IGRP i EIGRP

Zastrzeżone protokoły Cisco: wektora-odległości (IGRP) i hybrydowy (EIGRP).

Wprowadzenie: Poza Standardami

W ewoluującym krajobrazie routingu sieciowego wyłoniły się dwie główne filozofie: prosta, oparta na plotkach metoda Wektora Odległości (jak RIP) i złożona, oparta na mapach metoda Stanu Łącza (jak OSPF). Chociaż te otwarte standardy zapewniały wspólny język dla routerów różnych producentów, reprezentowały również zestaw kompromisów. Główny gracz w branży sieciowej, Cisco Systems, dostrzegł okazję do zbudowania czegoś lepszego, dostosowanego do własnego sprzętu i wizji bardziej inteligentnej sieci.

To doprowadziło do rozwoju protokołów zastrzeżonych (proprietary). Protokół zastrzeżony jest projektowany i posiadany przez jedną firmę i historycznie był używany wyłącznie na sprzęcie tej firmy. Chociaż ogranicza to interoperacyjność, daje firmie swobodę innowacji wykraczającej poza ograniczenia publicznych komitetów standaryzacyjnych.

Ta strona bada dwa najważniejsze wkłady Cisco w dziedzinę routingu: oryginalny Wewnętrzny Protokół Routingu Bramy (IGRP), stworzony w celu rozwiązania krytycznych wad RIP, oraz jego rewolucyjnego następcę, Ulepszony Wewnętrzny Protokół Routingu Bramy (EIGRP), wyrafinowaną hybrydę, która łączy w sobie to, co najlepsze z obu światów routingu.

IGRP: Inteligentniejszy Wektor Odległości

Wewnętrzny Protokół Routingu Bramy (IGRP) był pierwszym ważnym krokiem Cisco w tworzeniu lepszego protokołu routingu w latach 80. W swej istocie był to nadal protokół wektora-odległości, co oznacza, że działał na tej samej zasadzie "routingu przez plotki", co RIP. Został jednak od podstaw zaprojektowany w celu wyeliminowania najpoważniejszych słabości RIP.

Naprawianie Wad RIP

IGRP został stworzony, aby rozwiązać dwa kluczowe problemy:

Naiwna Metryka: Wyłączne poleganie RIP na liczbie przeskoków było jego największą wadą, traktując wolne łącze satelitarne 56kbps tak samo jak szybkie łącze światłowodowe. IGRP wprowadził znacznie bardziej zaawansowany sposób pomiaru jakości ścieżki.
Ograniczona Skala: Maksymalna liczba przeskoków w RIP wynosząca 15 czyniła go nieodpowiednim dla każdej sieci o umiarkowanym rozmiarze. IGRP został zaprojektowany dla większych sieci korporacyjnych, z znacznie wyższą domyślną maksymalną liczbą przeskoków (100, z możliwością konfiguracji do 255).

Złożona Metryka IGRP

Koronnym osiągnięciem IGRP była jego zaawansowana metryka złożona. Zamiast tylko liczyć routery, IGRP mógł uwzględniać wiele cech ścieżki, aby obliczyć bardziej realistyczny "koszt". Brał pod uwagę pięć czynników, znanych jako wartości K:

Przepustowość (K1): Najniższa przepustowość na całej ścieżce. Podobnie jak przepustowość autostrady jest ograniczona przez jej najwęższy odcinek.
Opóźnienie (K3): Skumulowane opóźnienie (latencja) wszystkich łączy na ścieżce.
Obciążenie (K2): Wykorzystanie łącza (jak bardzo jest zajęte).
Niezawodność (K4): Miara stopy błędów na łączu.
MTU (K5): Maksymalna Jednostka Transmisji, czyli największy rozmiar pakietu, jaki może obsłużyć łącze (nie było to faktycznie częścią wzoru metryki, ale było śledzone).

Chociaż można było użyć wszystkich pięciu wartości, domyślna konfiguracja IGRP (i później EIGRP) używała tylko Przepustowości i Opóźnienia ze względów stabilności. Wzór był skomplikowany, ale jego cel był prosty: preferować ścieżki o wyższej przepustowości i niższym skumulowanym opóźnieniu.

Domyślny Wzór Metryki IGRP

\text{Metryka} = \left[ K_1 \cdot \text{Przepustowość} + \frac{K_2 \cdot \text{Przepustowość}}{256 - \text{Obciążenie}} + K_3 \cdot \text{Opóźnienie} \right] \cdot \left[ \frac{K_5}{\text{Niezawodność} + K_4} \right]

Domyślnie $K_1=1$ i $K_3=1$ , podczas gdy $K_2, K_4, K_5$ były ustawione na 0. To upraszcza wzór do:

\text{Metryka} = \text{Przepustowość} + \text{Opóźnienie}

Gdzie "Przepustowość" jest obliczana jako $(\frac{10^7}{ \text{Najniższa Przepustowość w kbps}})$ , a "Opóźnienie" to $\text{Suma Opóźnień w dziesiątkach mikrosekund}$ .

Upadek IGRP: Klasowa Ślepa Uliczka

Mimo swojej zaawansowanej metryki, IGRP cierpiał na tę samą fatalną wadę co RIPv1: był klasowym protokołem routingu. Nie wysyłał informacji o masce podsieci w swoich aktualizacjach. Oznaczało to, że IGRP nie mógł wspierać VLSM i był fundamentalnie niekompatybilny z architekturą nowoczesnych, efektywnie zaadresowanych sieci.

W miarę jak internet gwałtownie przechodził na model bezklasowy w celu oszczędzania adresów IP, IGRP stał się przestarzały. Cisco potrzebowało następcy, który zachowałby inteligentną metrykę IGRP, ale przyjąłby nowy, bezklasowy świat. Tym następcą był EIGRP.

EIGRP: Najlepsze z Obu Światów

Ulepszony Wewnętrzny Protokół Routingu Bramy (EIGRP) to arcydzieło projektowania protokołów routingu od Cisco. Często nazywany jest protokołem hybrydowym, ponieważ chociaż jest zbudowany na fundamentach algorytmu wektora-odległości, zawiera zaawansowane funkcje i mechanizmy szybkiej konwergencji typowe dla protokołów stanu łącza. Czasami określa się go jako zaawansowany protokół wektora-odległości.

EIGRP rozwiązuje wszystkie problemy IGRP i RIP, oferując jednocześnie niezrównaną wydajność. Osiąga to dzięki kilku kluczowym innowacjom.

DUAL: Mózg Operacji

Sercem inteligencji EIGRP jest jego algorytm, Rozproszony Algorytm Aktualizacji (DUAL). DUAL jest odpowiedzialny za zapewnienie, że każda ścieżka jest wolna od pętli, oraz za obliczanie ścieżek zapasowych.

Więcej niż Prosta Tablica Routingu

Aby podejmować inteligentne decyzje, EIGRP utrzymuje trzy tabele zamiast jednej:

Tablica Sąsiadów: Lista wszystkich bezpośrednio podłączonych routerów, które nawiązały relację sąsiedztwa EIGRP. Jest to jak książka telefoniczna zaufanych kontaktów routera.
Tablica Topologii: To jest serce DUAL. Tablica topologii zawiera każdą pojedynczą ścieżkę do każdego celu poznaną od sąsiadów, a nie tylko tę najlepszą. To kompletny zbiór wszystkich "plotek", jakie router usłyszał.
Tablica Routingu: Zawiera tylko absolutnie najlepszą ścieżkę do każdego celu, wybraną z tablicy topologii. To ostateczny "atlas drogowy" używany do przekazywania pakietów.

Gwarantowane Ścieżki bez Pętli: Warunek Wykonalności

Magia DUAL polega na jego zdolności do wybierania tras zapasowych, które są gwarantowanie wolne od pętli. Osiąga to, stosując prostą, ale potężną regułę zwaną Warunkiem Wykonalności (ang. Feasibility Condition). Aby to zrozumieć, potrzebujemy dwóch definicji:

To moja własna, najtańsza trasa do celu. To metryka ścieżki, która obecnie znajduje się w mojej tablicy routingu.
To odległość, jaką mój sąsiad mi podaje do celu. To jest Odległość Wykonalna mojego sąsiada.

Warunek Wykonalności mówi: Aby ścieżka ogłoszona przez sąsiada była uznana za ważną, wolną od pętli ścieżkę zapasową, Odległość Zgłoszona (RD) sąsiada do celu musi być ściśle mniejsza niż moja własna, bieżąca Odległość Wykonalna (FD) do tego samego celu.

\text{Warunek Wykonalności: } \text{RD}_{\text{sąsiada}} < \text{FD}_{\text{moje}}

Analogia: Wyobraź sobie, że jesteś w punkcie A i próbujesz dotrzeć do celu Z. Twoja obecna najlepsza ścieżka ma całkowity czas podróży 60 minut (twoje FD). Przyjaciel w punkcie B (twój sąsiad) mówi ci: &

Następcy i Wykonalni Następcy

Ten potężny warunek pozwala algorytmowi DUAL kategoryzować ścieżki w swojej tablicy topologii:

Następca (Successor): To jest trasa z ogólnie najniższą metryką (najlepsza ścieżka). Następca jest instalowany w tablicy routingu.
Wykonalny Następca (Feasible Successor - FS): Jest to alternatywna ścieżka, która spełnia Warunek Wykonalności $(\text{RD} < \text{FD})$ . Jest to gwarantowana, wolna od pętli ścieżka zapasowa, która jest przechowywana w tablicy topologii, gotowa do natychmiastowego użycia.

To jest klucz do niesamowitej prędkości EIGRP. Jeśli ścieżka następcy ulegnie awarii, router nie musi wysyłać zapytań ani czekać na liczniki czasu. Jeśli w tablicy topologii znajduje się Wykonalny Następca, router może awansować go na nowego następcę natychmiast. Konwergencja może być prawie natychmiastowa. Tylko jeśli nie istnieje Wykonalny Następca, router musi przejść w stan "aktywny" i wysłać zapytania do swoich sąsiadów w celu znalezienia nowej ścieżki.

Inne Zalety EIGRP

Poza algorytmem DUAL, EIGRP zawiera kilka innych funkcji, które czynią go nowoczesnym, wydajnym protokołem.

Niezawodny Protokół Transportowy (RTP): EIGRP nie używa UDP z nadzieją, że jakoś to będzie. Ma swój własny, lekki, niezawodny protokół (nie mylić z Real-time Transport Protocol dla głosu/wideo), aby zapewnić, że jego pakiety (Hello, Update, Query, Reply, Ack) są dostarczane i potwierdzane przez sąsiadów.
Częściowe i Ograniczone Aktualizacje: W przeciwieństwie do okresowego rozgłaszania całej tablicy przez RIP, EIGRP jest znacznie bardziej wydajny. Wysyła aktualizacje tylko wtedy, gdy nastąpi zmiana w topologii sieci (łącze zostanie włączone/wyłączone lub zmieni się metryka). Co więcej, aktualizacje te są częściowe (zawierają tylko informacje, które się zmieniły) i ograniczone (wysyłane tylko do routerów, które są dotknięte zmianą). To drastycznie zmniejsza ilość ruchu routingowego w sieci.
Bezklasowy z Założenia: EIGRP został od początku zaprojektowany jako protokół bezklasowy. W pełni wspiera VLSM i wysyła informacje o masce podsieci z każdą aktualizacją trasy.
Równoważenie Obciążenia Równo- i Nierównokosztowe: EIGRP może rozkładać ruch na wiele ścieżek do tego samego celu. Natywnie wspiera równoważenie obciążenia na maksymalnie 4 równokosztowych ścieżkach (z możliwością konfiguracji większej liczby). Wyjątkowo, może być również skonfigurowany do wykonywania nierównokosztowego równoważenia obciążenia za pomocą funkcji zwanej Variance, co pozwala na przesyłanie ruchu przez ścieżki zapasowe, które nie są tak dobre jak podstawowe, o ile spełniają Warunek Wykonalności.

Podsumowanie: Miejsce EIGRP w Nowoczesnych Sieciach

IGRP jest przestarzałym protokołem, kluczowym historycznym pomostem między prostotą RIP a zaawansowaniem nowoczesnego routingu. Jego dziedzictwo żyje w EIGRP, który odziedziczył i ulepszył jego metrykę złożoną.

Sam EIGRP pozostaje wysoko cenionym i zdolnym protokołem. Przez wiele lat jego największą wadą była jego zastrzeżona natura, która ograniczała jego użycie do sieci w całości opartych na sprzęcie Cisco. W 2013 roku Cisco udostępniło podstawową funkcjonalność EIGRP jako otwarty standard, aby umożliwić większą interoperacyjność. Dziś stoi obok OSPF jako jeden z dwóch głównych IGP. Wybór między nimi często zależy od wymagań sieci i preferencji inżyniera. EIGRP jest często chwalony za prostotę konfiguracji w prostych sieciach i wyjątkowo szybkie czasy konwergencji, podczas gdy OSPF jest ceniony za swój solidny, otwarty charakter i wysoce ustrukturyzowany, hierarchiczny projekt dla sieci o ogromnej skali.