп түскен жаңа мәліметтерді жаңартусыз ақ тарата алады;

в) ұстау таймеры. Өрмектің пайда болмауын қадағалайды, бірақ желілердің бірінен ұқсастық уақыты (время сходимости сети) жоғарлайды. RIP хаттамасында стандартты ұстап тұру уақыты 180 секундқа тең. Бірақ бұл уақытты өзгертуге де болады. Тиімді шешім ол берілген желінің жаңарту уақытын максималды уақыттан осы периодты үлкенірек етіп алуында. Ал егер, №4 желі бас тартса ,онда сол мезетте – ақ №3 маршрутизаторда ұстап тұъру таймері іске қосылады да №4 желі бос емес деп көрсетіледі. Егер көршілес маршрутизаторлардан жақсы метрикамен жаңартулар келсе, онда желі қолжетімді болып, таймер өшіріледі. Осының нәтижесінде желінің өзгерісі туралы мәліметті таратуға уақыт көбейеді.

1.3.4 Арнаның күйіне байланысты маршруттау хаттамасы. Арнаның күйіне байланысты маршруттау хаттамасына OSPF хаттамасын жазуға болады. Бұл классыз маршруттау хаттамасы боып табылады. Хаттаманың негізгі жұмыс істеу принцинпі ол арнаның күйін бақылап, дестені тарату үшін ең қысқа жолды (Shortest Path First – SPF) табуында. Ол Дейкстр алгоритмі бойынша жұмыс істейді. Хаттама күрделі топологиялы мәліметтер базасынан тұрады. Өйткені, бұл хаттама қашықтықтағы желілердің жағдайы туралы да мәліметтерді біліп отырады.

Берілген хаттамада арнаның күйі деп интерфейстердің жазылуын айтады (мысалы, IP-адрес, маска, желі типі т с. с.) және оның көршілес маршрутизаторлармен қарым – қатынасы туралы мәліметтер. Осы айтылғандарды ескере келе арналардың жағдайы туралы мәліметтер орталығы құрылады.

Арналардың жағдайы туралы мәліметтер (Link-State Advertisement – LSA), көмегімен толтырылады. Хабарламаларды таратуда желі топологиясы мен маршрутизатордың жағдайы да ескеріледі.

Бұл хабарлар кішірек дестелер құрайды. LSA қосылған интерфейстер, метрикалар және де басқа параметрлер туралы ақпарат сақталынады.

Қабылданған хабарламалар негізінде LSA маршрутизаторы SPF алгоритмін қолданады да қысқа жолдар бұтағын (дерево) құрайды. Алгоритмнің мақсаты барлық мүмкін болатын жолдарды өшіріп, тек қысқа, тиімді жолды қалдыру. Қалған маршруттар маршруттау кестесіне жазылады. OSPF хаттамасы – ішкі маршруттау хаттамасына жатады, сондықтан бір автономды жүйенің ішінде жұмыс істейді. Оны бірнеше аймаққа бөлуге болады, бөлінген аймақтар автономды жүйенің логикалық бөлігі ретінде көрсетіледі.

Өзіндік жұмыс істеу принципі бар маршрутизаторлардың екі деңгейлі желілік иерархиясын қарастырайық.

1.2 суретте бір автономды жүйе көрсетілген. Суретте сыртқы желімен байланысатын бір шектік маршрутизаторы (марш. №0) көрсетілген.

1.2 сурет – Екідеңгейлі желілік иерархия

Автономды аймақ мынандай зоналардан құралады:

- зона 0 – кейбір кезде магистральды аймақ деп те атайды, ол барлық аймақтарды байланыстыру үшін қажет.Берілген суретте маршрутизатор №1 бұл аймақта магистарльды аймақ болмақ;

- зона 1-3 – аймақтағы маршрутизатолар магистральды емес деп аталады. Себебі мұндағы маршрутизаторлар аймақтың топологиясын біліп, арналардың жағдайына сәйкес (өз аймағының) кесте құрады;

- зона 0 және зона 1-3 түйісуінде №2-4 погран маршрутизаторлары бар. Бұл маршрутизаторлар өздері қосылған барлық аймақтардың мәліметтер базасын құрады;

- маршрутизатор №0 ол да автономды жүйе үшін погран маршрутизатор болып есептеледі.

OSPF келесі функцияларды атқарады:

- көршілес маршрутизаторлармен жағдайды қалыптастырады;

- барлық маршрутизаторларда мәліметтер базасын құру үшін LSA –ны таратады;

- өте жақсы маршрутты барлық қолданушыларға жіберуде және есептеуде SPF таратады;

- маршруттау кестесін құрады.

Атап айтқанда, OSPF хаттамасының көршілес маршрутизаторлармен ара – қатынасты жақсарту олардың бір – бірін көруінде болып табылады. Бұл процес Hello хаттамасы көмегімен іске асады да OSPF хаттамасы бар маршрутизаторлар hеllo-дестесін таратады (көп адресті тарату – 224.0.0.6 барлық интерфейстерге таратады), олар келесідей ақпараттан тұрады:

- Router ID – маршрутизатор идентификаторы – маршрутизатор үшін 32 битті тиімді номер. Ол белсенді интерфейстің ең үлкен IP-адресі алынады;

- Hello және Dead интервалы – амандасу және қалып қою интервалдары. Амандасу интервалы hello-дестесін жіберуді көрсетеді. Қалыпты жағдайда ол 10 секундка тең. Қалып қою интервалы бұл көршілес маршрутизатордың hello-дестесін күту уақыты. Ол уақыт амандасу уақытнан төрт есеге дейін көп болады. Бұл интервалдар көршілес маршрутизаторлармен бірдей болуы керек;

- Neighbors – көршілер, екі жақты қосылуды қамтамасыз етеді;

- Area ID – аймақ идентификаторы. Бір – бірімен байланыста болу үшін маршрутизаторалар бір сегментте болуы керек және де олардың интерфейстері OSPF аймағының бір аймағында болуы тиіс. Сонымен қатар, көршілес тораптар бірдей ішкі желіден (подсеть) және маскадан қолдану керек;

- Router priority – маршрутизатордың приоритеті – ол 8 битті номер, бөлінген маршрутты (designated router, DR) таңдау үшін қажет. Бұл маршрутизаторлар желіде кейбір кемшіліктерді жою үшін қажет;

- DR – желіде LSA тарату процесін басқарады. DR – ден желідегі барлық өзгерістер туралы барлық маршрутизаторларға ақпарат таратылады. BDR – істен шықса оның қызметін DR атқарады, ал DR істен шықса оның қызметін BDR атқарады. DR ролі (BDR) является свойством интерфейстің құрамы болып табылады;

- DR және BDR ip-адрестер – белгілі болса;

- Authentication password – аутентификация үшін пароль, егер аутентификация қосылулы болса. Барлық маршрутизаторлардағы пароль бірдей болуы керек;

- Stub area flag – соңғы аймақ жалауы. Соңғы аймақ – OSPF ерекше аймағы болып табылады. Екі маршрутизатор соңғы аймақта hello-дестесі арқылы өз жалауын тауып алуы керек.

Барлық аймақтарды hello-десте бір – біріне сәйкес келуі – Hello interval, Dead interval, Area ID, Authentication Password и Stub Area Flag жүйесінің құрылу принципі бағдарламалық құрылғыларды немесе аппараттарды жаңартуды толық тұрып қалу уақытынсыз жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Өнімділікті жоғарлату, аппараттық қамтама модулін астыру, қолданыстағы бағдарламаны жаңалау немесе тіпті жаңасын орнату операциялары жүйе өңдеп тұрған трафикке минимал әсерде жүргізіледі.

Жаңа бағдарламалық қамтама орнату керек болса, істеп тұрған бір модулі тоқтатылып, жаңа түрін жүктейді. Бұл үрдісті жүйе бұрынғы бағдарламалық қамтама көшірмесімен жұмыс істеп тұрғанда іске асыруға болады. Жаңа бағдарлама жазылып, жұмысқа тексерілген соң, негізгі модульден резервтегі модульге көшу жүреді, жаңа бағдарлама трафикті өңдеуге жүктеледі.

Қандай да бір мәселе туатын болса, кері көшу жүргізіледі. Бағдарламаның жұмыс істеу мүмкіндігі әбден анықталғанда, ол келесі модуль көшірмесіне жүктеледі. Бұл әдіс операторларға үрдісті тұрып қалусыз жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

Осыған ұқсас прцедура аппараттық құралдарды жаңарту үшін де қолданылады: бір бөлік уақытша жүйеден ажыратылады, ол кезде басқасы өз функцияларын жасап жатады. Жаңарту аяқталған соң және тексеру біткен соң жаңартылған жүйе іске қосылады да, келесі бөлшекті жаңартуға мүмкіндік туады [5].