Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ё
ЛЕКЦИЯ 19. Принципы маршрутизации
Информационный поток данных, созданный на прикладном уровне, на транспортном уровне "нарезается" на сегменты, которые на сетевом уровне снабжаются заголовками и образуют пакеты(см. рис. 1.7, рис. 1.8).Заголовок пакета содержит сетевые IP-адреса узла назначения и узла источника. На основе этой информации средства сетевого уровня –маршрутизаторы осуществляют передачу пакетов между конечными узлами составной сети по определенному маршруту.
Маршрутизатор оценивает доступные пути к адресату назначения и выбирает наиболее рациональный маршрут на основе некоторого критерия – метрики. При оценке возможных путей маршрутизаторы используют информацию о топологии сети. Эта информация может быть сконфигурирована сетевым администратором или собрана в ходе динамического процесса обмена информацией между маршрутизаторами, который выполняется в сети протоколами маршрутизации.
Router_B#sh ip route
Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP
D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP
i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2,
* - candidate default, U - per-user static route, o – ODR
P – periodic downloaded static route
Gateway of last resort is not set
S 192.168.10.0/24 [1/0] via 200.50.50.11
C 192.168.20.0/24 is directly connected. FastEthernet0/0
S 192.168.30.0/24 [1/0] via 200.60.60.12
S 192.168.40.0/24 [1/0] via 200.60.60.12
C 200.50.50.0/24 is directly connected. Serial1/2
C 200.60.60.0/24 is directly connected. Serial1/1
S 200.70.70.0/24 [1/0] via 200.60.60.12
Пример таблицы маршрутизации маршрутизатора типа CISCO XX
Процесс передачи данных между хостами
Процесс передачи данных рассмотрен на примере сети (рис. 8.4) от узла Host X до узла Host Y через маршрутизаторы A, B, C. Маршрутизаторы соединены между собой через порты Fast Ethernet, номера которых также приведены на рисунке. Интерфейсы Fast Ethernet характеризуются физическими МАС-адресами и логическими IP-адресами. Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов, задействованных в процессе передачи,приведены в таблице 8.1. Сетевая маска во всех сетях задана одинаковой и равной 255.255.255.0.
Рис. 8.4. Передача данных по сети
|
Таблица 8.1. Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов |
|||
|
Устройство |
Интерфейс |
IP-адрес |
МАС-адрес |
|
Host X |
F0/0 |
172.16.10.11 |
011ABC123456 |
|
Router_A |
F0/1 |
172.16.10.1 |
0001AAAA1111 |
|
F0/2 |
198.20.20.5 |
0002AAAA2222 |
|
|
Router_B |
F0/1 |
198.20.20.6 |
0001BBBB1111 |
|
F0/2 |
199.30.30.9 |
0002BBBB2222 |
|
|
Router_C |
F0/1 |
199.30.30.10 |
0001CCCC1111 |
|
F0/2 |
200.40.40.1 |
0002CCCC2222 |
|
|
Host Y |
F0/0 |
200.40.40.7 |
022DEF123456 |
Сообщение, сформированное протоколами верхних уровней компьютера Host X, поступает на сетевой уровень, где IP-протокол формирует пакет данных. Поскольку адрес назначения 200.40.40.7 не относится к сети172.16.10.0, в которой находится Host X, необходима маршрутизация.
|
Заголовок пакета |
Поле данных |
||
|
Первые поля заголовка пакета |
IP-адрес узла назначения200.40.40.7 |
IP адрес узла источника172.16.10.11 |
Data |
|
Пакет данных |
На канальном уровне узел Host X инкапсулирует сформированный пакет в кадр соответствующей технологии, например, Fast Ethernet. В заголовке кадра наряду с другой информацией указываются МАС-адреса источника и назначения. МАС-адрес источника в данном примере будет 011ABC123456. Поскольку МАС-адрес узла-получателя Host Y компьютеру Host X неизвестен, узел Host X обращается к таблице ARP. Узел не находит соответствующей записи в таблице ARP, поэтому он посылает в локальную сеть широковещательный ARP-запрос, в котором задает сетевой логический IP-адрес устройства назначения – 200.40.40.7.Адресат назначения находится за пределами локальной сети 172.16.10.0.Поскольку маршрутизаторы не транслируют широковещательные запросы в другие сегменты сети, в этом случае маршрутизатор в ответ на запрос посылает ARP-ответ с MAC-адресом своего входного интерфейса, на который поступил запрос. Входной интерфейс играет роль основного шлюза по умолчанию. ARP-протокол обращается к соответствующей строке таблицы и отвечает МАС-адресом 0001AAAA1111.
|
IP-адрес |
МАС-адрес |
|
172.16.10.1 |
0001AAAA1111 |
В соответствии с полученным МАС-адресом 0001AAAA1111 формируется кадр, который по физической среде передается в маршрутизаторRouter_A:
|
Заголовок кадра |
Заголовок пакета |
Поле данных |
||
|
МАС-адрес узла назначения0001AAAA1111 |
МАС-адрес узла источника011ABC123456 |
IP- адрес узла назначения200.40.40.7 |
IP-адрес узла источника172.16.10.11 |
Data |
|
Кадр данных |
В маршрутизаторе Router_A из кадра извлекается (декапсулируется)пакет данных. Производится логическое умножение IP-адреса назначения на маску и определяется сеть назначения. Затем происходит обращение ктаблице маршрутизации, в соответствии с которой определяется адрес входного порта следующего маршрутизатора Router_В (адрес следующего перехода) и выходной интерфейс маршрутизатора Router_A. При этом формируется новый пакет, который продвигается к выходному FastEthernet порту F0/2 маршрутизатора Router_A. В новом пакете изменяются некоторые поля заголовка, но IP-адреса источника и узла назначения остаются неизменными:
|
Заголовок пакета |
Поле данных |
||
|
Первые поля заголовка пакета |
IP-адрес узла назначения200.40.40.7 |
IP адрес узла источника172.16.10.11 |
Data |
|
Пакет данных |
Затем пакет инкапсулируется в новый кадр, в качестве МАС-адреса узла источника будет использоваться физический адрес выходного интерфейса F0/2 – 0002AAAA2222. МАС-адрес узла назначения определяется с помощью ARP-протокола, как было описано выше. МАС-адресом узла назначения будет физический адрес входного интерфейса маршрутизатораRouter_В – 0001BBBB1111.
Новый кадр передается на входной порт маршрутизатора Router_В:
|
Заголовок кадра |
Заголовок пакета |
Поле данных |
||
|
МАС-адрес узла назначения0001BBBB1111 |
МАС-адрес узла источника0002AAAA2222 |
IP- адрес узла назначения200.40.40.7 |
IP-адрес узла источника172.16.10.11 |
Data |
|
Кадр данных |
Приняв кадр, маршрутизатор Router_В извлекает из него пакет данных и с применением маски и таблицы маршрутизации определяет выходной интерфейс. Пакет инкапсулируется в новый кадр, который передается с новыми МАС-адресами источника и назначения в маршрутизатор Router_С:
|
Заголовок кадра |
Заголовок пакета |
Поле данных |
||
|
МАС-адрес узла назначения0001CCCC1111 |
МАС-адрес узла источника0002BBBB2222 |
IP- адрес узла назначения200.40.40.7 |
IP-адрес узла источника172.16.10.11 |
Data |
|
Кадр данных |
В маршрутизаторе Router_С, так же как в Router_А и Router_В, формируются новый пакет и кадр. Поскольку адресат назначения находится в сети, непосредственно присоединенной к интерфейсу F0/2 маршрутизатора Router_С, кадр передается узлу назначения Host Y:
|
Заголовок кадра |
Заголовок пакета |
Поле данных |
||
|
МАС-адрес узла назначения022DEF123456 |
МАС-адрес узла источника0002CCCC2222 |
IP- адрес узла назначения200.40.40.7 |
IP-адрес узла источника172.16.10.11 |
Data |
|
Кадр данных |
Протокол сетевого уровня узла Host Y извлекает из кадра пакет данных. Если пакет при передаче был фрагментирован, из фрагментов формируется целый пакет и через соответствующий интерфейс направляется на транспортный уровень, где из пакетов извлекаются сегменты данных,а из сегментов формируется сообщение.
При передаче данных через соединения "точка-точка" (см. например, схемы рис. 6.5) заголовок кадра может быть существенно упрощен, т. к. интерфейсы непосредственно связаны между собой, поэтому отпадает необходимость задания МАС-адресов узла источника и узла назначения. Примером может служить протокол Point-to-Point.
Маршрут, который прописан администратором называется статическим. Маршруты, формируемые маршрутизирующими протоколами называются динамическими.
|
Протоколы маршрутизации-основные параметры Совокупность сетей, представленных набором маршрутизаторов под общим административным управлением, образует автономную систему(рис. 9.1). Автономные системы нумеруются, и в некоторых протоколах(IGRP, EIGRP) эти номера используются.
Маршрутизаторы объединяют сегменты сетей или отдельные локальные сети в составную (распределенную) сеть. Маршрутизаторы функционируют в дейтаграммных сетях с коммутацией пакетов, где все возможные маршруты уже существуют. Поэтому пакету нужно лишь выбрать наилучший путь, на основе метрики протокола маршрутизации. Процесс прокладывания пути производится последовательно от одного маршрутизатора к другому. Этот процесс маршрутизации (routing) является функцией Уровня 3 модели OSI. При прокладывании пути пакета маршрутизатор анализирует сетевой адрес узла назначения, заданный в заголовке пакета, и вычленяет из него адрес сети. Адреса сетей назначения хранятся в таблице маршрутизации. Поэтому маршрутизатор должен создавать и поддерживатьтаблицы маршрутизации, а также извещать другие маршрутизаторы о всех известных ему изменениях в топологии сети. Маршрутизацию, т. е. прокладывание маршрута внутри автономных систем, осуществляют маршрутизирующие протоколы внутреннего шлюза (Interior Gateway Protocols – IGPs ), к которым относятся RIP, RIPv2, IGRP, EIGRP, OSPF, Intermediate System-to-Intermediate System(IS-IS). Маршрутизацию между автономными системами производят протоколы внешнего шлюза (Exterior Gateway Protocols – EGPs ). Примером протокола внешнего шлюза является протокол BGP, который работает на граничных маршрутизаторах автономных систем (рис. 9.1). Маршрутизирующие протоколы, работающие внутри автономных систем, в свою очередь подразделяются на протоколы вектора расстояния(distance-vector) и протоколы состояния канала (link-state). Протоколы вектора расстояния определяют расстояние и направление, т. е. вектор соединения в составной сети к адресату. Расстояние может быть выражено в количестве переходов(hop count) или маршрутизаторов в соединении на пути от узла источника к адресату назначения, а также других значенияхметрики. При использовании алгоритма вектора расстояния маршрутизаторы посылают всю или часть таблицы маршрутизации соседним (смежным)маршрутизаторам через определенные интервалы времени. В таких протоколах, как RIP, обмен обновлениями (update) или модификациями происходит, даже если в сети нет никаких изменений, на что затрачивается довольно большая часть полосы пропускания. Получив обновление маршрутной информации, маршрутизатор может заново вычислить все известные пути и произвести изменения в таблице маршрутизации. Протоколы состояния канала создают полную картину топологии сети и вычисляют кратчайший путь ко всем сетям назначения. Если путей несколько, то выбирают первый из вычисленных. Протоколы состояния канала (или соединения) быстрее реагируют на изменения в сети по сравнению с протоколами вектора расстояния, но при этом требуют больших вычислительных ресурсов. Определение наиболее рационального (оптимального) пути производится маршрутизатором на основе некоторого критерия – метрики. Значение метрики используется при оценке возможных путей. Метрика может включать разные параметры, например:
Маршрутизаторы могут задействовать какой-нибудь один параметр или комбинацию параметров метрики при выборе оптимального маршрута. Маршрутная информация может быть сконфигурирована сетевым администратором – при этом реализуется статическая маршрутизация. Динамическая маршрутизация реализуется протоколами маршрутизации, когда маршрутная информация собирается в ходе динамического процесса обмена обновлениями (модификациями) между маршрутизаторами, который выполняется в сети.
Маршрутизаторы используют протоколы маршрутизации, чтобы создавать и поддерживать таблицы маршрутизации для определения маршрута. При этом таблицы маршрутизаторов разных фирм производителей и разных протоколов маршрутизации могут иметь несколько различающуюся маршрутную информацию. В большинстве случаев таблицы маршрутизации содержат:
Маршрутизаторы поддерживают таблицы маршрутизации через обмен обновлениями или модификациями (update). Некоторые протоколы передают обновления периодически, например, протоколы RIP. Другие протоколы посылают модификации только когда происходят изменения в сетевой топологии, например, OSPF, EIGRP. Маршрутизаторы, зная информацию о пути к некоторым сетям, обмениваются этой информацией с другими маршрутизаторами. Следовательно, после таких обновлений или модификаций все маршрутизаторы в сети будут иметь согласованную информацию о маршрутах к доступным сетям. Таким образом, маршрутизирующие протоколы разделяют сетевую информацию между маршрутизаторами. Различные протоколы маршрутизации используют разные алгоритмы при выборе маршрута, т. е. выходного порта, на который должен быть передан пакет. Алгоритм и метрика определяются целым рядом решаемых задач, таких как простота, устойчивость, гибкость, быстрая сходимость (convergence). Сходимость– это процесс согласования между всеми маршрутизаторами сети информации о доступных маршрутах. При изменениях состояния сети необходимо, чтобы обмен модификациями восстановил согласованную сетевую информацию. Каждый алгоритм по-своему интерпретирует выбор наиболее рационального пути на основе метрики. Обычно меньшее значение метрики соответствует лучшему маршруту. Метрика может базироваться на одном или на нескольких параметрах пути. В протоколах маршрутизации наиболее часто используются следующие метрики.
|
Протоколы вектора расстояния рассылают обновления маршрутной информации или модификации (updates) периодически через определенный промежуток времени. При этом обновляются таблицы маршрутизации, которые и хранят всю информацию о маршрутах в сети. При изменении в сети маршрутизатор, обнаруживший такое изменение, сразу начинает обмен маршрутной информацией с соседними маршрутизаторами. Этот обмен идет последовательно от маршрутизатора к маршрутизатору с некоторой задержкой, определяемой временем модификации таблиц в каждом маршрутизаторе, а также специальным таймером. Поэтому сходимость( конвергенция ) сети, когда все маршрутизаторы будут иметь согласованную информацию о сетевых соединениях, складывается медленно,что является главным недостатком протоколов вектора расстояния.
Протоколы состояния соединения или канала (Link-state) быстро реагируют на изменения в сети, рассылая модификации при изменениях в сетевой топологии всем маршрутизаторам в пределах некоторой области сети. Протоколы состояния канала создают таблицы маршрутизации на основе информации, хранящейся в специальной базе данных( link-state database ). В базе данных хранится один или несколько путей к адресату назначения, из которых выбирается первый кратчайший путь(shortest path first), который и помещается в таблицу маршрутизации. Если первый путь становится недоступным, то из базы данных оперативно, без дополнительных вычислений, может быть выбран другой.
Когда происходят изменения в маршрутах или каналах (пропадают ранее существовавшие или появляются новые), маршрутизатор, первым заметивший изменение в сети, создает извещение о состоянии этого соединения (Link-State Advertisement – LSA ). Сообщение LSA затем передается всем соседним маршрутизаторам. Каждый маршрутизатор, получив копию LSA, модифицирует свою базу данных и транслирует LSA всем соседним устройствам. Волновое распространение пакетов (flooding),когда каждое сетевое устройство пересылает пакеты LSA всем своим соседям, предопределяет, что все устройства маршрутизации создадут базы данных, которые согласованно будут отражать сетевую топологию перед модификацией таблиц маршрутизации.
Наиболее известным в сети Internet протоколом типа distance-vectorявляется Routing Information Protocol (RIP), который использует в качествеметрики число переходов( hop count ) на пути к адресату назначения.
Другим типичным протоколом вектора расстояния является InteriorGateway Routing Protocol ( IGRP ), который был разработан в корпорацииCisco. Для работы в больших сложных сетях на смену ему пришел протокол Enhanced IGRP (EIGRP), который включает много особенностей протоколов как типа link-state, так и distance-vector. Поэтому он был назван гибридным протоколом (hybrid). Разработчики корпорации Cisco относят его к протоколам distance-vector.
Протокол вектора расстояния RIP Version 1 ( RIPv1 ), или просто RIP, использует счетчик переходов (hop count) в качестве метрики, чтобы определить направление и расстояние до определенного соединения в составной сети. Если существует несколько путей, то RIP выберет путь с наименьшим числом маршрутизаторов или переходов (hops) к адресату назначения. Однако выбранный маршрут не всегда является лучшим путем к адресату, поскольку выбранный маршрут с наименьшим числом устройств может характеризоваться меньшей скоростью передачи (меньшей полосой пропускания) по сравнению с альтернативными маршрутами. Кроме того, RIP не может направлять пакеты далее 15 переходов(15 hops), поэтому он рекомендован для работы в малых и средних сетях.Протокол RIPv1 требует, чтобы все устройства в сети применяли одинаковую маску подсети, поскольку RIP не включает информацию о маске подсети в модификацию (update) маршрутизации. Такой метод получил название маршрутизации на основе классов(classful routing).
Протокол вектора расстояния RIP Version 2 ( RIPv2 ) обеспечивает маршрутизацию на основе префикса CIDR (см. лекцию 7), поскольку в модификацию маршрутизации включена информация о маске подсети(о префиксе). Такой метод получил название бесклассовой маршрутизации(classless routing). При этом внутри одной сети могут существовать подсети с масками переменной длины (Variable-Length Subnet Masking – VLSM).
Протокол EIGRP является расширенной версией протокола IGRP.Он обеспечивает быструю сходимость и малое количество служебной информации, передаваемой в обновлениях, что экономит полосу пропускания. EIGRP является расширенной версией протоколов distance-vectorи использует ряд функций протоколов link-state. Протоколы EIGRP иIGRP работают с оборудованием CISCO и не всегда поддерживаются программным обеспечением аппаратуры других фирм.
Наиболее известными в сети Internet протоколами типа Link-state являются протокол Open Shortest Path First (OSPF), а также протокол Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS).
OSPF является маршрутизирующим протоколом состояния канала, разработанным фирмой Engineering Task Force (IETF). Он предназначен для работы в больших гибких составных сетях. Он может работать с оборудованием разных фирм-производителей, поэтому получил широкое распространение.
Протокол граничного шлюза ( Border Gateway Protocol – BGP ) относится к внешним протоколам External Gateway Protocol (EGP). Протокол обеспечивает обмен маршрутизирующей информацией между автономными системами, гарантирует выбор пути, свободный от маршрутных петель (loop-free). Протокол BGP применяется основными сетевыми компаниями, в том числе Интернет-провайдерами. Протокол BGP принимает решение о выборе маршрута на основе сетевой политики.
Изменение и создание конфигурации маршрутизатора Cisco возможно в режиме глобального конфигурирования, вход в который реализуется из привилегированного по команде configure terminal (сокращенно – conf t ), которая вводит устройство в глобальный режим и позволяет изменять текущую конфигурацию (running-config). При этом приглашение изменяет вид на Router(config)#:
Router>ena
Router#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
Router(config)#
В глобальном режиме производятся изменения, которые затрагивают маршрутизатор в целом, поэтому этот режим и называется global configuration mode. Например, в нем можно устанавливать имя маршрутизатора командой hostname. Имя маршрутизатора не имеет значения в сети Интернет и существенно только в локальной, оно удобно при конфигурировании.
Router(config)#hostname Router_А
Router_А(config)#
В режиме глобального конфигурирования на маршрутизатор можно устанавливать пароли. Существует несколько видов паролей для обеспечения защиты маршрутизаторов Cisco. Первые два пароля, enable secretи enable password, используются для обеспечения авторизованного входа в привилегированный режим. На маршрутизаторе устанавливается один(или оба) из этих паролей. После установки пароля система запрашивает его у пользователя, когда вводится команда enable. Формат командустановки паролей ciscoи cisco1для входа в привилегированный режим приведен ниже:
Router_A(config)#enable secret cisco
Router_A(config)#enable password cisco1
Пароль enable secret криптографируется по умолчанию, поэтому является более строгим. Если установлены оба пароля – enable secret и enable password, – то в приведенном примере система будет реагировать на парольcisco. Пароль enable password по умолчанию не криптографируется, поэтому его можно посмотреть, например, по команде show running-configuration (сокращенно sh run), которая выполняется из привилегированного режима.
Ниже приводится пример формирования статической таблицы маршрутизации
Router>enable
Router#config t
Router(config)#hostname Router_B
Router_B(config)#ip route 192.168.10.0 255.255.255.0 200.50.50.11
Router_B(config)#ip route 192.168.30.0 255.255.255.0 200.60.60.12
Router_B(config)#ip route 192.168.40.0 255.255.255.0 200.60.60.12
Router_B(config)#ip route 200.70.70.0 255.255.255.0 200.60.60.12