Agregacja Tras

Agregacja tras w routingu hierarchicznym

Routery przekazują pakiety na podstawie informacji w tablicy routingu.

Wczesny model adresacji klasowej utrudniał dopasowanie rozmiaru przydzielanego bloku do potrzeb sieci. CIDR wprowadził prefiksy o jawnej długości, lecz duża liczba szczegółowych tras nadal zwiększa rozmiar tablic i liczbę aktualizacji przekazywanych przez routery.

Rozwiązaniem jest ogłaszanie wspólnego prefiksu obejmującego kilka bardziej szczegółowych tras. Router zewnętrzny może użyć jednej trasy sumarycznej, a routery bliżej sieci docelowych zachowują trasy szczegółowe. To jest istota agregacji tras.

Takie podejście wykorzystuje hierarchię przydziału adresów i ogranicza zakres zmian routingu. Przy wyborze trasy nadal obowiązuje najdłuższe dopasowanie prefiksu.

Router może przechowywać agregat jako trasę do punktu wyjściowego, a trasy bardziej szczegółowe mogą wskazywać inne kolejne skoki. Jeżeli agregat obejmuje adresy, dla których nie ma rzeczywistej sieci, konfiguracja powinna przewidywać ich kontrolowane odrzucenie.

Agregacja, sumaryzacja i supernetting

Terminy opisują powiązane operacje, lecz ich zakres zależy od kontekstu:

• Agregacja tras: To ogólna koncepcja łączenia wielu tras w jeden prefiks sumaryczny. W BGP (Border Gateway Protocol) może dotyczyć ogłaszania prefiksów między systemami autonomicznymi, jeśli przydział adresów pozwala na bezpieczne podsumowanie.
• Sumaryzacja tras: Termin często używany w kontekście protokołów bramy wewnętrznej (IGP), takich jak OSPF i EIGRP. Oznacza tworzenie krótszego prefiksu na granicy obszarów lub części sieci jednej organizacji, co zmniejsza liczbę tras przekazywanych dalej.
• Supernetting: Techniczny termin opisujący utworzenie prefiksu krótszego niż prefiksy składowe. Odpowiada łączeniu odpowiednio wyrównanych, sąsiadujących bloków i wynika z bezklasowego modelu CIDR. Historyczne wyjaśnienia odwołujące się do masek klasowych mają dziś znaczenie głównie opisowe.

Wspólnym elementem agregacji i sumaryzacji jest utworzenie wspólnego prefiksu dla tras składowych. Weryfikacja bitowa jest taka sama, lecz poprawność ogłoszenia zależy także od topologii i zasięgu prefiksu.

Matematyka sumaryzacji

Agregacja tras jest procesem bitowym. Dostawca usług internetowych chce ogłosić trasę sumaryczną dla czterech klientów, którym przydzielił sąsiadujące sieci /24:

• 217.15.112.0/24
• 217.15.113.0/24
• 217.15.114.0/24
• 217.15.115.0/24

Krok 1: konwersja adresów do postaci binarnej

Pierwsze dwa oktety są takie same (217.15), więc analizę można ograniczyć do trzeciego oktetu. Jego wartości zapisujemy jako liczby 8-bitowe:

• 112 → 01110000
• 113 → 01110001
• 114 → 01110010
• 115 → 01110011

Krok 2: wyszukanie wspólnych bitów

Wartości układamy w jednej linii i porównujemy od lewej do prawej. Szukamy najdłuższego ciągu bitów identycznego dla wszystkich adresów.

01110000
01110001
01110010
01110011

Pierwszych 6 bitów (011100) jest identycznych dla wszystkich czterech wartości. Siódmy bit jest pierwszym miejscem różnicy (0 i 1).

Długość wspólnego prefiksu wynosi 16 bitów wspólnych dla dwóch pierwszych oktetów plus 6 bitów trzeciego oktetu.

Krok 3: obliczenie trasy sumarycznej

Granica wspólnego prefiksu jest teraz określona.

• Nowa długość prefiksu: Pierwsze dwa oktety były całkowicie wspólne (8 + 8 = 16 bitów). Dodajemy 6 pasujących bitów z trzeciego oktetu.
  Całkowita długość prefiksu = $16 + 6 = 22$. Nasz nowy prefiks to /22.
• Adres sieci: Adres trasy sumarycznej otrzymujemy, ustawiając wszystkie bity za granicą prefiksu na zero. Pierwsze 22 bity obejmują wspólny fragment 011100 trzeciego oktetu. Po wyzerowaniu pozostałych bitów trzeci oktet ma zapis binarny 01110000, czyli wartość 112, a adres sieci to 217.15.112.0.

Zasady poprawnej sumaryzacji

Poprawna sumaryzacja wymaga zgodności bitowej, planu adresacji i protokołu przenoszącego długość prefiksu. W praktyce trzeba także sprawdzić kierunek ogłaszania oraz trasę zwrotną.

• Zasada 1: ciągłość i wyrównanie bloku.

  Sieci muszą tworzyć ciągły blok, a ich liczba musi być potęgą dwójki. Adres początkowy musi być wyrównany do granicy wynikowego prefiksu. Sieci od 10.1.8.0/24 do 10.1.11.0/24 tworzą poprawny blok /22. Sieci 10.1.8.0/24 i 10.1.20.0/24 nie tworzą jednej dokładnej sumy bez objęcia przestrzeni pomiędzy nimi.

• Zasada 2: hierarchiczne planowanie adresacji.

  Efektywna sumaryzacja wymaga planowania alokacji adresów zgodnie z topologią. ISP i duże organizacje mogą przydzielać większe bloki regionom, a następnie dzielić je między lokalizacje i podsieci. Taka struktura umożliwia sumaryzację na kolejnych poziomach oraz ogranicza zakres ogłaszanych zmian.

• Zasada 3: routing bezklasowy.

  Sumaryzacja wymaga protokołu, który przenosi długość prefiksu razem z adresem sieci. Protokoły bezklasowe, takie jak OSPF, EIGRP i BGP, mogą przekazywać prefiksy CIDR. RIPv1 i inne protokoły klasowe nie opisują takich tras w sposób pozwalający na poprawne użycie prefiksów przekraczających dawne granice klasowe, na przykład /22. W protokole bezklasowym odbiorca może też zachować bardziej szczegółową trasę, jeśli ma ona pierwszeństwo w danym miejscu.

Korzyści i ograniczenia agregacji tras

Główne korzyści

• Mniejsze tablice routingu: Mniejsza liczba tras zmniejsza pamięć potrzebną do przechowywania informacji i koszt przetwarzania aktualizacji. Wyszukiwanie nadal korzysta z najdłuższego dopasowania prefiksu.
• Lepsza stabilność ogłoszeń: Sumaryzacja może ograniczyć propagację zmian lokalnej trasy. Jeżeli co najmniej jedna trasa składowa pozostaje osiągalna, agregat może być nadal ogłaszany, a zmiany pozostałych tras pozostają bliżej źródła. Konfiguracja musi kierować ruch do niedostępnych zakresów do kontrolowanego odrzucenia.
• Mniejszy narzut protokołu routingu: Ogłaszanie jednej trasy sumarycznej zamiast wielu tras szczegółowych zmniejsza liczbę wpisów w komunikatach i ilość przepustowości zużywanej przez aktualizacje. Zmniejsza też liczbę zmian, które muszą przetworzyć sąsiednie routery.

Potencjalne wady i uwagi

• Routing suboptymalny: Agregacja może ukryć bardziej szczegółową ścieżkę. Router zewnętrzny może znać tylko jedną drogę do bloku /22, choć dla jednej podsieci /24 wewnątrz tego bloku istnieje lepsza trasa przez innego ISP. Wybór zależy od dostępnych ogłoszeń i reguły najdłuższego dopasowania.
• Odrzucanie ruchu w agregacie: Jeśli trasa sumaryczna pozostanie rozgłaszana po utracie wszystkich lub części tras składowych, pakiety mogą trafić do obszaru agregatu i zostać odrzucone. Trasa discard albo null route i warunek ogłaszania agregatu ograniczają pętle oraz niekontrolowane przekazywanie ruchu.