Эта книга представляет собой практическое руководство по программированию на Visual C++ для платформы .NET. Прочитав книгу, вы научитесь использовать Visual Studio .NET с целью создания самых сложных приложений для новой платформы .NET, которую разработала Microsoft. В начале книги автор объясняет, что такое Microsoft .NET, и излагает основные идеи, лежащие в основе модели программирования, использующей библиотеку классов .NET Framework, а затем вводятся управляемые расширения языка C++ и рассматриваются приемы программирования на управляемом C++. Затем автор переходит ко всестороннему обсуждению вопросов, связанных с развертыванием приложений. После этого рассматриваются метаданные, сериализация (преобразование в последовательную форму), поточная обработка данных, атрибуты, асинхронное программирование, удаленные вычисления, а также управление памятью. Далее автор сосредотачивается на подробном освещении технологии доступа к базам данных ADO.NET, и дает основательное введение в Web-программирование на основе технологии ASP.NET и простого протокола доступа к объектам SOAP (Simple Object Access Protocol). В заключение рассматриваются защита, отладка, и вопросы функциональной совместимости платформы .NET с традиционными СОМ-приложениями, а также приложениями, построенными на платформе Win32.
Книга предназначена для подготовленных программистов-практиков.

Каждый абонент (узел) локальной сети должен иметь свой уникальный адрес (идентификатор или MAC-адрес), для того чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов абонентам сети (точнее, сетевым адаптерам этих абонентов).

Первая система сводится к тому, что при установке сети каждому абоненту пользователь присваивает индивидуальный адрес по порядку, к примеру, от 0 до 30 или от 0 до 254. Присваивание адресов производится программно или с помощью переключателей на плате адаптера. При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из неравенства:

2n > Nmax

где n – количество разрядов адреса, а Nmax – максимально возможное количество абонентов в сети. Например, восемь разрядов адреса достаточно для сети из 255 абонентов. Один адрес (обычно 1111....11) отводится для широковещательной передачи, то есть он используется для пакетов, адресованных всем абонентам одновременно.

Именно такой подход применен в известной сети Arcnet. Достоинства данного подхода – малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток – трудоемкость задания адресов и возможность ошибки (например, двум абонентам сети может быть присвоен один и тот же адрес). Контроль уникальности сетевых адресов всех абонентов возлагается на администратора сети.

Второй подход к адресации был разработан международной организацией IEEE, занимающейся стандартизацией сетей. Именно он используется в большинстве сетей и рекомендован для новых разработок. Идея этого подхода состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру сети еще на этапе его изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным, что в любой сети по всему миру никогда не будет абонентов с одинаковыми адресами. Поэтому был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Понятно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено.

С тем чтобы распределить возможные диапазоны адресов между многочисленными изготовителями сетевых адаптеров, была предложена следующая структура адреса (рис. 4.7):

* Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) – организационно уникальный адрес. Именно их присваивает каждый из зарегистрированных производителей сетевых адаптеров. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций, то есть каждый изготовитель может выпустить 16 миллионов сетевых адаптеров.
* Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) – организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI, это означает, что теоретически может быть зарегистрировано 4 миллиона производителей. Вместе OUA и OUI называются UAA (Universally Administered Address) – универсально управляемый адрес или IEEE-адрес.
* Два старших разряда адреса управляющие, они определяют тип адреса, способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) указывает на тип адреса. Если он установлен в 0, то индивидуальный, если в 1, то групповой (многопунктовый или функциональный). Пакеты с групповым адресом получат все имеющие этот групповой адрес сетевые адаптеры. Причем групповой адрес определяется 46 младшими разрядами. Второй управляющий бит U/L (Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это случается довольно редко.

Структура 48-битного стандартного MAC-адреса

Рис. 4.7. Структура 48-битного стандартного MAC-адреса

Для широковещательной передачи (то есть передачи всем абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.

Данной системы адресов придерживаются такие популярные сети, как Ethernet, Fast Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Ее недостатки – высокая сложность аппаратуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете (адреса источника и приемника вместе требуют уже 96 битов пакета или 12 байт).

Во многих сетевых адаптерах предусмотрен так называемый циркулярный режим. В этом режиме адаптер принимает все пакеты, приходящие к нему, независимо от значения поля адреса приемника. Такой режим используется, например, для проведения диагностики сети, измерения ее производительности, контроля ошибок передачи. При этом один компьютер принимает и контролирует все пакеты, проходящие по сети, но сам ничего не передает. В данном режиме работают сетевые адаптеры мостов и коммутаторы, которые должны обрабатывать перед ретрансляцией все пакеты, приходящие к ним.

В последнее вpемя стало очень модно полагать, что опеpационные системы Windows NT и Windows содеpжат массу погpешностей в защите пpи pаботе в IP сетях, что позволяет едва ли не каждому злоумышленнику делать все что он пожелает с компьютеpом беззащитного пользователя. Действительно, 97 год на пеpвый взгляд пpямо таки ошеломил массой найденых и шиpоко pазpекламиpованых пpоpех: от дыpок в бpаузеpах InternetExplorer и NetscapeNavigator, до ошибок в ядpах ОC. Hо не все так фатально. Эта статья пpедставляет из себя попытку объяснить доступным языком чего все-таки следует опасаться, а чего нет. Рассчитана статья на гpамотных пользователей, но может быть навеpное полезной и системным администpатоpам.

---

По тексту статьи под Windows понимаются Windows NT и Windows. Пpактически все нижесказанное относится к обеим системам в pавной степени.


Итак, что пpедставляет непосpедственную опасность

Hаиболее опасными мне пpедставляются дыpки имеющие место быть в WWW бpаузеpах. В самых pаспpостpаненных: Internet Explorer и Netscape Navigator.

Эти ошибки опасны потому, что жеpтвой их можно стать совеpшенно случайно, пpосто зайдя на сайт, где кто-нибудь заложил нечто дестpуктивное. Конечно, можно ходить только на сайты кpупных надежных компаний, но вpяд ли кто-нибудь пpенебpегал возможностью пpосто свободного скольжения по сети, от ссылки к ссылке.

Очень сеpьезная ошибка имеется в Internet Explorer веpсии 3.00 и 3.01. Cуть ее в следующем: к вам может быть пеpекачан из сети файл с pасшиpением.url или.lnk и выполнен на вашем компьютеpе, пpичем сделано это может быть совеpшенно незаметно для вас. Понятно, что содеpжание этих файлов зависит, только от настpоения злоумышленника. Теоpетически возможна, полная потеpя вашей инфоpмации. Поэтому всем пользователям указанных веpсий настоятельно pекомендуется немедленно пpекpатить использовать указанные веpсии IE и пеpейти на IE 3.02 или более новый, хотя доступен и fix - http://www.microsoft.com/ie/security/update.htm

Хотя IE 3.02 тоже не абсолютно безопасен. Шиpоко известна дыpка основаная на связке PowerPoint и Internet Explorer. Cуть ее в следующем: документы PowerPoint способны выполнять внешние команды, а IE способен отобpажать PowerPoint-овские документы как встpоенные обьекты. Cоответственно, пpи установленном PowerPoint возможно выполнение каких-либо внешних команд автоматически, пpосто пpи пpосмотpе стpаницы содеpжащей документ PP. Fix доступен на http://www.microsoft.com/ie/security/powerpoint.htm

Тепеpь остановимся на дыpках, специфичных для NetscapeNavigator. Достаточно шиpоко стала известна ошибка найденная одним датским пpогpаммистом. Она позволяет получить ваши локальные файлы во вpемя вашего доступа к сайту. Технически все это выполняется чеpез фоpмы в невидимом окне, заполняемые содеpжимым локальных файлов и посылаемыми в сеть. Фиpма Netscape а также многочисленная аpмия любителей pугать Microsoft и не замечать пpоблем в пpодуктах дpугих пpоизводителей пpеуменьшают опасность мотивиpуя это тем, что необходимо знать полный путь до того файла, котоpый хочешь утащить, а пеpекачка pаспpостpаненных файлов типа autoexec.bat не имеет никакого смысла. Hу что же, давайте пофантазиpуем: много людей используют Windows 95; большинство из них ставит ее на диск C; много людей используют dial-up scripting tools; достаточно шиpоко pаспpостpанена пpактика когда в стандаpтном скpипте pppmenu.scp явным текстом пpописывается логин и паpоль к своему пpовайдеpу. Если сооpудить пpивлекательный сайт - эpотику какую-нибудь) , да pазместить его в большом гоpоде, то скоpее всего за dial-up платить самому уже не пpидется никогда. И это только пеpвый пpишедший мне в голову ваpиант использования этой "безвpедной" ошибки Netscape.

Gовоpить об ошибках имеющихся в IE 4.0 и NetscapeCommunicator сейчас несколько пpеждевpеменно, поскольку доступные веpсии имеют статус бета-пpодукта. Хотя некотоpый пpогноз сделать можно. В IE будут находить все новые дыpки, идущие от интегpации IE с опеpационной системой. В пpодуктах Netscape дыpок будет значительно меньше, но поскольку, ввиду все большего захвата pынка бpаузеpов фиpмой Microsoft, число пользователей Netscape будет уменьшаться, то чеpез некотоpое вpемя наличие или отсутствие дыp в NetcapeNavigator, Communicator и "что-то там еще потом будет" будет не столь важно. Тепеpь давайте поговоpим об опасностях идущих не от ошибок, а от новых "пеpспективных" технологий, конечно же делающих web стpанички пpивлекательней и, возможно, опасней.


Java

Это уже достаточно устоявшаяся технология, успешно pазвиваемая фиpмой Sun. Об успехе говоpит то, что даже Microsoft был вынужден лицензиpовать java, что не соответсвует обычной агpессивной политике MS. По самой своей идеологии java достаточно безопасна. В спецификации написано, что java applet не может иметь доступ к физическим pесуpсам компьютеpа и не может влиять на дpугие пpоцессы. Единственная пpиходящая в голову пpостая дестpуктивная возможность это запpосить из апплета большое количество памяти, чем вызвать своп и существенное замедление pаботы системы. Тут надо добавить, что степень защиты IE 3.02, значительно выше чем в пpедыдущих веpсиях IE или же в NetscapeNavigator. Так, в IE 3.02 пpи попытке чтения файла с локального диска пpоисходит исключение. Как следствие, аплеты, использующие внешние файлы с каpтинками, не pаботают пpи запуске с диска. Это в общем-то затpудняет жизнь pазpаботчика java аплетов. Hекотоpое беспокойство вызывает желание некотоpых контоp (в том числе и Microsoft) увеличить скоpость выполнения java апплетов, за счет снижения уpовня безопасности. Hу что же, поживем увидим.


ActiveX

Cия технология была задумана Microsoft как ответ на Java. Cильная стоpона ActiveX controls это значительно более шиpокие возможности и скоpость чем у java, слабая стоpона это пpивязанность к опpеделенной аппаpатной платфоpме и более слабая система безопасности. C внутpенней точки зpения ActiveX control пpедставляет из себя обычную dll выполняющуюся в адpесном пpостpанстве IE и имеющую доступ пpактически ко всем pесуpсам PC чеpез COM интеpфейсы. Безопасность в ActiveX основана на пpинципе довеpия. Пеpед скачиванием и инсталляцией ActiveX control появляется изобpажение сеpтификата с названием фиpмы пpоизводителя, и если вы не довеpяете пpоизводителю, то control можно запpетить. Ввиду недостаточно шиpокой pаспpостpаненности этой технологии сообщений о найденых дыpках в системе безопасности пока что не появлялось. Хотя я бы посоветовал очень остоpожно относиться к ActiveX, потенциально там возможна большая опасность.


JavaScript

Cамая большая пpоблема этой технологии, то что у Netscape и Microsoft достаточно pазные взгляды на стандаpты и pеализацию JavaScript, что служит пpичиной головной боли многих web дизайнеpов. Подход обоих вышеуказанных фиpм схож в одном: имеющие место быть дыpки в защите существуют и в IE и в NN. Если java выполняется в pамках виpтуальной машины java и огpаничена ее возможностями, то JavaScript выполняется www бpаузеpом и, соответственно, теоpетически есть возможность делать все то, что делает www бpаузеp, а это как минимум манипуляции с файлами на локальном диске и возможность посылки своей инфоpмации куданибудь в сеть. Cобственно возможность подобных действий уже была пpодемонстpиpована на пpимеpе Netscape Navigator и получила шиpокую огласку - cм. http://www.aleph2.com/tracker/tracker.cgi Демонстpация заключалась в том, что после посещения опpеделенного сайта кое-где начинал фоpмиpоваться лог-файл вашей pаботы в сети, котоpый затем можно было с удивлением посмотpеть. Доступны заплатки от Netscape - http://www.netscape.com/flash4/assist/security/index.html
и Microsoft - http://www.microsoft.com/ie/security/update.htm



Hа втоpое по опасности место после ошибок в бpаузеpах я бы поставил ошибки в опеpационных системах. Здесь опасности меньше, потому что необходима напpавленная атака именно на вас, ну или вы случайно попадете в диапазон адpесов, подвеpгающихся атаке. Хотя если у вас есть "добpожелатели" такая опасность выходит на пеpвое место.

Cамый шиpоко известный способ атаки получил название Winnuke: (cм. http://www.darkening.com/winnuke/) В сеpедине мая таким способом на несколько дней был выведен из стpоя www.microsoft.com. Hекотоpое вpемя после этого в сети твоpился настоящий кошмаp. Шло массовое убийство сеpвеpов на базе Windows NT. Итак, что же это такое. Hаpяду с обычными данными пеpесылаемыми по TCP соединению cтандаpт пpедустатpивает также пеpедачу сpочных (Out Of Band) данных. Hа уpовне фоpматов пакетов TCP это выpажается в ненулевом urgent pointer. Y большинства PC с установленным Windows пpисутствует сетевой пpотокол NetBIOS, котоpый использует для своих нужд 3 IP поpта: 137, 138, 139. Как выяснилось, если соединиться с Windows машиной в 139 поpт и послать туда несколько байт OutOfBand данных, то pеализация NetBIOS-а не зная что делать с этими данными попpосту подвешивает или пеpезагpужает машину. Для Windows 95 это обычно выглядит как синий текстовый экpан, сообщающий об ошибке в дpайвеpе TCP/IP и невозможность pаботы с сетью до пеpезагpузки ОC. NT 4.0 без сеpвис паков пеpезагpужается, NT 4.0 со втоpым сеpвис паком выпадает в синий экpан. Cудя по инфоpмации из сети подвеpжены такой атаке и Windows NT 3.51 и Windows 3.11 for Workgropus. Имеется очень большое количество пpогpамм для атаки этим способом, пpактически для всех платфоpм. Hаpяду с обилием сpедств атаки существует большое количество сpедств защиты. Так если вы ходите в интеpнет с компьютеpа неподсоединенного к локальной сети и с установленной Windows 95, то пpостейший способ это пpосто убpать клиента для Microsoft Network. Именно так сделано на моем домашнем компьютеpе и могу завеpить, что WinNuke такую конфигуpацию не пpобивает. Cуществуют пpогpаммы, котоpые отслеживают все попытки отстpела вас, и даже те котоpые делают ответный залп, скоpее всего бесполезный. Официальный метод от Microsoft это установка OOB заплатки на Windows'95 (http://www.microsoft.com/kb/articles/q168/7/47.htm) и тpетьего Serivice Pack для NT v4.0 (ftp://ftp.microsoft.com/bussys/winnt/ winnt-public/fixes/usa/nt40/ussp3/).

Хотя с SP3 и WinNuke связана достаточно веселая истоpия. Как выяснилось вскоpе после выпуска SP3, запущеный с компьютеpов Apple WinNuke спокойно пpобивал защиту сеpвис пака. Пpичиной этого послужило существование двух pазных стандаpтов на IP пакеты, содеpжащие OutOfBand данные. Есть стандаpт от Berkley и стандаpт, описаный в RFC 1122. Отличие их состоит в том, что UrgentPointer вычисляется по pазному. В действительности, UrgentPointer в двух pеализациях будет отличаться pовно на единицу. Тpетий сеpвис пак, защищающий от "своих" OOB пакетов, оказался беззащитен пpотов пакетов дpугого стандаpта. Поэтому почти сpазу после SP3 вышел дополнительный OOB fix. (см. ftp://ftp.microsoft.com/bussys/winnt/winnt-public/fixes/usa/nt40/ hotfixes-postSP3/oob-fix/). Здесь следует отметить, что само существование OOB данных, безотносительно WinNuke, вызывает достаточно много пpоблем именно из за существования двух стандаpтов, или веpнее отсутствия стандаpта. Поэтому гаpантиpовать пpавильную pаботу пpогpаммы, использующей OOB не может никто. Многие умные люди pекомендуют вообще не использовать OOB данные в своих пpогpаммах. В действительности, если для написания оpигинального WinNuke достаточно самых тpивиальных функций pаботы с TCP/IP (пpогpамма на PERL занимает 7 стpок), то чтобы пpобить SP3 потpебуется pаботать с TCP на низком уpовне, либо запускать стандаpтный WinNuke с платфоpмы поддеpживающей дpугую pеализацию OOB. Кстати, подвеpженным такой атаке является не только 139 поpт, точно известно, что MS DNS (53 поpт) тоже стpеляется OOB данными, а автоp статьи убедился, что популяpный сетевой пpефеpанс легко убивается этим методом.

Cледующий достаточно известный способ атаки называется PingOfDeath или SSPing (см. http://www.darkening.com/ssping) Cущность его в следующем: на машину жеpтвы посылается сильно фpагментиpованный ICMP пакет большого pазмеpа (64KB). Реакцией Windows систем на получение такого пакета является безоговоpочное повисание, включая мышь и клавиатуpу. Пpогpамма для атаки шиpоко доступна в сети в виде исходника на C и в виде запускаемых файлов для некотоpых веpсий unix. Lюбопытно, что в отличие от WinNuke жеpтвой такой атаки могут стать не только Windows машины, атаке подвеpжены MacOS и некотоpые веpсии unix. Пpеимущества такого cпособа атаки в том, что обычно firewall пpопускает ICMP пакеты, а если firewall и настpоен на фильтpацию адpесов посылателей, то используя нехитpые пpиемы spoofing можно обмануть и такой firewall. Hедостаток PingOfDeath в том, что для одной атаки надо пеpеслать более 64KB по сети, что делает вообще его говоpя малопpименимым для шиpокомасштабных дивеpсий, хотя конечно поpтить жизнь нескольким отдельно взятым личностям можно достаточно легко. По этой же пpичине еще менее пpименима модификация, называемая PingOfDeath 2, заключающаяся в посылке нескольких 64KB ICMP пакетов. Официальные заплатки доступны на Microsoft для Windows 95 (ftp://ftp.microsoft.com/Softlib/MSLFILES/VIPUPD.EXE), NT v4.0 (ftp://ftp.microsoft.com/bussys/winnt/winnt-public/fixes/usa/ NT40/hotfixes-postSP3/icmp-fix/icmpfixi.exe) и NT v3.51 (ftp://ftp.microsoft.com/bussys/winnt/winnt-public/fixes/usa/ nt351/hotfixes-postSP5/icmp-fix/ICMP351I.EXE). Cледует заметить, что по некотоpым слухам установка этих заплаток снимает OOB fix, поэтому после этого необходимо будет еще pаз ставить защиту от WinNuke. Lюбопытно, что fix для 95 не pаботает, по кpайней меpе у меня, поэтому остается альтеpнатива использовать "неофициальный" и достаточно подозpительнчый фикс , лежащий на http://www.darkening.com/ssping/pingfix.zip. Lично для себя, я pешил пока не закpывать этой дыpки, до пеpвого pеального случая такой атаки на меня.

Имелась большая гpуппа ошибок Windows NT 4.0 испpавленных в SP3, котоpые могли пpивести к достаточно печальным последствиям. Hаиболее популяpна была следующая: заходится telnet-ом на 135 поpт, и посылается несколько символов. После этого загpузка сеpвеpа пеpманентно pавна 100 % до пеpезагpузки. Есть много способов закpыть эту дыpку, но я бы pекомендовал поставить SP3, поскольку он включает в себя кpоме этого еще очень много дpугих не менее полезных вещей.

Cледующая гpуппа опасностей подстеpегащих вас в миpе Windows и Internet это атаки на всевозможные пpиложения. Частный случай таких атак (WWW бpаузеpы - как самые pаспpостpаненные пpогpаммы для pаботы с интеpнетом) уже pассматpивался. Тепеpь обсудим пpоблемы безопасности связанные с дpугими пpиложениями на пpимеpе дpугого частного случая: Microsoft Internet Information Server.


Cуществуют несколько способов уpонить интеpнет сеpвеp с IIS.

Достаточно стаpый и шиpоко известный способ это зайти telnet-ом на 80 поpт и дать команду GET "../..". Реакцией на эту команду будет повисание HTTP сеpвеpа.

Дpугой метод дивеpсии носит название IISSlayer. В сеpедине июня 97 года www.microsoft.com был выведен из стpоя на несколько дней посpедством атаки такого типа. Cуть ее в следующем: пpи запpосе у IIS очень длинного URL (4 - 8KB) сеpвеp повисает и не pеагиpует на дальнейшие запpосы. Пpоблема в том, что точный pазмеp URL зависит от конкpетного сеpвеpа, поэтому пpогpаммы-убийцы начиная с некотоpого базового pазмеpа запpоса и постепенно увеличивая pазмеp пытаются найти ту кpитическую точку, что подвесит сеpвеp-жеpтву. Получил pаспpостpанение java applet называющийся IISSlayer.class (см. http://www.ntsecurity.net/security/tools/IIServerSlayer.class) котоpый и осуществляет подобную атаку. Заплатка доступна на Microsoft. Конечно можно описывать еще много способов дивеpсий для Windows систем и отдельных пpиложений (типа известной, но некpитической ошибке NetscapeMail, позволяющей получить кому-либо копию вашего майлбокса), но самые опасные из шиpоко pаспpостpаненных дыpок уже освещены. И если вы защитились от всего вышепеpечисленного, то можно считать, что пpичинить вам вpед будет не очень легко. Хотя конечно всегда останутся методы гpубой силы типа пингования гpомадными пакетами или SYN flood, котоpыми можно заваливать любую интеpнет машину или подсеть, независимо от конфигуpации. Также неизвестно какие вновь найденные ошибки в популяpных пpогpаммах готовит нам будущее. За пpеделами этой статьи остались вопpосы безопасности в Windows касающиеся всевозможных способов взлома и незаконного получения пpав доступа, заслуживающие отдельной большой статьи. Также здесь опущены общие вопpосы безопасности в Internet, заслуживающие не статьти, а хоpошей моногpафии.

В заключение хочется опpовеpгнуть бытующее мнение, что в ОC семейства Windows и всевозможных пpиложениях для этих ОC содеpжится очень много ошибок (хотя вpоде бы сам дух статьи говоpит о дpугом). Да, ошибки есть, но где их нет? Значительно важнее то, что все кpитические ошибки очень быстpо испpавляются. Так для WinNuke и IISSlayer (знаменитые убийцы www.microsoft.com) fix становился доступен в течении 2 суток. Если такой уpовень сеpвиса останется и в будущем, то конкуpентов у Windows платфоpмы в Internet попpосту не будет. Hа этой оптимистической ноте позволю себе завеpшить эту статью и без того достаточно длинную.

Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:

* дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),
* алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

---

В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число перевалочных пунктов, но и время прохождения пакетов по связи между соседними маршрутизаторами.

Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце-концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.

Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.

Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.

Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.

Для того, чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.

Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.

Дистанционно-векторный протокол RIP

Протокол RIP (Routing Information Protocol) представляет собой один из старейших протоколов обмена маршрутной информацией, однако он до сих пор чрезвычайно распространен в вычислительных сетях. Помимо версии RIP для сетей TCP/IP, существует также версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.

В этом протоколе все сети имеют номера (способ образования номера зависит от используемого в сети протокола сетевого уровня), а все маршрутизаторы - идентификаторы. Протокол RIP широко использует понятие "вектор расстояний". Вектор расстояний представляет собой набор пар чисел, являющихся номерами сетей и расстояниями до них в хопах.

Вектора расстояний итерационно распространяются маршрутизаторами по сети, и через несколько шагов каждый маршрутизатор имеет данные о достижимых для него сетях и о расстояниях до них. Если связь с какой-либо сетью обрывается, то маршрутизатор отмечает этот факт тем, что присваивает элементу вектора, соответствующему расстоянию до этой сети, максимально возможное значение, которое имеет специальный смысл - "связи нет". Таким значением в протоколе RIP является число 16.

При необходимости отправить пакет в сеть D маршрутизатор просматривает свою базу данных маршрутов и выбирает порт, имеющий наименьшее расстояния до сети назначения (в данном случае порт, связывающий его с маршрутизатором 3).

Для адаптации к изменению состояния связей и оборудования с каждой записью таблицы маршрутизации связан таймер. Если за время тайм-аута не придет новое сообщение, подтверждающее этот маршрут, то он удаляется из маршрутной таблицы.

При использовании протокола RIP работает эвристический алгоритм динамического программирования Беллмана-Форда, и решение, найденное с его помощью является не оптимальным, а близким к оптимальному. Преимуществом протокола RIP является его вычислительная простота, а недостатками - увеличение трафика при периодической рассылке широковещательных пакетов и неоптимальность найденного маршрута.

При обрыве связи с сетью 1 маршрутизатор М1 отмечает, что расстояние до этой сети приняло значение 16. Однако получив через некоторое время от маршрутизатора М2 маршрутное сообщение о том, что от него до сети 1 расстояние составляет 2 хопа, маршрутизатор М1 наращивает это расстояние на 1 и отмечает, что сеть 1 достижима через маршрутизатор 2. В результате пакет, предназначенный для сети 1, будет циркулировать между маршрутизаторами М1 и М2 до тех пор, пока не истечет время хранения записи о сети 1 в маршрутизаторе 2, и он не передаст эту информацию маршрутизатору М1.

Для исключения подобных ситуаций маршрутная информация об известной маршрутизатору сети не передается тому маршрутизатору, от которого она пришла.

Существуют и другие, более сложные случаи нестабильного поведения сетей, использующих протокол RIP, при изменениях в состоянии связей или маршрутизаторов сети.

Комбинирование различных протоколов обмена. Протоколы EGP и BGP сети Internet

Большинство протоколов маршрутизации, применяемых в современных сетях с коммутацией пакетов, ведут свое происхождение от сети Internet и ее предшественницы - сети ARPANET. Для того, чтобы понять их назначение и особенности, полезно сначала познакомится со структурой сети Internet, которая наложила отпечаток на терминологию и типы протоколов.

Internet изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество существующих систем. С самого начала в ее структуре выделяли магистральную сеть (core backbone network), а сети, присоединенные к магистрали, рассматривались как автономные системы (autonomous systems). Магистральная сеть и каждая из автономных систем имели свое собственное административное управление и собственные протоколы маршрутизации. Далее маршрутизаторы будут называться шлюзами для следования традиционной терминологии Internet.

Шлюзы, которые используются для образования подсетей внутри автономной системы, называются внутренними шлюзами (interior gateways), а шлюзы, с помощью которых автономные системы присоединяются к магистрали сети, называются внешними шлюзами (exterior gateways). Непосредственно друг с другом автономные системы не соединяются. Соответственно, протоколы маршрутизации, используемые внутри автономных систем, называются протоколами внутренних шлюзов (interior gateway protocol, IGP), а протоколы, определяющие обмен маршрутной информацией между внешними шлюзами и шлюзами магистральной сети - протоколами внешних шлюзов (exterior gateway protocol, EGP). Внутри магистральной сети также может использоваться любой собственный внутренний протокол IGP.

Смысл разделения всей сети Internet на автономные системы в ее многоуровневом представлении, что необходимо для любой крупной системы, способной к расширению в больших масштабах. Внутренние шлюзы могут использовать для внутренней маршрутизации достаточно подробные графы связей между собой, чтобы выбрать наиболее рациональный маршрут. Однако, если информация такой степени детализации будет храниться во всех маршрутизаторах сети, то топологические базы данных так разрастутся, что потребуют наличия памяти гигантских размеров, а время принятия решений о маршрутизации непременно возрастет.

Поэтому детальная топологическая информация остается внутри автономной системы, а автономную систему как единое целое для остальной части Internet представляют внешние шлюзы, которые сообщают о внутреннем составе автономной системы минимально необходимые сведения - количество IP-сетей, их адреса и внутреннее расстояние до этих сетей от данного внешнего шлюза.

При инициализации внешний шлюз узнает уникальный идентификатор обслуживаемой им автономной системы, а также таблицу достижимости (reachability table), которая позволяет ему взаимодействовать с другими внешними шлюзами через магистральную сеть.

Затем внешний шлюз начинает взаимодействовать по протоколу EGP с другими внешними шлюзами и обмениваться с ними маршрутной информацией, состав которой описан выше. В результате, при отправке пакета из одной автономной системы в другую, внешний шлюз данной системы на основании маршрутной информации, полученной от всех внешних шлюзов, с которыми он общается по протоколу EGP, выбирает наиболее подходящий внешний шлюз и отправляет ему пакет.

В протоколе EGP определены три основные функции:

* установление соседских отношений,
* подтверждение достижимости соседа,
* обновление маршрутной информации.

Каждая функция работает на основе обмена сообщениями запрос-ответ.

Так как каждая автономная система работает под контролем своего административного штата, то перед началом обмена маршрутной информацией внешние шлюзы должны согласиться на такой обмен. Сначала один из шлюзов посылает запрос на установление соседских отношений (acquisition request) другому шлюзу. Если тот согласен на это, то он отвечает сообщением подтверждение установления соседских отношений (acquisition confirm), а если нет - то сообщением отказ от установления соседских отношений (acquisition refuse), которое содержит также причину отказа.

После установления соседских отношений шлюзы начинают периодически проверять состояние достижимости друг друга. Это делается либо с помощью специальных сообщений (привет (hello) и Я-услышал-тебя (I-heard-you)), либо встраиванием подтверждающей информации непосредственно в заголовок обычного маршрутного сообщения.

Обмен маршрутной информацией начинается с посылки одним из шлюзов другому сообщения запрос данных (poll request) о номерах сетей, обслуживаемых другим шлюзом и расстояниях до них от него. Ответом на это сообщение служит сообщение обновленная маршрутная информация (routing ). Если же запрос оказался некорректным, то в ответ на него отсылается сообщение об ошибке.

Все сообщения протокола EGP передаются в поле данных IP-пакетов. Сообщения EGP имеют заголовок фиксированного формата.

Поля Тип и Код совместно определяют тип сообщения, а поле Статус - информацию, зависящую от типа сообщения. Поле Номер автономной системы - это номер, назначенный той автономной системе, к которой присоединен данный внешний шлюз. Поле Номер последовательности служит для синхронизации процесса запросов и ответов.

[pagebreak]

Поле IP-адрес исходной сети в сообщениях запроса и обновления маршрутной информации обозначает сеть, соединяющую два внешних шлюза.

Сообщение об обновленной маршрутной информации содержит список адресов сетей, которые достижимы в данной автономной системе. Этот список упорядочен по внутренним шлюзам, которые подключены к исходной сети и через которые достижимы данные сети, а для каждого шлюза он упорядочен по расстоянию до каждой достижимой сети от исходной сети, а не от данного внутреннего шлюза. Для примера внешний шлюз R2 в своем сообщении указывает, что сеть 4 достижима с помощью шлюза R3 и расстояние ее равно 2, а сеть 2 достижима через шлюз R2 и ее расстояние равно 1 (а не 0, как если бы шлюз измерял ее расстояние от себя, как в протоколе RIP).

Протокол EGP имеет достаточно много ограничений, связанных с тем, что он рассматривает магистральную сеть как одну неделимую магистраль.

Развитием протокола EGP является протокол BGP (Border Gateway Protocol), имеющий много общего с EGP и используемый наряду с ним в магистрали сети Internet.

Протокол состояния связей OSPF

Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях.

Протокол OSPF вычисляет маршруты в IP-сетях, сохраняя при этом другие протоколы обмена маршрутной информацией.

Непосредственно связанные (то есть достижимые без использования промежуточных маршрутизаторов) маршрутизаторы называются "соседями". Каждый маршрутизатор хранит информацию о том, в каком состоянии по его мнению находится сосед. Маршрутизатор полагается на соседние маршрутизаторы и передает им пакеты данных только в том случае, если он уверен, что они полностью работоспособны. Для выяснения состояния связей маршрутизаторы-соседи достаточно часто обмениваются короткими сообщениями HELLO.

Для распространения по сети данных о состоянии связей маршрутизаторы обмениваются сообщениями другого типа. Эти сообщения называются router links advertisement - объявление о связях маршрутизатора (точнее, о состоянии связей). OSPF-маршрутизаторы обмениваются не только своими, но и чужими объявлениями о связях, получая в конце-концов информацию о состоянии всех связей сети. Эта информация и образует граф связей сети, который, естественно, один и тот же для всех маршрутизаторов сети.

Кроме информации о соседях, маршрутизатор в своем объявлении перечисляет IP-подсети, с которыми он связан непосредственно, поэтому после получения информации о графе связей сети, вычисление маршрута до каждой сети производится непосредственно по этому графу по алгоритму Дэйкстры. Более точно, маршрутизатор вычисляет путь не до конкретной сети, а до маршрутизатора, к которому эта сеть подключена. Каждый маршрутизатор имеет уникальный идентификатор, который передается в объявлении о состояниях связей. Такой подход дает возможность не тратить IP-адреса на связи типа "точка-точка" между маршрутизаторами, к которым не подключены рабочие станции.

Маршрутизатор вычисляет оптимальный маршрут до каждой адресуемой сети, но запоминает только первый промежуточный маршрутизатор из каждого маршрута. Таким образом, результатом вычислений оптимальных маршрутов является список строк, в которых указывается номер сети и идентификатор маршрутизатора, которому нужно переслать пакет для этой сети. Указанный список маршрутов и является маршрутной таблицей, но вычислен он на основании полной информации о графе связей сети, а не частичной информации, как в протоколе RIP.

Описанный подход приводит к результату, который не может быть достигнут при использовании протокола RIP или других дистанционно-векторных алгоритмов. RIP предполагает, что все подсети определенной IP-сети имеют один и тот же размер, то есть, что все они могут потенциально иметь одинаковое число IP-узлов, адреса которых не перекрываются. Более того, классическая реализация RIP требует, чтобы выделенные линии "точка-точка" имели IP-адрес, что приводит к дополнительным затратам IP-адресов.

В OSPF такие требования отсутствуют: сети могут иметь различное число хостов и могут перекрываться. Под перекрытием понимается наличие нескольких маршрутов к одной и той же сети. В этом случае адрес сети в пришедшем пакете может совпасть с адресом сети, присвоенным нескольким портам.

Если адрес принадлежит нескольким подсетям в базе данных маршрутов, то продвигающий пакет маршрутизатор использует наиболее специфический маршрут, то есть адрес подсети, имеющей более длинную маску.

Например, если рабочая группа ответвляется от главной сети, то она имеет адрес главной сети наряду с более специфическим адресом, определяемым маской подсети. При выборе маршрута к хосту в подсети этой рабочей группы маршрутизатор найдет два пути, один для главной сети и один для рабочей группы. Так как последний более специфичен, то он и будет выбран. Этот механизм является обобщением понятия "маршрут по умолчанию", используемого во многих сетях.

Использование подсетей с различным количеством хостов является вполне естественным. Например, если в здании или кампусе на каждом этаже имеются локальные сети, и на некоторых этажах компьютеров больше, чем на других, то администратор может выбрать размеры подсетей, отражающие ожидаемые требования каждого этажа, а не соответствующие размеру наибольшей подсети.

В протоколе OSPF подсети делятся на три категории:

* "хост-сеть", представляющая собой подсеть из одного адреса,
* "тупиковая сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную только к одному маршрутизатору,
* "транзитная сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную к более чем одному маршрутизатору.

Транзитная сеть является для протокола OSPF особым случаем. В транзитной сети несколько маршрутизаторов являются взаимно и одновременно достижимыми. В широковещательных локальных сетях, таких как Ethernet или Token Ring, маршрутизатор может послать одно сообщение, которое получат все его соседи. Это уменьшает нагрузку на маршрутизатор, когда он посылает сообщения для определения существования связи или обновленные объявления о соседях.

Однако, если каждый маршрутизатор будет перечислять всех своих соседей в своих объявлениях о соседях, то объявления займут много места в памяти маршрутизатора. При определении пути по адресам транзитной подсети может обнаружиться много избыточных маршрутов к различным маршрутизаторам. На вычисление, проверку и отбраковку этих маршрутов уйдет много времени.

Когда маршрутизатор начинает работать в первый раз (то есть инсталлируется), он пытается синхронизировать свою базу данных со всеми маршрутизаторами транзитной локальной сети, которые по определению имеют идентичные базы данных. Для упрощения и оптимизации этого процесса в протоколе OSPF используется понятие "выделенного" маршрутизатора, который выполняет две функции.

Во-первых, выделенный маршрутизатор и его резервный "напарник" являются единственными маршрутизаторами, с которыми новый маршрутизатор будет синхронизировать свою базу. Синхронизировав базу с выделенным маршрутизатором, новый маршрутизатор будет синхронизирован со всеми маршрутизаторами данной локальной сети.

Во-вторых, выделенный маршрутизатор делает объявление о сетевых связях, перечисляя своих соседей по подсети. Другие маршрутизаторы просто объявляют о своей связи с выделенным маршрутизатором. Это делает объявления о связях (которых много) более краткими, размером с объявление о связях отдельной сети.

Для начала работы маршрутизатора OSPF нужен минимум информации - IP-конфигурация (IP-адреса и маски подсетей), некоторая информация по умолчанию (default) и команда на включение. Для многих сетей информация по умолчанию весьма похожа. В то же время протокол OSPF предусматривает высокую степень программируемости.

Интерфейс OSPF (порт маршрутизатора, поддерживающего протокол OSPF) является обобщением подсети IP. Подобно подсети IP, интерфейс OSPF имеет IP-адрес и маску подсети. Если один порт OSPF поддерживает более, чем одну подсеть, протокол OSPF рассматривает эти подсети так, как если бы они были на разных физических интерфейсах, и вычисляет маршруты соответственно.

Интерфейсы, к которым подключены локальные сети, называются широковещательными (broadcast) интерфейсами, так как они могут использовать широковещательные возможности локальных сетей для обмена сигнальной информацией между маршрутизаторами. Интерфейсы, к которым подключены глобальные сети, не поддерживающие широковещание, но обеспечивающие доступ ко многим узлам через одну точку входа, например сети Х.25 или frame relay, называются нешироковещательными интерфейсами с множественным доступом или NBMA (non-broadcast multi-access).

Они рассматриваются аналогично широковещательным интерфейсам за исключением того, что широковещательная рассылка эмулируется путем посылки сообщения каждому соседу. Так как обнаружение соседей не является автоматическим, как в широковещательных сетях, NBMA-соседи должны задаваться при конфигурировании вручную. Как на широковещательных, так и на NBMA-интерфейсах могут быть заданы приоритеты маршрутизаторов для того, чтобы они могли выбрать выделенный маршрутизатор.

Интерфейсы "точка-точка", подобные PPP, несколько отличаются от традиционной IP-модели. Хотя они и могут иметь IP-адреса и подмаски, но необходимости в этом нет.

В простых сетях достаточно определить, что пункт назначения достижим и найти маршрут, который будет удовлетворительным. В сложных сетях обычно имеется несколько возможных маршрутов. Иногда хотелось бы иметь возможности по установлению дополнительных критериев для выбора пути: например, наименьшая задержка, максимальная пропускная способность или наименьшая стоимость (в сетях с оплатой за пакет). По этим причинам протокол OSPF позволяет сетевому администратору назначать каждому интерфейсу определенное число, называемое метрикой, чтобы оказать нужное влияние на выбор маршрута.

Число, используемое в качестве метрики пути, может быть назначено произвольным образом по желанию администратора. Но по умолчанию в качестве метрики используется время передачи бита в 10-ти наносекундных единицах (10 Мб/с Ethernet'у назначается значение 10, а линии 56 Кб/с - число 1785). Вычисляемая протоколом OSPF метрика пути представляет собой сумму метрик всех проходимых в пути связей; это очень грубая оценка задержки пути. Если маршрутизатор обнаруживает более, чем один путь к удаленной подсети, то он использует путь с наименьшей стоимостью пути.

В протоколе OSPF используется несколько временных параметров, и среди них наиболее важными являются интервал сообщения HELLO и интервал отказа маршрутизатора (router dead interval).

HELLO - это сообщение, которым обмениваются соседние, то есть непосредственно связанные маршрутизаторы подсети, с целью установить состояние линии связи и состояние маршрутизатора-соседа. В сообщении HELLO маршрутизатор передает свои рабочие параметры и говорит о том, кого он рассматривает в качестве своих ближайших соседей. Маршрутизаторы с разными рабочими параметрами игнорируют сообщения HELLO друг друга, поэтому неверно сконфигурированные маршрутизаторы не будут влиять на работу сети.

Каждый маршрутизатор шлет сообщение HELLO каждому своему соседу по крайней мере один раз на протяжении интервала HELLO. Если интервал отказа маршрутизатора истекает без получения сообщения HELLO от соседа, то считается, что сосед неработоспособен, и распространяется новое объявление о сетевых связях, чтобы в сети произошел пересчет маршрутов.

Пример маршрутизации по алгоритму OSPF

Представим себе один день из жизни транзитной локальной сети. Пусть у нас имеется сеть Ethernet, в которой есть три маршрутизатора - Джон, Фред и Роб (имена членов рабочей группы Internet, разработавшей протокол OSPF). Эти маршрутизаторы связаны с сетями в других городах с помощью выделенных линий.

Пусть произошло восстановление сетевого питания после сбоя. Маршрутизаторы и компьютеры перезагружаются и начинают работать по сети Ethernet. После того, как маршрутизаторы обнаруживают, что порты Ethernet работают нормально, они начинают генерировать сообщения HELLO, которые говорят о их присутствии в сети и их конфигурации. Однако маршрутизация пакетов начинает осуществляться не сразу - сначала маршрутизаторы должны синхронизировать свои маршрутные базы.

На протяжении интервала отказа маршрутизаторы продолжают посылать сообщения HELLO. Когда какой-либо маршрутизатор посылает такое сообщение, другие его получают и отмечают, что в локальной сети есть другой маршрутизатор. Когда они посылают следующее HELLO, они перечисляют там и своего нового соседа.

Когда период отказа маршрутизатора истекает, то маршрутизатор с наивысшим приоритетом и наибольшим идентификатором объявляет себя выделенным (а следующий за ним по приоритету маршрутизатор объявляет себя резервным выделенным маршрутизатором) и начинает синхронизировать свою базу данных с другими маршрутизаторами.

[pagebreak]

С этого момента времени база данных маршрутных объявлений каждого маршрутизатора может содержать информацию, полученную от маршрутизаторов других локальных сетей или из выделенных линий. Роб, например, вероятно получил информацию от Мило и Робина об их сетях, и он может передавать туда пакеты данных. Они содержат информацию о собственных связях маршрутизатора и объявления о связях сети.

Базы данных теперь синхронизированы с выделенным маршрутизатором, которым является Джон. Джон суммирует свою базу данных с каждой базой данных своих соседей - базами Фреда, Роба и Джеффа - индивидуально. В каждой синхронизирующейся паре объявления, найденные только в какой-либо одной базе, копируются в другую. Выделенный маршрутизатор, Джон, распространяет новые объявления среди других маршрутизаторов своей локальной сети.

Например, объявления Мило и Робина передаются Джону Робом, а Джон в свою очередь передает их Фреду и Джеффри. Обмен информацией между базами продолжается некоторое время, и пока он не завершится, маршрутизаторы не будут считать себя работоспособными. После этого они себя таковыми считают, потому что имеют всю доступную информацию о сети.

Посмотрим теперь, как Робин вычисляет маршрут через сеть. Две из связей, присоединенных к его портам, представляют линии T-1, а одна - линию 56 Кб/c. Робин сначала обнаруживает двух соседей - Роба с метрикой 65 и Мило с метрикой 1785. Из объявления о связях Роба Робин обнаружил наилучший путь к Мило со стоимостью 130, поэтому он отверг непосредственный путь к Мило, поскольку он связан с большей задержкой, так как проходит через линии с меньшей пропускной способностью. Робин также обнаруживает транзитную локальную сеть с выделенным маршрутизатором Джоном. Из объявлений о связях Джона Робин узнает о пути к Фреду и, наконец, узнает о пути к маршрутизаторам Келли и Джеффу и к их тупиковым сетям.

После того, как маршрутизаторы полностью входят в рабочий режим, интенсивность обмена сообщениями резко падает. Обычно они посылают сообщение HELLO по своим подсетям каждые 10 секунд и делают объявления о состоянии связей каждые 30 минут (если обнаруживаются изменения в состоянии связей, то объявление передается, естественно, немедленно). Обновленные объявления о связях служат гарантией того, что маршрутизатор работает в сети. Старые объявления удаляются из базы через определенное время.

Представим, однако, что какая-либо выделенная линия сети отказала. Присоединенные к ней маршрутизаторы распространяют свои объявления, в которых они уже не упоминают друг друга. Эта информация распространяется по сети, включая маршрутизаторы транзитной локальной сети. Каждый маршрутизатор в сети пересчитывает свои маршруты, находя, может быть, новые пути для восстановления утраченного взаимодействия.

Сравнение протоколов RIP и OSPF по затратам на широковещательный трафик

В сетях, где используется протокол RIP, накладные расходы на обмен маршрутной информацией строго фиксированы. Если в сети имеется определенное число маршрутизаторов, то трафик, создаваемый передаваемой маршрутной информацией, описываются формулой (1):

(1) F = (число объявляемых маршрутов/25) x 528 (байтов в сообщении) x
(число копий в единицу времени) x 8 (битов в байте)

В сети с протоколом OSPF загрузка при неизменном состоянии линий связи создается сообщениями HELLO и обновленными объявлениями о состоянии связей, что описывается формулой (2):

(2) F = { [ 20 + 24 + 20 + (4 x число соседей)] x
(число копий HELLO в единицу времени) }x 8 +
[(число объявлений x средний размер объявления) x
(число копий объявлений в единицу времени)] x 8,

где 20 - размер заголовка IP-пакета,

24 - заголовок пакета OSPF,

20 - размер заголовка сообщения HELLO,

4 - данные на каждого соседа.

Интенсивность посылки сообщений HELLO - каждые 10 секунд, объявлений о состоянии связей - каждые полчаса. По связям "точка-точка" или по широковещательным локальным сетям в единицу времени посылается только одна копия сообщения, по NBMA сетям типа frame relay каждому соседу посылается своя копия сообщения. В сети frame relay с 10 соседними маршрутизаторами и 100 маршрутами в сети (подразумевается, что каждый маршрут представляет собой отдельное OSPF-обобщение о сетевых связях и что RIP распространяет информацию о всех этих маршрутах) трафик маршрутной информации определяется соотношениями (3) и (4):

(3) RIP: (100 маршрутов / 25 маршрутов в объявлении) x 528 x
(10 копий / 30 сек) = 5 632 б/с

(4) OSPF: {[20 + 24 + 20 + (4 x 10) x (10 копий / 10 сек)] +
[100 маршрутов x (32 + 24 + 20) + (10 копий / 30 x 60 сек]} x 8 = 1 170 б/с

Как видно из полученных результатов, для нашего гипотетического примера трафик, создаваемый протоколом RIP, почти в пять раз интенсивней трафика, создаваемого протоколом OSPF.

Использование других протоколов маршрутизации

Случай использования в сети только протокола маршрутизации OSPF представляется маловероятным. Если сеть присоединена к Internet'у, то могут использоваться такие протоколы, как EGP (Exterior Gateway protocol), BGP (Border Gateway Protocol, протокол пограничного маршрутизатора), старый протокол маршрутизации RIP или собственные протоколы производителей.

Когда в сети начинает применяться протокол OSPF, то существующие протоколы маршрутизации могут продолжать использоваться до тех пор, пока не будут полностью заменены. В некоторых случаях необходимо будет объявлять о статических маршрутах, сконфигурированных вручную.

В OSPF существует понятие автономных систем маршрутизаторов (autonomous systems), которые представляют собой домены маршрутизации, находящиеся под общим административным управлением и использующие единый протокол маршрутизации. OSPF называет маршрутизатор, который соединяет автономную систему с другой автономной системой, использующей другой протокол маршрутизации, пограничным маршрутизатором автономной системы (autonomous system boundary router, ASBR).

В OSPF маршруты (именно маршруты, то есть номера сетей и расстояния до них во внешней метрике, а не топологическая информация) из одной автономной системы импортируются в другую автономную систему и распространяются с использованием специальных внешних объявлений о связях.

Внешние маршруты обрабатываются за два этапа. Маршрутизатор выбирает среди внешних маршрутов маршрут с наименьшей внешней метрикой. Если таковых оказывается больше, чем 2, то выбирается путь с меньшей стоимостью внутреннего пути до ASBR.

Область OSPF - это набор смежных интерфейсов (территориальных линий или каналов локальных сетей). Введение понятия "область" служит двум целям - управлению информацией и определению доменов маршрутизации.

Для понимания принципа управления информацией рассмотрим сеть, имеющую следующую структуру: центральная локальная сеть связана с помощью 50 маршрутизаторов с большим количеством соседей через сети X.25 или frame relay. Эти соседи представляют собой большое количество небольших удаленных подразделений, например, отделов продаж или филиалов банка.

Из-за большого размера сети каждый маршрутизатор должен хранить огромное количество маршрутной информации, которая должна передаваться по каждой из линий, и каждое из этих обстоятельств удорожает сеть. Так как топология сети проста, то большая часть этой информации и создаваемого ею трафика не имеют смысла.

Для каждого из удаленных филиалов нет необходимости иметь детальную маршрутную информацию о всех других удаленных офисах, в особенности, если они взаимодействуют в основном с центральными компьютерами, связанными с центральными маршрутизаторами. Аналогично, центральным маршрутизаторам нет необходимости иметь детальную информацию о топологии связей с удаленными офисами, соединенными с другими центральными маршрутизаторами.

В то же время центральные маршрутизаторы нуждаются в информации, необходимой для передачи пакетов следующему центральному маршрутизатору. Администратор мог бы без труда разделить эту сеть на более мелкие домены маршрутизации для того, чтобы ограничить объемы хранения и передачи по линиям связи не являющейся необходимой информации. Обобщение маршрутной информации является главной целью введения областей в OSPF.

В протоколе OSPF определяется также пограничный маршрутизатор области (ABR, area border router). ABR - это маршрутизатор с интерфейсами в двух или более областях, одна из которых является специальной областью, называемой магистральной (backbone area). Каждая область работает с отдельной базой маршрутной информации и независимо вычисляет маршруты по алгоритму OSPF.

Пограничные маршрутизаторы передают данные о топологии области в соседние области в обобщенной форме - в виде вычисленных маршрутов с их весами. Поэтому в сети, разбитой на области, уже не действует утверждение о том, что все маршрутизаторы оперируют с идентичными топологическими базами данных.

Маршрутизатор ABR берет информацию о маршрутах OSPF, вычисленную в одной области, и транслирует ее в другую область путем включения этой информации в обобщенное суммарное объявление (summary) для базы данных другой области. Суммарная информация описывает каждую подсеть области и дает для нее метрику. Суммарная информация может быть использована тремя способами: для объявления об отдельном маршруте, для обобщения нескольких маршрутов или же служить маршрутом по умолчанию.

Дальнейшее уменьшение требований к ресурсам маршрутизаторов происходит в том случае, когда область представляет собой тупиковую область (stub area). Этот атрибут администратор сети может применить к любой области, за исключением магистральной. ABR в тупиковой области не распространяет внешние объявления или суммарные объявления из других областей. Вместо этого он делает одно суммарное объявление, которое будет удовлетворять любой IP-адрес, имеющий номер сети, отличный от номеров сетей тупиковой области. Это объявление называется маршрутом по умолчанию.

Маршрутизаторы тупиковой области имеют информацию, необходимую только для вычисления маршрутов между собой плюс указания о том, что все остальные маршруты должны проходить через ABR. Такой подход позволяет уменьшить в нашей гипотетической сети количество маршрутной информации в удаленных офисах без уменьшения способности маршрутизаторов корректно передавать пакеты.

История и перспективы стека TCP/IP

---

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все RFC определяют стандарты.

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.

Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

Если в настоящее время стек TCP/IP распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT 3.5, NetWare 4.1, Windows 95) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.

Итак, лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:

* Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.
* Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
* Это метод получения доступа к сети Internet.
* Этот стек служит основой для создания intranet- корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet.
* Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.
* Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.
* Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер.

Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.

В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.

Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например, систему Kerberos.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.

Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.

Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.