Maršrutēšanas protokolu RIP un OSPF salīdzinājums

Bakalaura darbā „RIP un OSPF protokolu salīdzinājums” tiek definēta sekojoša problēma: veicot OSPF un RIP maršrutēšanas protokolu analīzi un salīdzinājumu, novērtēt katra protokola atbilstību mūsdienu datoru tīklu prasībām un definēt to pielietojuma sfēras.
Galvenie šī darba pētījuma objekti ir RIP un OSPF maršrutēšanas protokoli. Mūsdienās internetā izmanto vairākus maršrutēšanas protokolus. Interneta tīkls sastāv no autonomām sistēmām, katra no kurām tiek administrēta neatkarīgi no pārējām. Katrai autonomai sistēmai tiek izvēlēts savs maršrutēšanas protokols, ar kura palīdzību tiek realizēta sadarbība starp vienas AS maršrutētājiem. Šādu protokolu sauc par iekšējās maršrutēšanas protokolu IGP vai iekšdomēnu maršrutēšanas protokolu. Pētījuma objektu izvēle ir motivēta ar to, ka RIP un OSPF ir izplatītākie IGP protokolu saimes pārstāvji. Taču abu protokolu darbības algoritms un sarežģītības pakāpe ir atšķirīgi. RIP ir distanciāli-vektoriāls protokols, savukārt OSPF balstās uz posma stāvokļa algoritmu. SPF algoritms, uz kuru balstās OSPF protokola darbība, ir diezgan komplicēts: tiek ņemtas vērā visas servisa kvalitātes prasības. Šīs protokols apmierina lielāko daļu mūsdienu tīklu prasību. Savukārt, RIP maršrutēšanas algoritms ir pietiekami vienkāršs, lai varētu pilnīgi izprast maršrutēšanas svarīgākus aspektus un secīgi apskatīt visus notiekošus procesus. Kopumā šo divu protokolu analīze un salīdzinājums ļaus izprast maršrutēšanas jēdziena būtību un dažādu tīklu prasības. Savukārt balstoties uz veikto salīdzinājumu, var definēt katra protokola pielietojuma sfēras.

Darbā definēta problēma ir aktuāla, jo veidojot datoru tīklus, ir svarīgi apzināties tīkla kvalitātes prasības, resursus un pareizi izvēlēties maršrutēšanas metodi. Noteicošais mūsdienu tīklos ir OSPF protokols. Izstrādājot OSPF protokolu, tas tika uzskatīts par RIP protokola galveno alternatīvu, jo šīs distanciāli - vektoriāls protokols ir domāts tikai salīdzinoši nelieliem un viendabīgiem tīkliem. Tomēr RIP joprojām ir pietiekami izplatīts un aktuāls. Jaunās maršrutētāju prasības 1993. gada RFC definē, ka maršrutētājam, kurš realizē jebkura protokola dinamisko maršrutēšanu, jāatbalsta OSPF un RIP. Tātad visi mūsdienu maršrutēšanas OS ražotāji savās sistēmās atbalsta abus šos protokolus.

Pētījumu uzdevums un mērķis nav viennozīmīgi pateikt, kurš no šiem diviem maršrutētāju protokoliem ir labāks. Ir definēti vairāki darba uzdevumi:
a)izprast datoru tīklu maršrutēšanas jēdzienu;
b)veikt RIP un OSPF maršrutēšanas protokolu priekšrocību un trūkumu analīzi;
c)praktiski izpētīt protokolu darbību reālajos apstākļos;
d)darba rezultātos skaidri nodefinēt, kurš no maršrutēšanas protokoliem kāda veida tīkliem ir piemērots, balstoties uz datoru tīklu sekojošām īpašībām un prasībām: tīkla izmēra, struktūras, plānotas noslodzes, bojājumpiecietības prasībām u.c.

Darba struktūru veido četras nodaļas: datoru tīklu maršrutēšana, RIP maršrutēšanas protokols, OSPF maršrutēšanas protokols, RIP un OSPF protokolu darbības analīze. Pirmās trīs nodaļās ir pētījuma objektu analītisks apskats. Ceturtā nodaļa ir pētījumu daļa. Lai izprastu maršrutēšanas būtību, jābūt priekšzināšanām par procesiem datortīklos. Tādēļ pirmajā nodaļā tiek sniegts kopējais ieskats par datoru arhitektūru, definēti maršrutēšanas protokola jēdziens, protokolu veidi un prasības.
RIP un OSPF protokolu apraksta nodaļām ir vienotā struktūra. Sākumā sniegts īss vēsturisks pārskats. Tad tiek definēti attiecīgie svarīgākie maršrutēšanas jēdzieni. RIP protokolam tiek definēti sekojoši svarīgākie jēdzieni: maršrutētājs, RIP maršruts, RIP maršrutēšanas tabula, attāluma vektors. OSPF protokolam galvenie definēti sekojošie termini: maršrutētājs, maršrutēšanas apgabals un tabula, tīkls, apakštīkls, autonomā sistēma, maršruts, maršruta izvēle, OoS, metrika, aprakstīts maršrutēšanas algoritms. Tātad, nākošās nodaļās šos terminus var brīvi izmantot maršrutēšanas procesu aprakstā. Katras nodaļas beigās ir sniegts attiecīga protokola ziņojumu pakešu apraksts.

Pētījumu nodaļā galvenais pētījuma objekts ir tīkls ar noteiktu topoloģiju, kurā tika nokonfigurēts RIP, tad OSPF protokoli. Izpētes metodes pamatā ir RIP un OSPF tīklu simulēšana: katram protokolam tika veikta notiekošo maršrutēšanas procesu analīze, salīdzināta abu tīklu ātrdarbība, bojājumpiecietība, visu praktiski iegūtu rezultātu atbilstība teorētiskam aprakstam.

Pētījumu rezultātu kopsavilkumā ir aprakstīti analītiskās un pētījumu daļās iegūtie rezultāti, veikts maršrutēšanas protokolu salīdzinājums balstoties uz iegūtiem darbā rezultātiem, salīdzināti prasktiskajā daļā iegūtie dati ar teorijā aprakstītiem un definētas protokolu pielietojuma sfēras. Tika novērtēta katra protokola atbilstība sekojošām mūsdienu datoru tīklu maršrutēšanas protokolu prasībām: drošums, korektums, stabilitāte, vienkāršība, optimalitāte.

Darbā iegūtus rezultātus var izmantot datoru tīklu plānošanā: piemēram tīkla topoloģijas uzbūves plānošanai. Darba tēmai atbilstošā telekomunikāciju studiju programmas pārstāvētā zinātnes nozare ir „Telekomunikāciju un datoru tīkli” studiju programmas priekšmets.
1. DATORU TĪKLU MARŠRUTĒŠANA
Brīvā enciklopēdijā “Vikipēdija” maršrutēšana tiek definēta, ka maršruta izvēlē datu nosūtīšanai datortīklos. Reālā dzīvē maršrutēšana ietver sevī ne tikai maršruta izvēli, bet arī informācijas pārvietošanu no avota uz tās gala saņēmēju caur apvienotu tīklu. Tātad, maršrutēšana ietver sevī divus procesus:
a)optimālā maršruta noteikšanu;
b)pakešu pārsūtīšanu no avota līdz saņēmējam, ko sauc arī par komutāciju.
Maršrutēšanu bieži salīdzina ar tīklu apvienošanai ar tiltu, kurš pilda līdzīgas funkcijas. Galvenā atšķirība ir tā, ka apvienošana ar tiltu notiek ISO etalonmodeļa 2. slānī, bet maršrutēšana - 3. slānī. Tātad, maršrutēšana un apvienošana ar tiltu izmanto atšķirīgu informāciju un dažādus paņēmienus.
Lai izprastu maršrutēšanas būtību, jābūt priekšzināšanām par procesiem datortīklos, tādēļ šajā nodaļā tiks īsi aprakstīts OSI modelis, šī modeļa līmeņi, līmeņu protokoli, un datoru tīklu maršrutēšanas veidi. (2.- 41.)

1.1. Interneta tīkla protokoli

Ar Latvijas ZA Terminoloģijas komisiju termins „protokols” tiek definēts, ka semantisku un sintaktisku noteikumu kopums, kas nosaka datoru tīkla funkcionālo bloku darbību datu pārraides procesā. Datoru tīklos, kas veidoti atbilstoši atvērto sistēmu arhitektūras prasībām, protokols nosaka dažādu viena un tā paša slāņa entītiju uzvedību datu pārraides laikā.
Eksistē milzīgs daudzums dažādu protokolu, bet visi tie ir pieskaitāmi kādai no četrām protokolu grupām: LAN protokoli, WAN protokoli, tīkla protokoli un maršrutēšanas protokoli:
1)LAN protokoli operē OSI modeļa fiziskajā un datu posma slāņos un apraksta savienojumus starp dažādām LAN saskarnēm1. Saskarne ir funkciju kopa, kas nodrošina datu apmaiņu starp divām ierīcēm, divām lietojumprogrammām vai starp lietotāju un lietojumprogrammu.
2)WAN protokoli operē OSI modeļa pirmajos trijos slāņos un apraksta savienojumus starp dažādām WAN saskarnēm.
3)Maršrutēšanas protokoli ir tīkla slāņa protokoli, kas ir atbildīgi par maršrutu noteikšanu un datu plūsmu maršrutēšanu. OSPF un RIP ir šīs grupas protokoli.
4)Tīkla protokoli ir dažādi augstākā līmeņa protokoli. (2.-33.)
1.2. Atvērto sistēmu sadarbības modeļa OSI līmeņi

Atvērto sistēmu sadarbības modelis tika izstrādāts ar starptautisko standartizācijas organizāciju ISO 1979. gadā, 1984. gadā pieņemts par tīklu komunikāciju starptautisko standartu un pašlaik tas tiek uzskatīts par primāru arhitektūras modeli datoru sadarbībā.
OSI modelis sastāv no septiņiem slāņiem. Katrs slānis nosaka specifiskas tīkla funkcijas. OSI modelis sadala uzdevumus, kas saistīti ar informācijas pārvietošanu starp tīklā saslēgtiem datoriem septiņās sīkākās, daudz vieglāk pārvaldāmās uzdevumu grupās. Katrs uzdevums vai uzdevumu grupa tiek piesaistīta kādam no septiņiem OSI modeļa slāņiem. Slāņi ir neatkarīgi, kas ļauj viena slāņa uzdevumus pārveidot, neizsaucot citu slāņu uzdevumu pārveidošanu.
Būtībā OSI modelis sastāv no diviem mazākiem modeļiem:
a)horizontālais modelis – uz protokolu pamata, nodrošina dažādu sistēmu programmatūras un procesu sadarbību;
b)vertikālais modelis – uz pakalpojumu pamata, kuri tiek nodrošināti ar blakusesošiem slāņiem. (2.-373.)

OSI modeļa slāņi:
1)Lietojumslānis (7) – lietojumslānis tieši sadarbojās ar aplikācijām. Tas pārraida failus, apmainās ar pasta ziņojumiem un pārvalda tīklu. Pastāv divi lietojumslāņa līmeņi, kas ietver sevī TCP/IP aplikācijas, tādas kā Telnet, FTP un SMTP, un OSI aplikācijas, piemēram, FTAM, VTP un CMIP. (8.-658.)
2)Pasniegšanas slānis (6) - pasniegšanas slānis nodrošina sadarbību starp darba staciju aplikācijām. Tas ietver sevī vairākas kodēšanas un datu pārveidošanas funkcijas. Šo funkciju galvenais uzdevums ir nodrošināt, lai informācija, kas ir nosūtīta no vienas aplikācijas, būtu saprotama un lasāma otras sistēmas aplikācijai.
3)Sesijas (seansa) slānis (5) – sesijas slānis nodibina, vada un pārtrauc sesijas starp saņēmēja darba stacijām. Sesijas slāņa protokoli parasti ir trīs augstāko slāņu protokolu sastāvdaļas. Sesijas slāņa protokolu piemēri: ZIP, SCP, AppleTalk2.
4)Transporta slānis (4) – transporta slānis sadala datu plūsmu pārraidei uz tīkla slāni. Transporta slāņa funkcijas iekļauj plūsmas kontroli, multipleksēšanu, virtuālo savienojumu vadību un kļūdu pārbaudes un labošanas mehānismus. Izplatītākie transporta slāņa protokoli ir TCP – pārraides vadības protokols, NCP, SPX, TP4.

5)Tīkla slānis (3) - tīkla līmenis nodrošina datu pārraidi no avota uz galapunktu caur vienu vai vairākiem tīkliem, kamēr tiek apstrādāts transporta līmeņa QoS pieprasījums. Tīkla līmenis veic tīklu maršrutēšanu, plūsmas kontroli, segmentēšanu, kļūdu kontroli. Maršrutētāji darbojas šajā līmenī – sūta datus caur paplašinātu tīklu un nodrošina Internetu. Pazīstamākais tīkla līmeņa protokols ir IP. (8.-399.)
6)Datu posma slānis (2) - datu posma slānis nodrošina datu pārraidi pa fizisko slāni. Tās ietver sevī fizisko adresāciju, tīkla topoloģiju (datu posma slāņa specifikācijā), kļūdu apstrādes mehānismus (informē augstākos OSI slāņus par kļūdu rašanos), pārsūtītu kadru sakārtošanu un plūsmas kontroli (kontrolē tīkla noslodzi).
7)Fiziskais slānis (1) – Fiziskais slānis saņem paketes no kanāla līmeņa un pārveido tos optiskos un elektriskos signālos (0 un 1), šādi tas aktivizē un uzturētu fizisko savienojumu starp sistēmām. Slāņa specifikācijas definē sekojošus lielumus: voltāžas stiprumu, izmaiņu laika ietilpību, fiziskos datu pārsūtīšanas ātrumus, maksimālos pārraides attālumus un fizisko savienojumu kabeļu tipus. Izplatītākās specifikācijas ir Ethernet3, Token ring4. (8.-114.)
OSI modeļa shēmu sk. 1 pielikumā. (8.-62.)
Pārraidot informāciju no viena datora uz otru, dati tiek pārraidīti caur visiem OSI modeļa slāņiem virzienā. Katrs OSI slānis pamatā komunicējas ar trijiem citiem slāņiem: ar slāni tieši virs tekošā, ar slāni tieši zem tekošā un ar savu vienranga slāni pretējā sistēmā (sk. 1.1. att.).
OSI modeļa slāņi izmanto dažādas kontroles informācijas formas, lai sazināties ar sava ranga slāni citā datorsistēmā. Šī kontroles informācija sastāv no specifiskiem pieprasījumiem un instrukcijām, ar kurām apmainās viena līmeņa OSI slāņi dažādās sistēmās.
Kontroles informācija parasti pieņem vienu no divām formām: virsraksta vai noslēguma. Datiem, kas tiek nodoti no augstākiem slāņiem, virsraksti tiek pievienotas priekšā, bet noslēgumi tiek pievienoti datiem beigās.…