Днес започваме да изучаваме рутери. Ако сте преминали моят видеокурс от първия до 17-ти урок, вече сте запознати с основите на суичовете. Сега преминаваме към след устройството – рутерът. Както знаете от предишния видеокурс, една от темите в курса CCNA е наречена – Cisco Switching & Routing.
В тази серия няма да изучаваме рутери на Cisco, а ще разгледаме концепцията за маршрутизация като цяло. Имаме три теми. Първата – е преглед на това, което вече знаете за рутерите и обсъждане на това как можем да приложим тези знания съвместно с информацията, която сте получили в процеса на изучаване на суичовете. Трябва да разберем какво представлява съвместната работа на суичовете и рутерите.
След това ще разгледаме какво представлява маршрутизацията, какво означава и как работи, а след това ще преминем към видовете протоколи за маршрутизация. Днес използвам топология, която вече сте виждали в предишните уроци.
Разгледахме как данните се движат по мрежата и как се извършва тристепенното ръкостискане на TCP. Първото съобщение, изпратено по мрежата, представлява SYN пакет. Нека разгледаме как протича тристепенното ръкостискане, когато компютър с IP адрес 10.1.1.10 иска да се свърже със сървър 30.1.1.10, тоест се опитва да установи FTP връзка.
За да започне връзката, компютърът създава порт на източника с произволен номер 25113. Ако сте забравили как става това, препоръчвам да прегледате предишните видеоуроци, в които беше разгледан този въпрос.
След това той поставя в рамката номера на порта на дестинацията, тъй като знае, че трябва да се свърже с порт 21, след което добавя информация от третото ниво на OSI, т.е. собствения IP адрес и IP адреса на дестинацията. Данните, обградени с тирета, не се променят, докато не достигнат крайната точка. Когато достигнат сървъра, те също не се променят, но сървърът добавя към рамката информация от второто ниво, т.е. MAC адрес. Това е така, защото суичовете възприемат само информация от второто ниво на OSI. В този сценарий рутерът е единственото мрежово устройство, което разглежда информация от третото ниво, естествено, компютърът също работи с тази информация. И така, суичът работи само с информация от второто ниво, а рутерът – с третото.
Свитч знае оригиналния MAC адрес XXXX:XXXX:1111 и иска да открие MAC адреса на сървъра, с който компютърът се свързва. Той сравнява оригиналния IP адрес с адреса на целта, осъзнавайки, че тези устройства са в различни подсетки и решава да използва шлюз за излизане в друга подсетка.
Често ми задават въпроса, кой определя какъв трябва да бъде IP адресът на шлюза. Първо, това се решава от мрежовия администратор, който създава мрежата и предоставя IP адреса на всяко устройство. Като администратор, можете да зададете на рутера всякакъв адрес в диапазона на разрешените адреси на вашата подсетка. Обикновено това е първият или последният допустим адрес, но няма строги правила относно неговото назначаване. В нашия случай администраторът е назначил адреса на шлюза или рутера на 10.1.1.1 и го е присвоил на порта F0/0.
Когато настройвате мрежа на компютър със статичен IP адрес 10.1.1.10, вие задавате маска на подсетката 255.255.255.0 и шлюз по подразбиране 10.1.1.1. Ако не използвате статичен адрес, компютърът ползва DHCP, който задава динамичен адрес. Независимо кой IP адрес използва компютърът, статичен или динамичен, за излизане в друга мрежа трябва да има адрес на шлюза.
Следователно, компютърът 10.1.1.10 знае, че трябва да изпрати кадър на рутера 10.1.1.1. Това предаване става в локалната мрежа, където IP адресът няма значение, тук важен е само MAC адресът. Да предположим, че преди компютърът никога не е свързван с рутера и не знае неговия MAC адрес, затова той първо трябва да изпрати ARP заявка, с която пита всички устройства в подсетката: "ей, кой от вас има адрес 10.1.1.1? Моля, съобщете ми вашия MAC адрес!". Тъй като ARP е широковещателно съобщение, то стига до всички портове на всички устройства, включително рутера.
Компютър 10.1.1.12 получава ARP и мисли: «Не, моят адрес не е 10.1.1.1», и отхвърля запитването, компютър 10.1.1.13 прави същото. Маршрутизаторът, получавайки запитването, разбира, че питат именно него, и праща MAC-адреса на порт F0/0 – тъй като всички портове имат различен MAC-адрес – на компютър 10.1.1.10. Сега, знаейки адреса на шлюза XXXX:AAAA, който в този случай е адресът на целта, компютърът го добавя в края на фрейма, адресиран до сървъра. Заедно с това той задава заглавието на фрейма FCS/CRC, което е механизъм за проверка на грешки при предаване.
След това фреймът на компютър 10.1.1.10 се изпраща по проводите към маршрутизатора 10.1.1.1. След получаване на фрейма маршрутизаторът премахва FCS/CRC, като използва същия алгоритъм за проверка, който е използвал и компютърът. Данните представляват просто набор от нули и единици. Ако данните са повредени, тоест 1 стане 0 или 0 стане 1, или има загуба на данни, която често се появява при използване на хъб, устройството трябва да прехвърли фрейма отново.
Ако проверката на FCS/CRC е успешна, маршрутизаторът поглежда MAC-адресите на източника и целта и ги премахва, тъй като това е информация от 2-ро ниво, и преминава към тялото на фрейма, в което се съдържа информация от 3-то ниво. От него той разбира, че информацията, която съдържа фреймът, е предназначена за устройство с IP-адрес 30.1.1.10.
Маршрутизаторът по някакъв начин знае къде се намира това устройство. Не разглеждахме този въпрос, когато обсъждахме работата на суичовете, затова ще го разгледаме сега. Маршрутизаторът има 4 порта, така че добавих към него още няколко връзки. И така, откъде знае маршрутизаторът, че данните за устройството с IP-адрес 30.1.1.10 трябва да се изпращат през порт F0/1? Защо не ги изпраща през порт F0/3 или F0/2?
Истината е, че маршрутизаторът работи с таблица за маршрутизиране. Всеки маршрутизатор има такава таблица, която позволява да вземе решение през кой порт да предаде конкретен фрейм.
В този случай, порт F0/0 е настроен на IP адрес 10.1.1.1, което означава, че той е свързан в мрежата 10.1.1.10/24. Аналогично, порт F0/1 е настроен на адрес 20.1.1.1, т.е. свързан е в мрежата 20.1.1.0/24. Рутерът знае за двете мрежи, тъй като те са директно свързани към неговите портове. Следователно, информацията, че трафикът за мрежата 10.1.10/24 трябва да премине през порт F0/0, а за мрежата 20.1.1.0/24 – през порт F0/1, е известна по подразбиране. Но откъде рутерът знае през кои портове да работи с другите мрежи?
Виждаме, че мрежата 40.1.1.0/24 е свързана към порт F0/2, мрежата 50.1.1.0/24 – към порт F0/3, а мрежата 30.1.1.0/24 свързва втория рутер със сървъра. Вторият рутер също има таблица за маршрутизация, в която е указано, че мрежата 30. е свързана с неговия порт, обозначен 0/1, а с първия рутер е свързан през порт 0/0. Този рутер знае, че неговият порт 0/0 е свързан с мрежата 20., а порт 0/1 е свързан с мрежата 30., и повече не знае нищо.
Аналогично, първият рутер знае за мрежите 40. и 50., свързани с портовете 0/2 и 0/3, но нищо не знае за мрежата 30. Протоколът за маршрутизация предоставя на рутерите информацията, с която те не разполагат по подразбиране. Механизмът, чрез който тези рутери взаимодействат помежду си, е основата на маршрутизацията и съществува динамична и статична маршрутизация.
Статичната маршрутизация се състои в това, че на първия рутер се дава информация: ако трябва да се свърже с мрежата 30.1.1.0/24, трябва да използва порт F0/1. Но когато вторият рутер получава трафик от сървъра, предназначен за компютър 10.1.1.10, той не знае какво да прави, тъй като в неговата таблица за маршрутизация има само информация за мрежите 30. и 20. Следователно, на този рутер също трябва да се зададе статична маршрутизация: ако получи трафик за мрежата 10., трябва да го изпрати през порт 0/0.
Проблемът със статичната маршрутизация е, че трябва ръчно да настроя първия рутер да работи с мрежата 30., а вторият рутер – с мрежата 10. Това е лесно, ако имам само 2 рутера, но когато имам 10 маршрутизатора, настройката на статичната маршрутизация отнема много време. В този случай има смисъл да се използва динамична маршрутизация.
След като получи рамката от компютъра, първият рутер проверява таблицата си за маршрутизация и взема решение да я изпрати през порт F0/1. Към рамката той добавя MAC адреса на източника XXXX.BBBB и MAC адреса на получателя XXXX.СССС.
След като получи тази рамка, вторият рутер "отрязва" MAC адресите, свързани с втория слой на OSI, и преминава към информацията от трети слой. Той вижда, че IP адресът на получателя 30.1.1.10 принадлежи на същата мрежа, каквато е порт 0/1 на рутера, добавя MAC адреса на източника и MAC адреса на устройството на получателя и изпраща рамката на сървъра.
Както вече споменах, след това аналогичният процес се повтаря в обратна посока, тоест се извършва вторият етап на ръкостискането, при който сървърът изпраща обратно SYN ACK-съобщение. Преди това той отхвърля всяка излишна информация и оставя само SYN пакета.
Получавайки този пакет, вторият рутер разглежда получената информация, допълва я и я изпраща напред.
Така, в предишните уроци разгледахме как работи суичът, а сега научихме как функционират рутерите. Нека отговорим на въпроса какво представлява маршрутизацията в глобален смисъл. Да предположим, че срещате такъв указател за движение, поставен на кръгово кръстовище. Виждате, че първото отклонение води до базата на Кралския военновъздушен флот Фейрфакс, второто до летището, третото на юг. Ако изберете четвъртия изход, ще попаднете в задънена улица, а през петия можете да преминете през централната част на града до замъка Браксби.
Като цяло, маршрутизацията е това, което кара рутера да взема решения, къде да насочва трафика. В този случай вие, като шофьор, трябва да вземете решение кой изход от кръстовището да използвате. В мрежите рутерите трябва да вземат решения къде да изпращат пакети или рамки. Трябва да разберете, че маршрутизацията позволява създаването на таблици, на основата на които рутерите вземат тези решения.
Както казах, съществува статична и динамична маршрутизация. Нека разгледаме статичната маршрутизация, за което ще нарисувам 3 устройства, свързани помежду си, като първото и третото устройство са свързани със мрежи. Да предположим, че една мрежа 10.1.1.0 иска да се свърже с мрежа 40.1.1.0, а между рутерите се намират мрежи 20.1.1.0 и 30.1.1.0.
В този случай портовете на рутерите трябва да принадлежат на различни подсети. Рутер 1 по подразбиране знае само за мрежите 10. и 20., и не знае нищо за останалите мрежи. Рутер 2 знае само за мрежите 20. и 30., тъй като те са свързани с него, а рутер 3 знае само за мрежите 30. и 40. Ако мрежа 10. иска да се свърже с мрежа 40., трябва да кажа на рутер 1 за мрежа 30. и че ако иска да предаде пакет на мрежа 40., трябва да използва интерфейса за мрежа 20. и да изпрати пакета по същата мрежа 20.
На втория рутер трябва да назнача 2 маршрута: ако иска да предаде пакет от мрежа 40. в мрежа 10., трябва да използва порта на мрежа 20., а за предаване на пакет от мрежа 10. към мрежа 40. – порта на мрежа 30. По аналогия, трябва да осигуря на рутер 3 информация за мрежите 10. и 20.
Ако имате малки мрежи, настройката на статична маршрутизация е много лесна. Въпреки това, колкото повече се разширява мрежата, толкова повече възникват проблеми със статичната маршрутизация. Да предположим, че сте създали ново свързване, което директно свързва първия и третия рутер. В този момент протоколът за динамична маршрутизация автоматично обновява таблицата за маршрутизация на рутер 1, указвайки следното: "ако трябва да се свържете с рутер 3, използвайте пряк маршрут"!
Съществуват два типа маршрутизиращи протоколи: протокол на вътрешен шлюз IGP и протокол на външен шлюз EGP. Първият протокол работи с отделна, автономна система, известна като домейн на маршрутизация. Представете си, че имате малка организация с 5 рутера. Когато говорим само за свързване между тези рутери, имаме предвид IGP; ако обаче използвате мрежата си за свързване с интернет, както правят доставчиците на интернет услуги, то посягате на EGP.
IGP използва 3 популярни протоколи: RIP, OSPF и EIGRP. Учебната програма CCNA споменава само за последните два протокола, тъй като RIP е остарял. Това е най-простият от маршрутизиращите протоколи, който все още се използва в някои случаи, но не осигурява необходимата мрежова сигурност. Това е една от причините, поради която Cisco изключи RIP от учебния курс. Въпреки това, ще ви разкажа за него, тъй като изучаването му подпомага разбирането на основите на маршрутизацията.
Класификация на протоколите EGP използва два протокола: BGP и самия протокол EGP. При изучаването на курса CCNA ще разглеждаме само BGP, OSPF и EIGRP. Разказът за RIP можете да считате за бонусна информация, която ще бъде отразена в един от видеоуроците.
Съществуват още 2 типа протоколи за маршрутизиране: дистанционно-векторни протоколи Distance Vector и протоколи за маршрутизиране на състоянието на канала Link State.
Първият протокол разглежда векторите на разстоянието и посоката. Например, мога да установя връзка директно между рутера R1 и R4, или мога да направя връзка по пътя R1-R2-R3-R4. Когато говорим за протоколи за маршрутизиране, използващи дистанционно-векторния метод, в този случай връзката винаги ще бъде направена по най-краткия път. Важно е да се отбележи, че това съединение може да има минимална скорост. В нашия случай е 128 кбит/с, което е много по-бавно от връзката по маршрута R1-R2-R3-R4, където скоростта е 100 мбит/с.
Нека разгледаме дистанционно-векторния протокол RIP. Ще добавя мрежа 10. пред рутера R1, а зад рутера R4 – мрежа 40. Да предположим, че в тези мрежи има много компютри. Ако искам да осъществя връзка между мрежа 10. R1 и мрежа 40. R4, ще назнача статична маршрутизация на R1, като кажа: «ако трябва да се свържете с мрежа 40., използвайте директната връзка с рутера R4». В същото време на всичките 4 рутера трябва ръчно да настроя RIP. След това таблицата за маршрутизиране на R1 автоматично ще съобщава, че ако мрежа 10. иска да се свърже с мрежа 40., е необходимо да се използва директната връзка R1-R4. Дори ако обиколката е по-бърза, протоколът Distance Vector все пак ще избере най-краткия път с минимално разстояние за предаване.
OSPF е протокол за маршрутизиране на състоянието на канала, който винаги следи състоянието на участъците в мрежата. В този случай той оценява скоростта на каналите и, ако види, че скоростта на предаване на трафика по канала R1-R4 е много ниска, избира пътя с по-висока скорост R1-R2-R3-R4, дори ако дължината му е по-голяма от най-краткия път. Така че, ако настроя OSPF на всички рутери, при опит за свързване на мрежа 40. с мрежа 10., трафикът ще бъде изпратен по маршрута R1-R2-R3-R4. Следователно, RIP е дистанционно-векторен протокол, а OSPF е протокол за маршрутизиране на състоянието на канала.
Има и друг протокол – EIGRP, запазен протокол за маршрутизиране на Cisco. Когато става въпрос за мрежови устройства на други производители, например Juniper, те не поддържат EIGRP. Това е отличен протокол за маршрутизиране, който е много по-ефективен от RIP и OSPF, но може да се използва само в мрежи, базирани на устройства на Cisco. По-късно ще говоря по-подробно за това, колко добър е този протокол. За сега ще отбележа, че EIGRP съчетава черти на дистанционно-векторни протоколи и протоколи за маршрутизиране на състоянието на канала, представлявайки хибриден протокол.
В следващия видеоурок ще се приближим до разглеждането на рутери на Cisco, ще ви разкажа малко за операционната система Cisco IOS, която е предназначена както за суичове, така и за рутери. Надявам се, в уроците на 19 или 20-ти ден, да започнем подробно изучаване на протоколите за маршрутизиране и на примера на малки мрежи ще покажа как да настроим рутери на Cisco.
Благодарим ви, че останахте с нас. Харесват ли ви нашите статии? Искате ли да видите повече интересни материали? Подкрепете ни, като направите поръчка или ни препоръчате на познати. 30% отстъпка за потребителите на Хабра на уникален аналог на entry-level сървъри, който създадохме специално за вас: (с налични опции за RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).
Dell R730xd на половин цена? Всичко това само при нас в Нидерландия! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от 99 $! Чете се за това
Източник: habr.com
