Сравнение протоколов динамической маршрутизации

В статье автор сравнивает протоколы динамической маршрутизации для дальнейшего решения задачи по оптимизации маршрутизации в высоконагруженных сетях.

Ключевые слова: сети, маршрутизация, протокол, RIP, EIGRP, OSPF, IS-IS.

Перед тем как решать задачу по оптимизации маршрутизации в высоконагруженных сетях, необходимо определить какой протокол при этом будет использоваться. Каждый протокол имеет свои достоинства и недостатки, так же протоколы зависят от размера сети. Например, согласно [1] в хорошо спроектированной сети EIGRP хорошо масштабируется и позволяет обеспечить малое время согласования при низком сетевом трафике. А OSPF обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях. [2]

Во множестве подобных статей сравниваются только эти два протокола [3, 4], но я рассмотрю еще два — это RIP v2 и IS-IS. Эти два протокола используются гораздо реже. RIP v2 попросту устарел, его заменили OSPF и EIGRP, а IS-IS, несмотря на сходство с OSPF, конфигурируется сложней да и попросту не распространен у нас в России.

Итак, мы определили четыре протокола динамической маршрутизации для сравнения. Теперь необходимо определить критерии сравнения. В данной статье сравнение будет происходить по следующим критериям:

− Время конвергенции — время, которое требуется для согласования информации в таблицах маршрутизации на всех маршрутизаторах в сети. Данный показатель является динамическим, то есть в различных топологиях — будет различный показатель времени конвергенции;

− Количество служебного трафика — суммарный объем пакетов, с помощью которых маршрутизаторы устанавливают соседство, обмениваются информацией о своих сетях и согласуют свои таблицы маршрутизации. Так же динамический показатель;

− Административная дистанция — это степень надёжности источника маршрутной информации. Существует 3 источника маршрутной информации: протоколы динамической маршрутизации, статические маршруты и непосредственно подключенные сети.

Все критерии являются весьма важными для протоколов динамической маршрутизации. При низком показатели конвергенции, при изменении топологии связь восстановится быстрее, чем при высоком показателе конвергенции. Количество служебного трафика так же оказывает большое влияние на сеть, так как создает дополнительную нагрузку на каналы связи, рассылая служебные пакеты (HELLO, UPDATE, ACK и др.). Административная дистанция позволяет маршрутизатору сделать выбор из нескольких маршрутов, которые ведут в одну и ту же удалённую сеть в том случае, если маршруты получены из разных источников, или из разных протоколов маршрутизации, своего рода показывает степень доверия тому или иному протоколу маршрутизации. Меньшее значение административной дистанции соответствует большему доверию маршруту.

Настройка и сравнение протоколов динамической маршрутизации будет проводиться на лабораторном стенде, показанном на рисунке 1.

Рис. 1 Лабораторный стенд

Данный стенд собран из шести маршрутизаторов Cisco и трех компьютеров. Компьютер PC1 имеет IP адрес 192.168.1.1/24, а PC2–192.168.2.1/24. Адреса интерфейсов на маршрутизаторах назначались по следующему принципу: 10.0.xy.x(y)/24. Вместо (x) берется меньшая цифра в названии маршрутизатора, а вместо (y) — большая. Например, адрес первого интерфейса на первом маршрутизаторе будет 10.0.12.1/24, а на первом интерфейсе второго маршрутизатора будет 10.0.12.2/24.

После назначения всех ip адресов, сконфигурируем протокол динамической маршрутизации — RIP v2. Процесс конфигурирования весьма прост:

− включить RIP на маршрутизаторах;

− указать версию протокола;

− объявить маршрутизируемые сети.

Проведем измерение критериев сравнения следующими способами. Для того чтобы измерить время конвергенции необходимо на компьютере PC2 запустить утилиту ping с интервалом отправки пакетов 10 мс, на компьютере PC1 запустить утилиту tcpdump. Далее необходимо на маршрутизаторе в ядре сети перезапустить протокол маршрутизации командой clear ip route *. Далее на компьютере PC1 по меткам времени вывода отчета утилиты tcpdump измерить время перерыва в передаче данных.

Для измерения объема служебного трафика нужно на компьютере PC3, находящимся в ядре сети, включить утилиту tcpdump (утилита показывает размер пакетов) и есть возможность посчитать объем служебного трафика.

Сведем результаты измерения критериев в таблице 1.

Таблица 1

Для трех остальных протоколов метод измерения будет идентичным за исключением команды на перезапуск протокола маршрутизации. Для протокола EIGRP нужно ввести команду clear ip eigrp neighbors, для OSPF — clear ip ospf process, для IS-IS — clear isis *.

Далее настроим маршрутизаторы для работы с протоколом EIGRP. Для этого необходимо:

− включить EIGRP на маршрутизаторах не забыв указать номер автономной системы (должен быть одинаковым для всех маршрутизаторов внутри одной автономной системы);

− установить идентификатор маршрутизатора (router-id);

− объявить маршрутизируемые сети.

Команда eigrp router-id A. B. C.D не является обязательной, однако позволяет идентифицировать маршрутизатор при возникновении проблем. Дополнительно командой metric weights можно задать значение коэффициентов k для более гибкого подсчета метрики.

Проведем измерение критериев. Результаты измерений для EIGRP продемонстрированы в таблице 2.

Таблица 2

Результаты измерения критериев протокола EIGRP

Перейдем к следующему протоколу динамической маршрутизации — OSPF.Принцип работы OSPF сильно отличается от RIP v2 и EIGRP. Для начала необходимо разбить сеть на 3 зоны. Проиллюстрируем это на рисунке 2.

Рис. 2. Разделение лабораторного стенда на зоны OSPF

Стоит отметить, что для работы OSPF достаточно одной обязательной зоны (area 0), однако разделение на зоны позволяет получить ряд преимуществ таких как: снижение нагрузки на ЦПУ маршрутизаторов, уменьшение таблицы маршрутизации, уменьшение количества пакетов обновлений состояния канала. Все другие зоны должны быть присоединены к нулевой зоне. [5]

После разделения на зоны можем приступить к настройке, для этого необходимо:

− включить OSPF на маршрутизаторах, указав номер процесса (номер процесса должен быть одинаковым внутри каждой зоны);

− установить идентификатор маршрутизатора (router-id);

− объявить маршрутизируемые сети, указав номер зоны.

Проведем измерение критериев. Результаты измерений для OSPF продемонстрированы в таблице 3.

Таблица 3

Результаты измерения критериев протокола OSPF

Несмотря на некоторые сходства IS-IS и OSPF, они идеологически по-разному относятся к дизайну домена. Они оба разделяют топологию сети на зоны, но принципы разделения — различны. В IS-IS нет обязательной зоны 0, и зоны могут объединяться между собой произвольным образом. Так же в IS-IS маршрутизаторы полностью входят в зону (рисунок 3), когда в OSPF границы проходит по маршрутизатору, объединяя интерфейсы (рисунок 2). [6]

Рис. 3. Разделение лабораторного стенда на зоны IS-IS

Сконфигурируем IS-IS на маршрутизаторах, для этого нужно выполнить следующие шаги:

− включить IS-IS на маршрутизаторах;

− настроить NET;

− включить IS-IS на интерфейсах.

− настроить уровни маршрутизаторов.

Проведем измерение критериев. Результаты измерений для OSPF продемонстрированы в таблице 4.

Таблица 4

Результаты измерения критериев протокола IS-IS

Сведем результаты по всем протоколам в таблице 5.

Сводная таблица результатов измерений

Из таблицы 5 видно, что на данном лабораторном стенде лучше всех себя показал протокол динамической маршрутизации EIGRP. Данный протокол имеет низкое значение времени конвергенции и небольшой объем служебного трафика по сравнению с другими представленными протоколами. Поэтому можно сделать вывод, что данный протокол является предпочтительным для использования в сети. Стоит отметить, что данный протокол является проприетарным, и поддерживается только на маршрутизаторах Cisco. В дальнейшем планируется построить сеть на базе EIGRP и разрабатывать алгоритм по оптимизации маршрутизации в высоконагруженных сетях.

Литература:

1. Таненбаум, Э. Компьютерные сети: книга / Э. Таненбаум, Э. Уэзеролл. Изд. 5-е — Санкт-Петербург: Питер, 2012. — 960 с.
2. Мищенко П. В. Маршрутизация в составных сетях: учеб.-метод. пособие / П. В. Мищенко. — Новосибирск: НГТУ, 2016. — 72 с.
3. Гайдаров И. О. Обзор технологических решений протоколов внутренней динамической маршрутизации OSPF и EIGRP / И. О. Гайдаров, О. Ю. Ерёмин // Теоретические и прикладные аспекты современной науки. — 2014. — № 3–1. С. 44–48.
4. Стратьев В. А. Сравнительный анализ протоколов динамической маршрутизации OSPF и EIGRP / В. А. Стратьев, С. А. Степанов // Информационно-телекоммуникационные системы и технологии. / Материалы Всероссийской научно-практической конференции. — 2017. С. 324–326.
5. Xguru [Электронный ресурс]: точка обмена знаниями по UNIX/Linux-системам, системам с открытым исходным кодом, сетям и другим родственным вещам. — Режим доступа: http://xgu.ru/wiki/OSPF.
6. Шардаков К. С. Сравнение протоколов динамической маршрутизации IS-IS и OSPF / К. С. Шардаков, А. И. Карбаков, А. В. Красновидов // Интеллектуальные технологии на транспорте. — 2017. — № 2. — С. 22–28.