Heute beginnen wir mit dem Studium von Routern. Wenn Sie meinen Videokurs von der ersten bis zur 17. Lektion absolviert haben, haben Sie bereits die Grundlagen von Switches gelernt. Jetzt wenden wir uns dem nächsten Gerät zu – dem Router. Wie Sie aus der vorherigen Lektion wissen, trägt eines der Themen des CCNA-Kurses den Titel – Cisco Switching & Routing.
In dieser Serie werden wir nicht die Cisco-Router studieren, sondern das Konzept der Routing im Allgemeinen betrachten. Wir haben drei Themen. Das erste ist eine Übersicht darüber, was Sie bereits über Router wissen, und ein Gespräch darüber, wie dies in Kombination mit dem Wissen, das Sie beim Studium von Switches erlangt haben, angewendet werden kann. Wir müssen verstehen, wie Switches und Router gemeinsam arbeiten.
Als Nächstes werden wir uns ansehen, was Routing ist, was es bedeutet und wie es funktioniert, und dann werden wir zu den Arten von Routing-Protokollen übergehen. Heute verwende ich eine Topologie, die Sie bereits in den vorherigen Lektionen gesehen haben.
Wir haben uns angesehen, wie Daten durch das Netzwerk bewegt werden und wie der dreistufige TCP-Handshake funktioniert. Die erste Nachricht, die über das Netzwerk gesendet wird, ist ein SYN-Paket. Lassen Sie uns ansehen, wie der dreistufige Handshake abläuft, wenn ein Computer mit der IP-Adresse 10.1.1.10 versuchen möchte, eine Verbindung zum Server 30.1.1.10 herzustellen, also versucht, eine FTP-Verbindung aufzubauen.
Um die Verbindung zu starten, erstellt der Computer einen Quellport mit einer zufälligen Nummer 25113. Falls Sie vergessen haben, wie das funktioniert, empfehle ich Ihnen, die vorherigen Video-Lektionen zu schauen, die sich mit diesem Thema befasst haben.
Dann platziert er im Frame die Nummer des Zielports, da er weiß, dass er sich mit Port 21 verbinden muss. Anschließend fügt er die Informationen der dritten OSI-Ebene hinzu, also die eigene IP-Adresse und die IP-Adresse des Ziels. Die mit gestrichelten Linien umrandeten Daten bleiben unverändert, bis sie den Endpunkt erreichen. Wenn sie den Server erreichen, ändern sie sich ebenfalls nicht, aber der Server fügt dem Frame die Informationen der zweiten Ebene hinzu, also die MAC-Adresse. Dies liegt daran, dass Switches nur Informationen der zweiten OSI-Ebene verarbeiten. In diesem Szenario ist der Router das einzige Netzwerkgerät, das die Informationen der dritten Ebene betrachtet; natürlich arbeitet auch der Computer mit diesen Informationen. Also, Switches arbeiten nur mit Informationen der zweiten Ebene, und Router mit der dritten.
Der Switch kennt die ursprüngliche MAC-Adresse XXXX:XXXX:1111 und möchte die MAC-Adresse des Servers erfahren, zu dem der Computer eine Verbindung herstellt. Er vergleicht die Quell-IP-Adresse mit der Zieladresse, erkennt, dass sich diese Geräte in verschiedenen Subnetzen befinden, und trifft die Entscheidung, ein Gateway zu verwenden, um in ein anderes Subnetz zu gelangen.
Ich werde oft gefragt, wer bestimmt, welche IP-Adresse das Gateway haben sollte. Zuerst wird dies vom Netzwerkadministrator entschieden, der das Netzwerk erstellt und jeder Einheit eine IP-Adresse zuweist. Als Administrator können Sie dem Router jede Adresse zuweisen, die innerhalb des zulässigen Adressbereichs Ihres Subnetzes liegt. In der Regel ist dies die erste oder letzte zulässige Adresse, aber es gibt keine strengen Regeln für die Zuweisung. In unserem Fall hat der Administrator die Adresse des Gateways oder Routers auf 10.1.1.1 gesetzt und ihm den Port F0/0 zugewiesen.
Wenn Sie ein Netzwerk auf einem Computer mit der statischen IP-Adresse 10.1.1.10 einrichten, weisen Sie die Subnetzmaske 255.255.255.0 und das Standardgateway 10.1.1.1 zu. Wenn Sie keine statische Adresse verwenden, bedeutet dies, dass der Computer DHCP verwendet, das eine dynamische Adresse zuweist. Unabhängig davon, welche IP-Adresse der Computer verwendet, ob statisch oder dynamisch, muss ein Gateway-Adresse vorhanden sein, um in ein anderes Netzwerk zu gelangen.
Somit weiß der Computer 10.1.1.10, dass er das Paket an den Router 10.1.1.1 senden muss. Diese Übertragung erfolgt innerhalb des lokalen Netzwerks, wo die IP-Adresse keine Rolle spielt, hier ist nur die MAC-Adresse wichtig. Angenommen, der Computer hat zuvor nie mit dem Router kommuniziert und kennt seine MAC-Adresse nicht, sodass er zunächst eine ARP-Anfrage senden muss, die alle Geräte im Subnetz fragt: „Hey, wer von euch hat die Adresse 10.1.1.1? Bitte teilt mir eure MAC-Adresse mit!“ Da ARP eine Broadcast-Nachricht ist, wird sie an alle Ports aller Geräte gesendet, einschließlich des Routers.
Der Computer 10.1.1.12, der ARP erhält, denkt: «Nein, meine Adresse ist nicht 10.1.1.1» und verwirft die Anfrage. Ähnlich verhält sich der Computer 10.1.1.13. Der Router, der die Anfrage erhält, versteht, dass er gemeint ist, und sendet die MAC-Adresse des Ports F0/0 zurück – da jeder Port eine andere MAC-Adresse hat – an den Computer 10.1.1.10. Jetzt, da er die Adresse des Gateways XXXX:AAAA kennt, die in diesem Fall die Zieladresse ist, fügt der Computer sie ans Ende des an den Server adressierten Frames hinzu. Gleichzeitig setzt er den FCS/CRC-Header des Frames, der einen Mechanismus zur Fehlerüberprüfung der Übertragung darstellt.
Nach diesem Schritt wird der Frame des Computers 10.1.1.10 über die Leitungen an den Router 10.1.1.1 gesendet. Nach dem Erhalt des Frames entfernt der Router den FCS/CRC und verwendet denselben Algorithmus zur Überprüfung, den auch der Computer verwendet. Die Daten bestehen nur aus einer Reihe von Nullen und Einsen. Wenn die Daten beschädigt sind, das heißt, 1 wird zu 0 oder 0 wird zu 1, oder es gibt Datenleckagen, die häufig bei der Verwendung eines Hubs auftreten, muss das Gerät den Frame erneut senden.
Wenn die FCS/CRC-Prüfung erfolgreich war, betrachtet der Router die MAC-Adressen von Quelle und Ziel und entfernt sie, da es sich um Informationen der zweiten Ebene handelt, und wechselt zum Nutzdatenbereich des Frames, der Informationen der dritten Ebene enthält. Daraus erfährt er, dass die Informationen, die der Frame enthält, für das Gerät mit der IP-Adresse 30.1.1.10 bestimmt sind.
Der Router weiß irgendwie, wo sich dieses Gerät befindet. Wir haben dieses Thema nicht angesprochen, als wir die Funktionsweise von Switches betrachteten, daher wollen wir es jetzt untersuchen. Der Router hat 4 Ports, also habe ich ihm noch einige Verbindungen hinzugefügt. Woher weiß der Router also, dass die Daten für das Gerät mit der IP-Adresse 30.1.1.10 über den Port F0/1 gesendet werden sollen? Warum sendet er sie nicht über den Port F0/3 oder F0/2?
Der Punkt ist, dass der Router mit einer Routingtabelle arbeitet. Jeder Router verfügt über eine solche Tabelle, die es ihm ermöglicht, zu entscheiden, über welchen Port ein bestimmter Frame übertragen werden soll.
In diesem Fall ist der Port F0/0 auf die IP-Adresse 10.1.1.1 konfiguriert, was bedeutet, dass er mit dem Netzwerk 10.1.1.10/24 verbunden ist. Ebenso ist der Port F0/1 auf die Adresse 20.1.1.1 eingestellt, also verbunden mit dem Netzwerk 20.1.1.0/24. Der Router kennt beide Netzwerke, da sie direkt mit seinen Ports verbunden sind. Somit ist die Information, dass der Datenverkehr für das Netzwerk 10.1.10/24 über den Port F0/0 geleitet werden sollte und für das Netzwerk 20.1.1.0/24 über den Port F0/1, standardmäßig bekannt. Woher weiß der Router jedoch, über welche Ports er mit den anderen Netzwerken arbeiten soll?
Wir sehen, dass das Netzwerk 40.1.1.0/24 mit dem Port F0/2 verbunden ist, das Netzwerk 50.1.1.0/24 – mit dem Port F0/3, und das Netzwerk 30.1.1.0/24 verbindet den zweiten Router mit dem Server. Der zweite Router hat ebenfalls eine Routingtabelle, in der angegeben ist, dass das Netzwerk 30. mit seinem Port, den wir 0/1 nennen, verbunden ist, und dass er über den Port 0/0 mit dem ersten Router verbunden ist. Dieser Router weiß, dass sein Port 0/0 mit dem Netzwerk 20. verbunden ist, während der Port 0/1 mit dem Netzwerk 30. verbunden ist, und er weiß sonst nichts.
Ähnlich kennt der erste Router die Netzwerke 40. und 50., die an die Ports 0/2 und 0/3 angeschlossen sind, aber nichts über das Netzwerk 30. Der Routingprotokoll liefert den Routern die Informationen, die ihnen standardmäßig nicht zur Verfügung stehen. Der Mechanismus, durch den diese Router miteinander interagieren, bildet die Grundlage des Routings, wobei es sowohl dynamisches als auch statisches Routing gibt.
Statisches Routing bedeutet, dass der erste Router die Information erhält: Wenn er mit dem Netzwerk 30.1.1.0/24 kommunizieren muss, soll er den Port F0/1 verwenden. Wenn jedoch der zweite Router Verkehr vom Server erhält, der für den Computer 10.1.1.10 bestimmt ist, weiß er nicht, was er damit tun soll, da seine Routingtabelle nur Informationen über die Netzwerke 30. und 20. enthält. Daher muss auch für diesen Router das statische Routing konfiguriert werden: Wenn er Verkehr für das Netzwerk 10. erhält, soll er ihn über den Port 0/0 weiterleiten.
Das Problem des statischen Routings besteht darin, dass ich den ersten Router manuell für die Arbeit mit dem Netzwerk 30. und den zweiten Router für die Arbeit mit dem Netzwerk 10. konfigurieren muss. Das ist einfach, wenn ich nur 2 Router habe, aber wenn ich 10 Router habe, nimmt die Konfiguration des statischen Routings viel Zeit in Anspruch. In diesem Fall ist es sinnvoll, dynamisches Routing zu verwenden.
Nachdem der Computer den Rahmen erhalten hat, schaut der erste Router in seine Routingtabelle und entscheidet, ihn über den Port F0/1 zu senden. Dabei fügt er dem Rahmen die MAC-Adresse des Absenders XXXX.BBBB und die MAC-Adresse des Empfängers XXXX.CCCC hinzu.
Nachdem der zweite Router diesen Rahmen erhalten hat, entfernt er die MAC-Adressen, die sich auf die zweite OSI-Schicht beziehen, und greift auf die Informationen der dritten Schicht zu. Er stellt fest, dass die IP-Adresse des Empfängers 30.1.1.10 zum selben Netzwerk gehört wie der Port 0/1 des Routers, fügt die MAC-Adresse des Absenders und die MAC-Adresse des Zielgeräts hinzu und sendet den Rahmen an den Server.
Wie bereits erwähnt, wiederholt sich der ähnliche Prozess in umgekehrter Richtung, das heißt, die zweite Stufe des Handshakes wird durchgeführt, bei der der Server eine SYN ACK-Nachricht zurücksendet. Vorher entfernt er alle überflüssigen Informationen und behält nur das SYN-Paket.
Nachdem der zweite Router dieses Paket erhalten hat, überprüft er die empfangenen Informationen, ergänzt sie und sendet sie weiter.
In den vorherigen Lektionen haben wir gelernt, wie ein Switch funktioniert, und jetzt haben wir erfahren, wie Router arbeiten. Lassen Sie uns die Frage beantworten, was Routing im globalen Sinne darstellt. Stellen Sie sich vor, Sie treffen auf einen solchen Straßenhinweis, der an einer Kreuzung mit Kreisverkehr aufgestellt ist. Sie sehen, dass der erste Abzweig zur Royal Air Force-Basis Fairfux, der zweite zum Flughafen und der dritte nach Süden führt. Wenn Sie die vierte Ausfahrt wählen, geraten Sie in eine Sackgasse, und über die fünfte können Sie durch das Stadtzentrum zum Braksby Castle fahren.
Im Allgemeinen ist Routing das, was den Router dazu bringt, Entscheidungen darüber zu treffen, wohin der Traffic geleitet werden soll. In diesem Fall müssen Sie als Fahrer entscheiden, welche Ausfahrt von der Kreuzung zu nehmen ist. In Netzwerken müssen Router Entscheidungen darüber treffen, wohin sie Pakete oder Rahmen senden. Sie sollten verstehen, dass Routing es ermöglicht, Tabellen zu erstellen, auf deren Grundlage Router diese Entscheidungen treffen.
Wie ich bereits sagte, gibt es statisches und dynamisches Routing. Lassen Sie uns das statische Routing betrachten; dafür zeichne ich drei Geräte, die miteinander verbunden sind, wobei das erste und das dritte Gerät mit Netzwerken verbunden sind. Angenommen, ein Netzwerk 10.1.1.0 möchte sich mit dem Netzwerk 40.1.1.0 verbinden, und zwischen den Routern befinden sich die Netzwerke 20.1.1.0 und 30.1.1.0.
In diesem Fall müssen die Router-Ports verschiedenen Subnetzen angehören. Router 1 kennt standardmäßig nur die Netzwerke 10. und 20. und weiß nichts über die anderen Netzwerke. Router 2 kennt nur die Netzwerke 20. und 30., da diese mit ihm verbunden sind, und Router 3 kennt nur die Netzwerke 30. und 40. Wenn das Netzwerk 10. mit dem Netzwerk 40. kommunizieren möchte, muss ich Router 1 über das Netzwerk 30. informieren und ihm sagen, dass, wenn er ein Frame des Netzwerks 40. übertragen möchte, er das Interface für das Netzwerk 20. verwenden und das Frame über dasselbe Netzwerk 20. senden muss.
Dem zweiten Router muss ich 2 Routen zuweisen: Wenn er ein Paket vom Netzwerk 40. zum Netzwerk 10. übertragen möchte, muss er den Port des Netzwerks 20. verwenden, und für die Übertragung eines Pakets vom Netzwerk 10. zum Netzwerk 40. den Port des Netzwerks 30. Ebenso muss ich Router 3 Informationen über die Netzwerke 10. und 20. bereitstellen.
Wenn Sie kleine Netzwerke haben, ist es sehr einfach, die statische Routenfindung einzurichten. Je größer das Netzwerk jedoch wird, desto mehr Probleme treten bei der statischen Routenfindung auf. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine neue Verbindung hergestellt, die die erste und dritte Router direkt verbindet. In diesem Fall wird das Protokoll der dynamischen Routenfindung die Routingtabelle von Router 1 automatisch aktualisieren und Folgendes angeben: 'Wenn Sie mit Router 3 kommunizieren müssen, verwenden Sie die direkte Route!'
Es gibt zwei Arten von Routing-Protokollen: das Interior Gateway Protocol (IGP) und das Exterior Gateway Protocol (EGP). Das erste Protokoll arbeitet mit einem separaten, autonomen System, das als Routing-Domain bekannt ist. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine kleine Organisation mit nur 5 Routern. Wenn wir nur über die Kommunikation zwischen diesen Routern sprechen, meinen wir IGP; verwenden Sie jedoch Ihr Netzwerk zur Kommunikation mit dem Internet, wie es ISP-Anbieter tun, verwenden Sie EGP.
IGP verwendet 3 beliebte Protokolle: RIP, OSPF und EIGRP. Der CCNA-Lehrplan erwähnt nur die beiden letzten Protokolle, da RIP veraltet ist. Es ist das einfachste der Routing-Protokolle, das immer noch in einigen Fällen verwendet wird, jedoch nicht die notwendige Netzwerksicherheit bietet. Dies ist einer der Gründe, warum Cisco RIP aus dem Lehrplan ausgeschlossen hat. Ich werde Ihnen jedoch trotzdem darüber berichten, da das Verständnis davon zur Verstehen der Grundlagen des Routings beiträgt.
Die Klassifizierung von EGP-Protokollen verwendet zwei Protokolle: BGP und das eigentliche EGP-Protokoll. Im Rahmen des CCNA-Kurses werden wir nur BGP, OSPF und EIGRP behandeln. Informationen über RIP können Sie als Bonusinformationen betrachten, die in einem der Videolektionen behandelt werden.
Es gibt noch zwei weitere Arten von Routing-Protokollen: Distance Vector-Protokolle und Link State-Routing-Protokolle.
Das erste Protokoll betrachtet Distanz- und Richtungsvektoren. Beispielsweise kann ich eine Verbindung direkt zwischen dem Router R1 und R4 herstellen oder eine Verbindung über den Pfad R1-R2-R3-R4 aufbauen. Bei Routing-Protokollen, die das Distance Vector-Verfahren verwenden, wird die Verbindung immer den kürzesten Weg wählen. Dabei spielt es keine Rolle, dass die Verbindung möglicherweise die minimale Geschwindigkeit hat. In unserem Fall beträgt diese 128 kbit/s, was viel langsamer ist als die Verbindung über den Weg R1-R2-R3-R4, wo die Geschwindigkeit 100 mbit/s beträgt.
Betrachten wir das Distance Vector-Protokoll RIP. Ich werde vor dem Router R1 das Netzwerk 10. hinzufügen und hinter dem Router R4 das Netzwerk 40. Angenommen, in diesen Netzwerken gibt es viele Computer. Wenn ich eine Verbindung zwischen dem Netzwerk 10. R1 und dem Netzwerk 40. R4 herstellen möchte, werde ich R1 eine statische Route zuweisen, die lautet: „Wenn eine Verbindung zum Netzwerk 40. erforderlich ist, nutzen Sie die direkte Verbindung zum Router R4“. Dabei muss ich auf allen vier Routern RIP manuell konfigurieren. Dann wird die Routing-Tabelle von R1 automatisch kommunizieren, dass, wenn das Netzwerk 10. mit dem Netzwerk 40. kommunizieren möchte, die direkte Verbindung R1-R4 verwendet werden muss. Selbst wenn es schneller ist, einen Umweg zu nehmen, wird das Distance Vector-Protokoll weiterhin den kürzesten Weg mit der geringsten Übertragungsdistanz wählen.
OSPF ist ein Link State-Routing-Protokoll, das stets den Zustand der Netzwerksegmente betrachtet. In diesem Fall bewertet es die Übertragungsgeschwindigkeiten der Verbindungen. Wenn es feststellt, dass die Übertragungsgeschwindigkeit über die Verbindung R1-R4 sehr niedrig ist, wählt es den Weg mit höherer Geschwindigkeit R1-R2-R3-R4, selbst wenn dieser länger ist als der kürzeste Weg. Wenn ich also auf allen Routern das OSPF-Protokoll konfiguriere, wird der Datenverkehr bei dem Versuch, das Netzwerk 40. mit dem Netzwerk 10. zu verbinden, über die Route R1-R2-R3-R4 gesendet. Somit ist RIP ein Distance Vector-Protokoll, während OSPF ein Link State-Routing-Protokoll ist.
Es gibt ein weiteres Protokoll – EIGRP, ein proprietäres Routingprotokoll von Cisco. Bei Netzwerkgeräten anderer Hersteller, beispielsweise Juniper, wird EIGRP nicht unterstützt. Es ist ein ausgezeichnetes Routingprotokoll, das deutlich effizienter ist als RIP und OSPF, kann jedoch nur in Netzwerken verwendet werden, die auf Cisco-Geräten basieren. Später werde ich ausführlicher erläutern, warum dieses Protokoll so vorteilhaft ist. Ich möchte nur anmerken, dass EIGRP Merkmale von Distanz-Vektor-Protokollen und von Link-State-Routingprotokollen vereint und somit ein hybrides Protokoll darstellt.
Im nächsten Video-Tutorial werden wir uns intensiv mit Cisco-Routern beschäftigen. Ich werde Ihnen ein wenig über das Cisco IOS-Betriebssystem erzählen, das sowohl für Switches als auch für Router gedacht ist. Ich hoffe, dass wir in den Lektionen 19 oder 20 mit dem detaillierten Studium von Routingprotokollen beginnen können, und ich werde Ihnen anhand kleiner Netzwerke zeigen, wie man Cisco-Router konfiguriert.
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Quelle: habr.com
