Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Протокол OSPF поддерживает двухточечные линии (например, SONET) и широковещательные сети (большинство ЛВС). Он также поддерживает сети с множественными маршрутизаторами, каждый из которых может напрямую соединяться с любым другим (сети множественного доступа — multi-access networks), даже если в них невозможно широковещание. Предыдущие протоколы не так хорошо справлялись с этой проблемой.

На рис. 5.55, а показан пример автономной системы. Здесь не указаны хосты, так как обычно они не играют большой роли в OSPF; маршрутизаторы и сети (которые могут содержать хосты) гораздо более важны. Большинство маршрутизаторов соединено с другими маршрутизаторами двухточечными линиями, а также с сетями, к хостам которых им необходим доступ. Но R3, R4 и R5 соединены широковещательной ЛВС, например коммутируемой сетью Ethernet.

Рис. 5.55.Сеть множественного доступа: а — автономная система; б — представление (а)

в виде графа

В основе работы протокола OSPF лежит обобщенное представление о множестве сетей, маршрутизаторов и связей в виде направленного графа, в котором каждой дуге поставлена в соответствие ее цена (может выражаться в таких физических параметрах, как расстояние, задержка и т. д.). Двухточечное соединение между двумя маршрутизаторами представляется в виде пары дуг, по одной в каждом направлении. Их весовые коэффициенты могут быть различными. Широковещательная сеть представляется в виде узла для самой сети, а также в виде узла для каждого маршрутизатора. Дуги, идущие от сетевого узла к узлам маршрутизаторов, обладают нулевым весом. Но они все равно важны, так как без них не будет существовать путь через сеть. Другие сети, состоящие исключительно из хостов, имеют только дуги, направленные к ним, и не имеют обратных дуг. То есть маршруты к хостам возможны, а через них — нет.

На рис. 5.55, б сеть, изображенная на рис. 5.55, а, представлена в виде графа. По сути, как раз это и делает OSPF. Когда представление в виде графа получено, маршрутизаторы могут вычислить кратчайшие пути до всех остальных узлов с помощью метода, учитывающего состояние линий. Возможно, что некоторые пути будут одинаково короткими. Тогда OSPF запоминает оба пути и использует эту информацию для разделения трафика. Это помогает распределить нагрузку более равномерно и называется ECMP( Equal Cost MultiPath— использование множества равноценных маршрутов).

Многие автономные системы в Интернете сами по себе довольно велики и управлять ими непросто. Поэтому протокол OSPF позволяет делить их на пронумерованные области, то есть на сети или множества смежных сетей. Области не должны перекрываться, но не обязаны быть исчерпывающими, то есть некоторые маршрутизаторы могут не принадлежать ни одной области. Если маршрутизатор полностью принадлежит какой-то области, он называется внутренним маршрутизатором (internal router). Область является обобщением отдельной сети. За пределами области видны ее адреса, но не ее топология. Это упрощает масштабирование процесса маршрутизации.

У каждой автономной системы есть магистральная область (backbone area), называемая областью 0. Маршрутизаторы, расположенные в этой области, называются магистральными маршрутизаторами (backbone routers). Все области соединены с магистралью, например, туннелями, так что по магистрали можно попасть из любой области автономной системы в ее любую другую область. Туннель представляется на графе в виде дуги и обладает определенной ценой. Как и в случае других областей, топология магистрали за ее пределами не видна.

Маршрутизатор, соединенный одновременно с двумя и более областями, называется пограничным маршрутизатором области (area border router). Он также должен быть частью магистрали. Его задача — собирать сведения об адресах одной области и передавать их другим областям. Эти сведения включают стоимость передачи, но не всю информацию о топологии области. Зная стоимость передачи, хосты других областей могут выбрать тот маршрутизатор границы области, через который они войдут в эту область. Отсутствие информации о топологии уменьшает трафик и упрощает процесс вычисления кратчайших путей для маршрутизаторов, находящихся вне данной области. Но если вне области есть только один пограничный маршрутизатор области, эти сведения передавать бессмысленно. Все пути, ведущие за пределы области, начинаются с указания: «Идите на пограничный маршрутизатор». Такая область называется тупиковой областью (stub area).

Последний тип маршрутизаторов — пограничные маршрутизаторы автономной системы (AS boundary router). Они передают внутрь области сведения о путях к внешним адресам на другие АС. Внешние пути становятся адресами, до которых можно добраться через пограничный маршрутизатор автономной системы; при этом указывается стоимость передачи. Внешний путь может быть передан на один или более таких маршрутизаторов. Связь между автономными системами, областями и различными типами маршрутизаторов показана на рис. 5.56. Один маршрутизатор может играть несколько ролей — например, быть и пограничным маршрутизатором области, и магистральным маршрутизатором.

Рис. 5.56.Взаимосвязь между автономными системами, магистралями и областями в OSPF

При нормальной работе алгоритма у всех маршрутизаторов, принадлежащих к одной области, имеется одна и та же база данных состояния каналов и один алгоритм выбора кратчайшего пути. Работа маршрутизаторов заключается в расчете кратчайшего пути от себя до всех остальных маршрутизаторов этой области. Маршрутизатор, соединенный с несколькими областями, должен иметь базы данных для каждой из них. Кратчайший путь для каждой области вычисляется отдельно.

Для отправителя и получателя из одной области выбирается наилучший внутриобластной маршрут (полностью лежащий в этой области). Для отправителя и получателя из разных областей межобластной маршрут проходит от источника к магистрали, затем по магистрали к области назначения, а затем уже к адресу назначения. Такой алгоритм приводит к конфигурации типа «звезда», в которой магистраль исполняет роль концентратора, а области являются лучами звезды. Так как при выборе маршрута учитывается его стоимость, разные маршрутизаторы могут попадать на магистраль через разные пограничные маршрутизаторы области. Пакеты направляются от отправителя к получателю в натуральном виде. Они не упаковываются в другие пакеты и не туннелируются, кроме случаев, когда они направляются в области, с которыми магистраль соединена по туннелю. Кроме того, пути к внешним адресам могут включать внешнюю стоимость (от пограничного маршрутизатора по внешнему пути) или только внутреннюю (в пределах АС).