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.
