По вашему запросу ничего не найдено :(
Убедитесь, что запрос написан правильно, или посмотрите другие
наши статьи:
REST API – один из самых распространенных типов доступных веб-сервисов, но проектировать их сложно. Они позволяют разным клиентам, включая браузер, настольные приложения, мобильные приложения и практически любое устройство с подключением к Интернету, взаимодействовать с сервером. Именно поэтому очень важно правильно проектировать REST API, чтобы в будущем не было проблем.
Создание API с нуля может оказать непосильной задачей из-за большого количества вещей, которые необходимо учесть – от базовой безопасности до использования правильных методов HTTP, реализации аутентификации, определения того, какие запросы и ответы среди многих других принимаются и возвращаются. В этой статье я очень постарался сжать материал в 15 пунктов с важными рекомендациями, которые позволят создать хороший API. Все рекомендации никак не зависят от языка, поэтому потенциально применимы к любой платформе или технологии.
1. Обязательно используйте имена существительные в названиях путях к конечным точкам
Вам всегда следует использовать имена существительные, которые обозначают объект, который вы извлекаете или которым вы манипулируете. В качестве имени пути всегда предпочтительнее использовать множественное число. Избегайте использования глаголов в названиях путях к конечным точкам, потому что наш метод HTTP-запроса уже является глаголом и по сути не добавляет никакой новой информации.
Действие должно быть произведено с помощью методов HTTP-запроса. Наиболее распространенными являются методы GET, POST, PATCH, PUT и DELETE.
GET извлекает ресурсы
POST отправляет новые данные на сервер
PUT/PATCH модифицируют уже существующие данные
DELETE удаляет данные
Глаголы сопоставляются с функциями CRUD (Create, read, update и delete).
Помня об этих принципах, мы должны создавать маршруты типа GET /books для получения списка книг, а не GET /get-books или GET /book. Аналогично, POST /books - для добавления новой книги, PUT /books/:id - для модификации полных данных книги с заданным идентификатором (id), а PATCH /books/:id обновляет частичные изменения в книге. И наконец, DELETE /books/:id предназначен для удаления существующей книги в заданным идентификатором.
2. JSON как основной формат отправки и получения данных
Несколько лет назад прием и ответы на запросы API выполнялись в основном в XML. Но сейчас «стандартным» форматом для отправки и получения данных API в большинстве приложений стал JSON. Поэтому наш второй пункт рекомендует убедиться, что конечные точки возвращают формат данных JSON в качестве ответа, а также при приеме информации через полезную нагрузку HTTP-сообщений.
Несмотря на то, что FormData хорошо подходит для отправки данных от клиента, особенно если нам нужно отправлять файлы, они не очень подходят для текста и чисел. Нам не нужны FormData для их передачи, так как в большинстве фреймворков можно передавать JSON непосредственно на стороне клиента. При получении данных от клиента нам необходимо убедиться, что клиент правильно интерпретирует данные JSON, и для этого при выполнении запроса в заголовке ответа Content-Type должен быть установлен на application/json.
Стоит еще раз упомянуть исключение, когда мы пытаемся отправлять и получать файлы между клиентом и сервером. В этом конкретном случае нам необходимо обрабатывать файл ответа и отправлять FormData с клиента на сервер.
3. Используйте коды состояний HTTP
Коды состояний HTTP всегда полезно использовать для того, чтобы указать на выполнение или невыполнение запроса. Не используйте слишком много кодов состояний и всегда используйте одни и те же коды для одних и тех же результатов в API. Вот некоторые примеры:
200 – общее выполнение
201 – успешное создание
400 – неверные запросы от клиента, такие как неверные параметры
401 – несанкционированные запросы
403 – отсутствие прав доступа к ресурсам
404 – отсутствуют ресурсы
429 – слишком много запросов
5хх – внутренние ошибки (их следует избегать насколько это возможно)
В зависимости от ситуаций их может быть и больше, но ограничение количества кодов состояний помогает клиенту использовать более предсказуемый API.
4. Возвращайте стандартизированные сообщения
Помимо использования кодов состояния HTTP, которые указывают на результат запроса, всегда используйте стандартизированные ответы для аналогичных конечных точек. Пользователи могут всегда рассчитывать на одинаковую структуру и действовать соответственно. Это также относится к статусу, указывающему на выполнение запроса, и сообщениях об ошибках. В случае выборки коллекций придерживайтесь определенного формата, независимо от того, включает ли тело ответа массив данных, подобный этому:
[
{
bookId: 1,
name: "The Republic"
},
{
bookId: 2,
name: "Animal Farm"
}
]
или вот такой комбинированный ответ:
{
"data": [
{
"bookId": 1,
"name": "The Republic"
},
{
"bookId": 2,
"name": "Animal Farm"
}
],
"totalDocs": 200,
"nextPageId": 3
}
Здесь рекомендация заключается в том, чтобы быть последовательным независимо от того, какой подход вы выберете для этого. Аналогичное поведение должно быть реализовано при извлечении объекта, а также при создании и модификации ресурсов, которым обычно рекомендуется возвращать последний экземпляр объекта.
// Ответ после успешного вызова POST /books
{
"bookId": 3,
"name": "Brave New World"
}
Хоть это и никак не навредит, но все же излишнем будет включать универсальное сообщение, например, «Книга успешно создана», так как это уже следует из кода состояния HTTP.
И последнее, но не менее важное: при наличии стандартного формата ответа коды ошибок также важны (и даже более важные). Это сообщение должно включать информацию, которую клиент может использовать для представления ошибок конечному пользователю, а соответственно, это должно быть не общее предупреждение, такое как «то-то пошло не так», которого следует избегать, насколько это возможно. Вот пример:
{
"code": "book/not_found",
"message": "A book with the ID 6 could not be found"
}
Опять же, нет необходимости включать код состояния в содержимое ответа, но полезно определить набор кодов ошибок, таких как book/not_found, чтобы пользователь мог сопоставить их с разными строками и создать свое собственное сообщение об ошибке для конечного пользователя. В частности, для сред разработки или промежуточных сред может показаться правильным также включить стек ошибок в ответ с целью помочь в отладке ошибок. Но не включайте те, что находятся в промышленной эксплуатации, так как это создаст угрозу безопасности, раскрывая незапланированную информацию.
5. Используйте разбиение на страницы, фильтрацию и сортировку при выборе коллекций записей
Как только будет создана конечная точка, которая возвращает список элементов, необходимо будет установить разбиение на страницы. Обычно коллекции со временем растут, поэтому важно всегда следить за тем, чтобы возвращалось ограниченное и контролируемое количество элементов. Справедливо будет позволить пользователям API выбирать, сколько объектов получить, но всегда полезно заранее определить число и установить для него максимум. Основная причина, почему нужно это сделать, заключается в том, что для возврата огромного массива данных потребуется очень много времени и большая пропускная способность.
Для реализации нумерации страниц есть два хорошо известных способа: skip/limit или keyset. Первый вариант обеспечивает более удобный для пользователя способ извлечения данных, но обычно он менее эффективен, так как базы данных сканируют множество документов для извлечения нужных записей. Мне больше нравится второй вариант. Разделения на страницы с помощью keyset получает идентификатор (id) в качестве ссылки для «вырезания» коллекции или таблицы с условием без сканирования записей.
Также API должны предоставлять фильтры и возможности сортировки, которые упрощают способы получения данных. Частью решения повышения производительности являются индексные базы данных, которые позволяют максимизировать производительность при помощи шаблонов доступа, которые применяются с фильтрами и параметрами сортировки.
При проектировании API эти свойства разбиения на страницы, фильтрации и сортировки определяются как параметры запроса в URL-адресе. Например, если вы хотим получить информацию о первых 10 книгах, принадлежащих к категории «роман», то наша конечная точка будет выглядеть вот так:
GET /books?limit=10&category=romance
6. PATCH вместо PUT
Маловероятно, что необходимо будет сразу полностью обновить всю запись, обычно есть конфиденциальные или полные записи, которые следует уберечь от манипуляций пользователя. Именно поэтому для выполнения частичных обновлений ресурса следует использовать PATCH, а вот PUT полностью меняет существующий ресурс. Они оба должны использовать тело запроса для передачи информации, подлежащей модификации. Разница лишь в том, что для PATCH это поля, а для запроса PUT – полный объект. Тем не менее, стоит отметить, что ничто не мешает нам использовать PUT для частичной модификации, нет никаких «ограничений на передачу по сети», которые бы это подтверждали. Это просто факт, которого стоит придерживаться.
7. Предоставьте более подробные ответы
Шаблоны доступа являются ключевыми при создании доступных ресурсов API и возвращаемых данных. Когда система растет, то и свойства записи также растут, но не всегда все эти свойства нужны клиентам для работы. Именно в таких ситуациях становится полезным предоставление возможности возвращать сокращенные или полные ответы для одной и той же конечной точки. Если пользователю нужны только некоторые поля, то упрощенный ответ помогает снизить расход трафика и потенциально сложность получения других вычисляемых полей.
Простой способ реализовать – предоставить дополнительный параметр запроса, чтобы включить или отключить предоставление более подробного ответа.
GET /books/:id
{
"bookId": 1,
"name": "The Republic"
}GET /books/:id?extended=true
{
"bookId": 1,
"name": "The Republic"
"tags": ["philosophy", "history", "Greece"],
"author": {
"id": 1,
"name": "Plato"
}
}
8. Обязанность конечной точки
Принцип единственной обязанности фокусируется на концепции удержания функции, метода или класса на одной обязанности, которую они выполняют хорошо. Мы можем сказать, что это наш API - хороший API, если он выполняет одну конкретную вещь и никогда не меняется. Это помогает пользователям лучше понять наш API и сделать его более предсказуемым, что облегчит общую интеграцию. Лучше всего расширить список доступных конечных точек, а не создавать очень сложные конечные точки, которые пытаются решить множество задач одновременно.
9. Предоставьте полную документацию по API
Пользователи вашего API должны понимать, как использовать доступные конечные точки и чего ожидать. Это возможно только при наличии хорошей и подробной документации. Обратите внимание на следующие аспекты, чтобы ваша документация была полной.
Доступные конечные точки с описанием их назначения
Права доступа, необходимые для выполнения конечной точки
Примеры вызовов и ответов
Сообщения о предполагаемых ошибках
Немаловажным является постоянное обновление документации после внесения изменений и дополнений в систему. Лучший способ для этого – сделать документацию по API неотъемлемой частью разработки. Двумя хорошо известными инструментами в данном вопросе являются Swagger и Postman – они доступны для большинства сред разработки API.
10. Используйте SSL для обеспечения безопасности и настройте CORS
Безопасность – еще одно очень важной свойство, которым должен обладать наш API. Настройка SSL путем установки действительного сертификата на сервер обеспечит безопасную связь с пользователями и предотвратит некоторые виды потенциальных атак.
CORS (Cross-origin resource sharing – Обмен ресурсами с запросом происхождения) – это функция безопасности браузера, которая ограничивает HTTP-запросы из различных источников, которые инициируются сценариями, запущенными в браузере. Если ресурсы вашего REST API получают непростые HTTP-запросы из разных источников, то вам нужно включить поддержку CORS для того, чтобы пользователи работали соответствующим образом.
Протокол CORS требует, чтобы браузер отправил предварительный запрос на сервер и дождался утверждения (или запрос учетных данных) с сервера перед отправкой фактического запроса. Запрос предварительной проверки отображается в API как HTTP-запрос, использующий метод OPTIONS (среди других заголовков). Значит, для поддержки CORS в ресурсе REST API необходимо реализовать метод OPTIONS, который будет отвечать на предварительный запрос, по крайней мере, со следующими заголовками ответа, предусмотренными стандартом Fetch:
Access-Control-Allow-Methods
Access-Control-Allow-Headers
Access-Control-Allow-Origin
Какие значения назначать этим ключам, зависит от того, настолько открытым и гибким должен быть наш API. Мы можем назначить определённые методы и известные источники или использовать специальные символы, чтобы иметь открытые ограничения CORS.
11. Управление версиями API
В процессе разработки конечные точки начинают меняться и перестраиваться. Но мы должны, насколько это возможно, избегать внезапного изменения конечных точек для пользователя. Рекомендуется рассматривать API как ресурс с обратной совместимость, в котором новые и обновленные конечные точки должны быть доступны, но не должны влиять на предыдущие стандарты.
Вот где управление версиями API приходит на помощь – когда клиенты должны иметь возможность выбирать, к какой версии подключаться. Есть несколько способов описать управление версиями API:
Добавление нового заголовка x-version=v2
Наличие параметра запроса ?apiVersion=2
Версия как часть URL: /v2/books/:id
12. Кэшируйте данные для повышения производительности
Чтобы повысить производительность нашего API, полезно следить за данными, которые редко меняются и к которым часто обращаются. Для таких данных мы можем рассмотреть возможность использования базы данных в памяти или кэш-памяти, которая избавит от доступа к основной базе данных. Главная проблема здесь заключается в том, что данные могут устареть, поэтому следует решить вопрос с внедрением последней версии.
Использование кэшированных данных будет полезным для пользователей для загрузки конфигураций и каталогов информации, которые не предназначены для постоянного изменения в течение долгого времени. При использовании кэширования не забудьте включить Cache-Control в заголовки. Это поможет пользователям эффективно использовать систему кэширования.
13. Используйте даты в формате UTC
Сложно представить системы, которые в какой-то момент перестает работать из-за дат. На уровне данных важно быть логичным в том, как даты отображаются на клиентских приложениях. ISO 8601 – это международный стандартный формат данных для даты и времени. Данные должны быть в формате Z или UTC, для которых пользователи могут могли бы выбрать часовой пояс в случае, если такая дата должны отображаться при любых условиях. Вот пример того, как должны выглядеть даты:
{
"createdAt": "2022-03-08T19:15:08Z"
}
14. Конечная точка проверки работоспособности
Может произойти ситуация, когда наш API перестанет работать, и для его запуска потребуется время. При таких обстоятельствах клиенты хотят знать, что службы недоступны, и быть в курсе ситуации. Для этого предоставьте конечную точку (например, GET /health), которая бы определяла работоспособность API. Эта конечная точка может вызываться и другими приложениями, такими как балансировщики нагрузки. Можно продвинуться еще дальне и сообщать о периодах технического обслуживания или работоспособности частей API.
15. Разрешите аутентификацию по ключу API
Аутентификация с помощью ключей API даст возможность сторонним приложениям легко создавать интеграцию с нашим API. Эти ключи API следует передавать с помощью пользовательского заголовка HTTP (например, Api-Key или X-Api-Key). Ключи должны иметь дату окончания срока действия, и должна быть возможность их отозвать с целью признания недействительными по соображениям безопасности.
В 2013 году была опубликована версия OSPF для маршрутизации IPv6. Известный как OSPFv3, он был первоначально указан в RFC 2740, который позже был заменен на RFC 5340 и обновлен более поздними стандартами.
Маршаллинг данных в OSPF
Как и многие другие протоколы, разработанные на заре проектирования сетей, OSPF был разработан для минимизации вычислительной мощности, памяти и полосы пропускания, необходимых для передачи информации о маршрутизации IPv4 по сети. Два конкретных выбора, сделанных на ранних этапах процесса проектирования OSPF, отражают эту озабоченность по поводу использования ресурсов:
OSPF использует поля фиксированной длины для упорядочивания данных, а не TLV. Это экономит накладные расходы на перенос дополнительных метаданных в виде заголовков Type Length Value (TLV), снижает требования к обработке, позволяя сопоставлять структуры данных фиксированного размера в памяти с пакетами по мере их приема с канала связи, и уменьшает размер данных OSPF на линии.
OSPF разбивает базу данных топологии на несколько типов данных, а не полагается на один LSP с TLV. Это означает, что каждый вид информации - доступность, топология и т. д. - передается в уникальном формате пакета.
Каждый тип информации, которую OSPF может нести, переносится в разном типе Link State Advertisement (LSA). Вот некоторые из наиболее примечательных типов LSA:
Тип 1: код 0x2001, Router LSA
Тип 2: код 0x2002, Network LSA
Тип 3: код 0x2003, Inter-Area Prefix LSA
Тип 4: код 0x2004, Inter-Area Router LSA
Тип 5: код 0x4005, AS-external LSA
Тип 7: код 0x2007, Type-7 (NSSA) LSA
Существует ряд других типов LSA, включая непрозрачные данные, членство в группе многоадресной рассылки и LSA с лавинной рассылкой (например, для одного соседа, одного канала или одного домена лавинной рассылки).
Каждый маршрутизатор OSPF генерирует ровно один Router LSA (тип 1). Этот LSA описывает любых соседей, примыкающих к объявляемому маршрутизатору, а также любые подключенные достижимые пункты назначения. Состояние каналов связи на этих соседей и пунктов назначения определяется из объявления соседей и пункта назначения. Несмотря на фразу «состояние канала», каналы не объявляются как отдельная «вещь» (это часто вызывает путаницу). Если Router LSA становится слишком большим, чтобы поместиться в один IP-пакет (из-за MTU канала), он будет разделен на несколько IP-фрагментов для передачи от маршрутизатора к маршрутизатору. Каждый маршрутизатор повторно собирает весь Router LSA перед его локальной обработкой и лавинно рассылает весь Router LSA, если он изменяется.
OSPF также использует несколько разных типов пакетов - они не совпадают с типами LSA. Скорее, их можно рассматривать как разные «службы» в OSPF или, возможно, как разные «номера портов», выполняемые поверх протокола User Datagram Protocol (UDP) или протокола Transmission Control Protocol (TCP).
Hello - это тип 1. Они используются для обнаружения и сохранения соседей.
Database Descriptor (DBD) относится к типу 2. Они используются для описания таблицы локальной топологии.
Link State Request (LSR) относится к типу 3. Они используются для запроса определенных объявлений состояния канала от соседнего маршрутизатора.
Link State Update (LSU) относится к типу 4. Они используются для передачи объявлений состояния канала.
Link State Acknowledgment - это тип 5. Это просто список заголовков LSA. Любой LSA, указанный в этом пакете, подтверждается как полученный передающим маршрутизатором.
Обнаружение соседей и топологии
В качестве протокола состояния канала OSPF должен гарантировать, что каждый маршрутизатор в пределах области (flooding domain) имеет одну и ту же базу данных для расчета loop-free путей. Любое изменение в базе данных общей топологии может привести к возникновению зацикливания маршрутизации, который будет длиться до тех пор, пока существует изменение в базе данных общей топологии. Таким образом, одной из целей формирования соседей OSPF является обеспечение надежной flooding рассылки информации о топологии через сеть. Вторая причина формирования соседей OSPF - обнаружение топологии сети путем определения того, какие маршрутизаторы находятся рядом с локальным маршрутизатором. На рисунке 1 показан процесс формирования соседей OSPF.
На рисунке 1:
B отправляет пакет приветствия к A.
Поскольку приветствие B содержит пустой список видимых соседей, A переводит B в состояние инициализации и добавляет B в список видимых соседей.
A передает приветствие B в списке видимых соседей.
B получает приветствие от A и отправляет приветствие с A в списке видимых соседей.
A получает это приветствие. Поскольку сам A находится в списке соседей, A помещает B в двустороннее состояние. Это означает, что A проверил наличие двусторонней связи между собой и B.
Если по этой линии избираются DR и BDR, то выборы происходят после шага 5. Как только выборы завершены, DR и BDR переводятся в состояние exstart. Во время этого состояния ведущий и ведомый выбираются для обмена DBDS и LSA. По сути, мастер управляет потоком DBDS и LSA между новыми соседними маршрутизаторами. Соседние маршрутизаторы на канале point-to-point технически переходят непосредственно в состояние full state в этой точке.
B переведен в состояние обмена.
A отправляет B набор DBD с описанием своей базы данных. B отправляет набор DBD с описанием своей базы данных в A.
A отправляет запрос состояния канала B для каждого LSA, описанного B, и A не имеет его копии в своей локальной таблице топологии.
B отправляет LSA для каждого запроса Link State (LS) от A.
11. Как только базы данных синхронизируются, B переводится в full state.
Процесс формирования соседей OSPF проверяет MTU на обоих концах линии связи, передавая MTU исходящего интерфейса в hello сообщении. Если два hello-пакета не совпадают по размеру MTU, два маршрутизатора OSPF не образуют смежности.
Надежная лавинная рассылка.
OSPF должен не только гарантировать завершение первоначального обмена информацией о топологии, но также гарантировать, что текущие изменения в топологии сети будут переданы на каждый маршрутизатор во flooding domain. На рисунке 2 показан заголовок LSA OSPF. Изучение этого заголовка поможет нам понять, как OSPF надежно массово рассылает информацию о топологии и доступности через сеть.
На рисунке 2:
LS Age - это (примерно) количество секунд с момента создания Link State Advertisement. Это число идет увеличивается, а не уменьшается. Когда LS Age достигает значения MAXAGE (на любом маршрутизаторе, а не только на исходном маршрутизаторе), маршрутизатор увеличивает порядковый номер на 1, устанавливает для LS Age максимальное число и повторно загружает LSA по всей сети. Это позволяет удалить старую информацию о топологии и доступности, которая не обновлялась некоторое время. Маршрутизатор, который инициирует какой-либо конкретный LSA, обновит свои LSA за некоторое количество секунд до того, как это поле LSA Age достигнет максимума- это интервал обновления LS.
Link State Identifier - это уникальный идентификатор, присвоенный исходным маршрутизатором для описания этого LSA. Обычно это адрес канала или какой-либо адрес локального уровня канала (например, Ethernet Media Access Control (MAC-адрес).
Advertising Router - это идентификатор маршрутизатора-отправителя. Его часто путают с IP-адресом, поскольку он часто является производным от локально настроенного IP-адреса, но это не IP-адрес.
Link State Sequence Number указывает версию LSA. Как правило, более высокие числа означают более новые версии, хотя существуют более ранние версии OSPF, в которых используется круговое числовое пространство, а не абсолютно увеличивающееся. Реализации, которые используют абсолютно увеличивающееся числовое пространство, перезапускают процесс OSPF, если достигнут конец числового пространства.
Link State Checksum - это контрольная сумма, вычисляемая для LSA, используемая для обнаружения ошибок при передаче или хранении информации.
Рисунок 3 используется для изучения процесса flooding рассылки.
На рисунке 3:
Линия связи на 2001: db8: 3e8: 100 :: / 64 настроена, запущена, подключена и т. д.
A перестраивает свой Router LSA (тип 1), чтобы включить эту новую информацию о доступности, упаковывает его в LSU (который может быть фрагментирован при размещении в IP-пакеты) и лавинно рассылает его B.
B получает это LSA и подтверждает его получение подтверждением состояния канала (link state acknowledgment). A повторно отправит LSA, если B не подтвердит его достаточно быстро.
Теперь B проверит свою таблицу топологии, чтобы определить, является ли этот LSA новым или копией уже имеющегося. B определяет это в первую очередь путем изучения порядкового номера, включенного в сам LSA. Если это новый (или обновленный) LSA, B инициирует тот же процесс для лавинной рассылки измененного LSA в C.
Подведение итогов об OSPF
OSPF можно описать как:
Изучение доступных пунктов назначения через конфигурацию и локальную информацию (проактивный протокол)
Использование лавинной рассылки для синхронизации базы данных в каждой промежуточной системе в домене лавинной рассылки (протокол состояния канала)
Расчет путей без петель с использованием алгоритма SPF Дейкстры
Проверка двусторонней связи при формировании соседей путем переноса списка «видимых соседей» в своих пакетах приветствия.
Проверка MTU при формировании смежности путем переноса MTU в приветственном пакете
OSPF широко используется в малых и крупных сетях, включая розничную торговлю, поставщиков услуг, финансовые и многие другие предприятия.
Общие элементы OSPF и IS-IS
В предыдущих лекциях были рассмотрены аспекты, отличающие OSPF и IS-IS друг от друга. Однако есть ряд вещей, которые OSPF и IS-IS реализовали достаточно схожими способами, чтобы рассматривать их решения как простые варианты. К ним относятся обработка каналов с множественным доступом, концепция Shortest Path Tree и способ way two-way.
Каналы с множественным доступом
Каналы с множественным доступом, такие как Ethernet, - это каналы, по которым подключенные устройства «совместно используют» доступную полосу пропускания, и каждое устройство может отправлять пакеты напрямую любому другому устройству, подключенному к тому же каналу. Каналы с множественным доступом создают особые проблемы для протоколов, которые синхронизируют базу данных по каналу.
Рассмотрим рисунок 3 для понимания.
Один из вариантов, который протокол может использовать при работе по каналу с множественным доступом, - это просто сформировать смежности, как это обычно происходит по каналу «точка-точка» (point-to-point). Например, на рисунке 3:
A может образовывать смежность с B, C и D.
B может образовывать смежность с A, C и D.
C может образовывать смежность с A, B и D.
D может образовывать смежность с A, B и C
Если используется этот шаблон формирования смежности, когда A получает новый фрагмент LSP (IS-IS) или LSA (OSPF) от некоторого маршрутизатора, не подключенного к совместно используемому каналу:
A передаст новый фрагмент или LSA по отдельности B, C и D.
Когда B получает фрагмент или LSA, он передаст новый фрагмент или LSA в C и D отдельно.
Когда C получает фрагмент или LSA, он передает новый фрагмент или LSA D.
Учитывая передачу каждого фрагмента или LSA, а также следующий CSNP или подтверждение, чтобы гарантировать синхронизацию локальной базы данных на каждом маршрутизаторе, большое количество пакетов должно пересекать совместно используемый канал, чтобы гарантировать синхронизацию базы данных каждого устройства. Чтобы уменьшить переполнение каналов множественного доступа, IS-IS и OSPF выбирают одно устройство, которое отвечает за обеспечение того, чтобы каждое устройство, подключенное к каналу, имело синхронизированную базу данных. На рисунке 3 для IS-IS:
Одно устройство выбрано для управления лавинной рассылкой по каналу. В IS-IS это устройство называется выделенной промежуточной системой (Designated Intermediate System - DIS).
Каждое устройство с новой информацией о состоянии канала отправляет фрагмент на адрес многоадресной рассылки, чтобы каждое устройство в общем канале получило его. Ни одно из устройств, подключенных к каналу, не отправляет никаких подтверждений при получении обновленного фрагмента.
DIS регулярно отправляет копию своего CSNP на один и тот же адрес многоадресной рассылки, поэтому каждое устройство в канале множественного доступа получает его копию.
Если какое-либо устройство на общем канале обнаружит, что в нем отсутствует какой-то конкретный фрагмент, на основе описания базы данных DIS в CSNP, оно отправит PSNP в канал, запрашивая недостающую информацию.
Если какое-либо устройство в общем канале обнаружит, что у него есть информация, которой нет у DIS, на основе описания базы данных DIS в CSNP, оно перенаправит недостающий фрагмент в канал.
Таким образом, новая информация о состоянии канала передается по линии минимальное количество раз. На рисунке 3 для OSPF:
Для управления лавинной рассылкой по каналу выбирается одно устройство, называемое назначенным маршрутизатором (Designated Router - DR). Также выбирается резервное устройство, называемое резервным назначенным маршрутизатором (Backup Designated Router - BDR).
Каждое устройство с новой информацией о состоянии канала пересылает ее на специальный адрес многоадресной рассылки, контролируемый DR и BDR (маршрутизаторами, работающими только как DR).
DR получает этот LSA, проверяет его, чтобы определить, содержит ли он новую информацию, а затем повторно загружает его на многоадресный адрес, который прослушивают все маршрутизаторы OSPF на канале (все маршрутизаторы SPF).
Однако выбор DIS или DR не влияет только на лавинную передачу информации по каналу множественного доступа. Это также влияет на способ вычисления SPF через канал. Рисунок 4 показывает это.
На рисунке 4 A выбран в качестве DIS или DR для схемы множественного доступа. A не только гарантирует, что каждое устройство в канале имеет синхронизированную базу данных, но также создает псевдоузел или p-узел и объявляет его, как если бы это было реальное устройство, подключенное к сети. Каждый из маршрутизаторов, подключенных к совместно используемому каналу, объявляет о возможности подключения к p-узлу, а не к каждой из других подключенных систем.
В IS-IS A создает LSP для p-узла. Этот p-узел объявляет канал с нулевой стоимостью обратно каждому устройству, подключенному к каналу множественного доступа. В OSPF A создает Network LSA (тип 2).
Без этого p-узла сеть выглядит как full mesh (полная сетка) для других промежуточных систем в домене лавинной рассылки, как показано в левой части рисунка 4. С p-узлом сеть выглядит как hub-and-spoke с p-узлом в качестве концентратора. Каждое устройство объявляет канал на p-узел, при этом стоимость канала устанавливается равной стоимости локального интерфейса для совместно используемого канала. В свою очередь p-узел возвращает канал с нулевой стоимостью обратно на каждое устройство, подключенное к общему каналу. Это снижает сложность вычисления SPF для крупномасштабных каналов с множественным доступом.
Концептуализация связей, узлов и достижимости в протоколах состояний каналов
Один сбивающий с толку аспект протоколов состояния каналов - это то, как узлы, каналы и достижимость взаимодействуют друг с другом. Рассмотрим рисунок 5.
И в OSPF, и в IS-IS узлы и каналы используются как Shortest Path Tree, как показано более темными сплошными линиями. Пунктирные линии показывают, как информация о доступности прикрепляется к каждому узлу. Каждый узел, подключенный к конкретному достижимому пункту назначения, объявляет пункт назначения - не только один из двух узлов, подключенных к каналу точка-точка, но и оба. Почему так?
Основная причина в том, что это просто самое простое решение для объявления доступных мест назначения. Если вы хотите создать протокол маршрутизации, который объявлял бы каждое достижимое назначение только как подключенное к одному устройству, вам нужно было бы найти способ выбрать, какое из подключенных устройств должно объявлять достижимое назначение. Кроме того, если выбранное устройство выйдет из строя, то какое-то другое устройство должно взять на себя объявление достижимого пункта назначения, что может занять время и негативно повлиять на конвергенцию. Наконец, позволяя каждому устройству объявлять о доступности для всех подключенных пунктов назначения, вы фактически можете найти кратчайший путь к каждому пункту назначения.
Проверка двустороннего подключения в SPF
Двусторонняя связь является проблемой для плоскостей управления в двух разных местах: между соседними устройствами и при вычислении путей без петель через сеть. И IS-IS, и OSPF также обеспечивают двустороннюю связь при вычислении путей без петель.
Существенным элементом является проверка обратной связи.
Рисунок 6 используется для демонстрации этого.
На рисунке 6 направление каждого звена обозначено стрелкой (или набором стрелок). Связь [A,B] является однонаправленной по отношению к A. Остальные связи являются двусторонними (двунаправленными). При вычислении SPF D будет делать следующее:
При обработке информации о состоянии связи C обратите внимание, что C утверждает, что он подключен к B. D найдет информацию о состоянии связи B и проверит, чтобы убедиться, что B также утверждает, что он подключен к C. В этом случае B действительно утверждает, что подключен к C, поэтому D будет использовать канал [B, C].
При обработке информации о состоянии связи B обратите внимание, что B утверждает, что он подключен к A. Однако, изучая информацию о состоянии связи A, D не может найти никакой информации от A, утверждающего, что он подключен к B. Из-за этого D не будет использовать канал [A, B].
Эта проверка обычно выполняется либо до того, как линия связи будет перемещена в TENT, либо до того, как линия связи будет перемещена из TENT в PATH.
Перед тем как начать, почитайте материал про топологию сетей.
Обнаружение соседей позволяет плоскости управления узнать о топологии сети, но как узнать информацию о достижимых пунктах назначения? На рисунке 8 показано, как маршрутизатор D узнает о хостах A, B и C?
Существует два широких класса решений этой проблемы - реактивные и упреждающие, которые обсуждаются в следующих статьях.
Реактивное изучение
На рисунке 8 предположим, что хост A только что был включен, а сеть использует только динамическое обучение на основе передаваемого трафика данных. Как маршрутизатор D может узнать об этом недавно подключенном хосте? Одна из возможностей для A - просто начать отправлять пакеты. Например, если A вручную настроен на отправку всех пакетов по назначению, он не знает, как достичь к D, A должен отправить в хотя бы один пакет, чтобы D обнаружил его существование. Узнав A, D может кэшировать любую релевантную информацию на некоторое время - обычно до тех пор, пока A, кажется, отправляет трафик. Если A не отправляет трафик в течение некоторого времени, D может рассчитать запись для A в своем локальном кэше.
Этот процесс обнаружения достижимости, основанный на фактическом потоке трафика, является реактивным открытием. С точки зрения сложности, реактивное обнаружение торгует оптимальным потоком трафика против информации, известной и потенциально переносимой в плоскости управления.
Потребуется некоторое время, чтобы сработали механизмы реактивного обнаружения, то есть чтобы D узнал о существовании A, как только хост начнет посылать пакеты. Например, если хост F начинает посылать трафик в сторону а в тот момент, когда A включен, трафик может быть перенаправлен через сеть на D, но D не будет иметь информации, необходимой для пересылки трафика на канал, а следовательно, и на A. В течение времени между включением хоста A и обнаружением его существования пакеты будут отброшены-ситуация, которая будет казаться F в худшем случае сбоем сети и некоторым дополнительным джиттером (или, возможно, непредсказуемой реакцией по всей сети) в лучшем случае.
Кэшированные записи со временем должны быть отключены. Обычно для этого требуется сбалансировать ряд факторов, включая размер кэша, объем кэшируемой информации об устройстве и частоту использования записи кэша в течение некоторого прошедшего периода времени.
Время ожидания этой кэшированной информации и любой риск безопасности какого-либо другого устройства, использующего устаревшую информацию, являются основой для атаки. Например, если A перемещает свое соединение с D на E, информация, которую D узнал об A, останется в кэше D в течение некоторого времени. В течение этого времени, если другое устройство подключается к сети к D, оно может выдавать себя за A. Чем дольше действительна кэшированная информация, тем больше вероятность для выполнения этого типа атаки.
Упреждающее изучение
Некоторая информация о доступности может быть изучена заранее, что означает, что маршрутизатору не нужно ждать, пока подключенный хост начнет отправлять трафик, чтобы узнать об этом. Эта возможность имеет тенденцию быть важной в средах, где хосты могут быть очень мобильными; например, в структуре центра обработки данных, где виртуальные машины могут перемещаться между физическими устройствами, сохраняя свой адрес или другую идентифицирующую информацию, или в сетях, которые поддерживают беспроводные устройства, такие как мобильные телефоны. Здесь описаны четыре широко используемых способа упреждающего изучения информации о доступности:
Протокол обнаружения соседей может выполняться между граничными сетевыми узлами (или устройствами) и подключенными хостами. Информация, полученная из такого протокола обнаружения соседей, может затем использоваться для введения информации о доступности в плоскость управления. Хотя протоколы обнаружения соседей широко используются, информация, полученная через эти протоколы, не используется широко для внедрения информации о доступности в плоскость управления.
Информацию о доступности можно получить через конфигурацию устройства. Почти все сетевые устройства (например, маршрутизаторы) будут иметь доступные адреса, настроенные или обнаруженные на всех интерфейсах, обращенных к хосту. Затем сетевые устройства могут объявлять эти подключенные интерфейсы как достижимые места назначения. В этой ситуации доступным местом назначения является канал (или провод), сеть или подсеть, а не отдельные узлы. Это наиболее распространенный способ получения маршрутизаторами информации о доступности сетевого уровня.
Хосты могут зарегистрироваться в службе идентификации. В некоторых системах служба (централизованная или распределенная) отслеживает, где подключены хосты, включая такую информацию, как маршрутизатор первого прыжка, через который должен быть отправлен трафик, чтобы достичь их, сопоставление имени с адресом, услуги, которые каждый хост способен предоставить, услуги, которые каждый хост ищет и/или использует, и другую информацию. Службы идентификации распространены, хотя они не всегда хорошо видны сетевым инженерам. Такие системы очень распространены в высокомобильных средах, таких как беспроводные сети, ориентированные на потребителя.
Плоскость управления может извлекать информацию из системы управления адресами, если она развернута по всей сети. Однако это очень необычное решение. Большая часть взаимодействия между плоскостью управления и системами управления адресами будет осуществляться через локальную конфигурацию устройства; система управления адресами назначает адрес интерфейсу, а плоскость управления выбирает эту конфигурацию интерфейса для объявления в качестве достижимого назначения.
Объявление достижимости и топология
После изучения информации о топологии и доступности плоскость управления должна распространить эту информацию по сети. Хотя метод, используемый для объявления этой информации, в некоторой степени зависит от механизма, используемого для расчета путей без петель (поскольку какая информация требуется, где рассчитывать пути без петель, будет варьироваться в зависимости от того, как эти пути вычисляются), существуют некоторые общие проблемы и решения, которые будут применяться ко всем возможным системам. Основные проблемы заключаются в том, чтобы решить, когда объявлять о доступности и надежной передаче информации по сети.
Решение, когда объявлять достижимость и топологию
Когда плоскость управления должна объявлять информацию о топологии и доступности? Очевидным ответом может быть "когда это будет изучено", но очевидный ответ часто оказывается неправильным. Определение того, когда объявлять информацию, на самом деле включает в себя тщательный баланс между оптимальной производительностью сети и управлением объемом состояния плоскости управления. Рисунок 9 будет использован для иллюстрации.
Предположим, хосты A и F отправляют данные друг другу почти постоянно, но B, G и H вообще не отправляют трафик в течение некоторого длительного периода. В этой ситуации возникают два очевидных вопроса:
Хотя для маршрутизатора C может иметь смысл поддерживать информацию о доступности для B, почему D и E должны поддерживать эту информацию?
Почему маршрутизатор E должен поддерживать информацию о доступности хоста A?
С точки зрения сложности существует прямой компромисс между объемом информации, передаваемой и удерживаемой в плоскости управления, и способностью сети быстро принимать и пересылать трафик. Рассматривая первый вопрос, например, компромисс выглядит как способность C отправлять трафик из B в G при его получении по сравнению с C, поддерживающим меньше информации в своих таблицах пересылки, но требующимся для получения информации, необходимой для пересылки трафика через некоторый механизм при получении пакетов, которые должны быть переадресованы. Существует три общих решения этой проблемы.
Проактивная плоскость управления: плоскость управления может проактивно обнаруживать топологию, вычислять набор путей без петель через сеть и объявлять информацию о достижимости.
Упреждающее обнаружение топологии с реактивной достижимостью: плоскость управления может проактивно обнаруживать топологию и рассчитывать набор путей без петель. Однако плоскость управления может ждать, пока информация о доступности не потребуется для пересылки пакетов, прежде чем обнаруживать и / или объявлять о доступности.
Реактивная плоскость управления: плоскость управления может реактивно обнаруживать топологию, вычислять набор путей без петель через сеть (обычно для каждого пункта назначения) и объявлять информацию о доступности.
Если C изучает, сохраняет и распределяет информацию о доступности проактивно или в этой сети работает проактивная плоскость управления, то новые потоки трафика могут перенаправляться через сеть без каких-либо задержек. Если показанные устройства работают с реактивной плоскостью управления, C будет:
Подождите, пока первый пакет в потоке не направится к G (к примеру)
Откройте путь к G с помощью некоторого механизма
Установите путь локально
Начать пересылку трафика в сторону G
Тот же процесс должен быть выполнен в D для трафика, перенаправляемого к A от G и F (помните, что потоки почти всегда двунаправленные). Пока плоскость управления изучает путь к месту назначения, трафик (почти всегда) отбрасывается, потому что сетевые устройства не имеют никакой информации о пересылке для этого достижимого места назначения (с точки зрения сетевого устройства достижимый пункт назначения не существует). Время, необходимое для обнаружения и создания правильной информации о пересылке, может составлять от нескольких сотен миллисекунд до нескольких секунд. В это время хост и приложения не будут знать, будет ли соединение в конечном итоге установлено, или если место назначения просто недоступно.
Плоскости управления можно в целом разделить на:
Проактивные системы объявляют информацию о доступности по всей сети до того, как она понадобится. Другими словами, проактивные плоскости управления хранят информацию о доступности для каждого пункта назначения, установленного на каждом сетевом устройстве, независимо от того, используется эта информация или нет. Проактивные системы увеличивают количество состояний, которые передаются и хранятся на уровне управления, чтобы сделать сеть более прозрачной для хостов или, скорее, более оптимальной для краткосрочных и чувствительных ко времени потоков.
Реактивные системы ждут, пока информация о пересылке не потребуется для ее получения, или, скорее, они реагируют на события в плоскости данных для создания информации плоскости управления. Реактивные системы уменьшают количество состояний, передаваемых на уровне управления, делая сеть менее отзывчивой к приложениям и менее оптимальной для кратковременных или чувствительных ко времени потоков.
Как и все компромиссы в сетевой инженерии, описанные здесь два варианта, не являются исключительными. Можно реализовать плоскость управления, содержащую некоторые проактивные и некоторые реактивные элементы. Например, можно построить плоскость управления, которая имеет минимальные объемы информации о доступности, описывающей довольно неоптимальные пути через сеть, но которая может обнаруживать более оптимальные пути, если обнаруживается более длительный или чувствительный к качеству обслуживания поток.
Что почитать дальше? Советуем материал про реактивное и упреждающее распределение достижимости в сетях.