Heute beginnen wir mit dem Studium der Router. Wenn Sie meinen Videokurs von der ersten bis zur 17. Lektion absolviert haben, haben Sie bereits die Grundlagen der Switches gelernt. Jetzt gehen wir zum nächsten Gerät über – dem Router. Wie Sie aus der vorherigen Videolektion wissen, heißt eines der Themen des CCNA-Kurses – Cisco Switching & Routing.
In dieser Reihe werden wir nicht die Cisco-Router untersuchen, sondern das Konzept des Routings insgesamt betrachten. Wir haben drei Themen. Das erste ist eine Übersicht über das, was Sie bereits über Router wissen, und ein Gespräch darüber, wie dieses Wissen in Kombination mit dem, was Sie beim Studium der Switches gelernt haben, angewendet werden kann. Wir müssen verstehen, wie Switches und Router zusammenarbeiten.
Anschließend werden wir uns mit dem beschäftigen, was Routing ist, was es bedeutet und wie es funktioniert, und dann zu den verschiedenen Arten von Routing-Protokollen übergehen. Heute verwende ich eine Topologie, die Sie bereits in den vorherigen Lektionen gesehen haben.
Wir haben betrachtet, wie Daten über Netzwerke übertragen werden und wie das dreiphasige TCP-Handshake durchgeführt wird. Die erste Nachricht, die über das Netzwerk gesendet wird, ist ein SYN-Paket. Lassen Sie uns untersuchen, wie das dreiphasige Handshake abläuft, wenn ein Computer mit der IP-Adresse 10.1.1.10 eine Verbindung zu dem Server mit der IP-Adresse 30.1.1.10 herstellen möchte, also versucht, eine FTP-Verbindung aufzubauen.
Um eine Verbindung zu initiieren, erstellt der Computer einen Quellport mit einer zufälligen Nummer, hier 25113. Falls Sie vergessen haben, wie das funktioniert, empfehle ich Ihnen, die vorherigen Video-Tutorials anzuschauen, in denen dieses Thema behandelt wurde.
Daraufhin platziert er die Zielportnummer im Frame, da er weiß, dass er sich mit Port 21 verbinden muss. Anschließend fügt er Informationen der dritten OSI-Schicht hinzu, also seine eigene IP-Adresse und die IP-Adresse des Ziels. Die durch gestrichelte Linien dargestellten Daten bleiben unverändert, bis sie den Zielpunkt erreichen. Sobald sie den Server erreichen, bleiben sie ebenfalls unverändert, aber der Server fügt dem Frame Informationen der zweiten Schicht hinzu, nämlich die MAC-Adresse. Dies liegt daran, dass Switches nur Informationen der zweiten OSI-Schicht wahrnehmen. In diesem Szenario ist der Router das einzige Netzwerkgerät, das Informationen der dritten Schicht betrachtet, selbstverständlich arbeitet auch der Computer mit diesen Informationen. Somit arbeitet der Switch nur mit Informationen der zweiten Schicht und der Router mit der dritten.
Der Switch kennt die ursprüngliche MAC-Adresse XXXX:XXXX:1111 und möchte die MAC-Adresse des Servers herausfinden, auf den der Computer zugreift. Er vergleicht die ursprüngliche IP-Adresse mit der Zieladresse, erkennt, dass diese Geräte in verschiedenen Subnetzen lokalisiert sind, und entscheidet sich, ein Gateway zu verwenden, um in ein anderes Subnetz zu gelangen.
Oft werde ich gefragt, wer entscheidet, wie die IP-Adresse des Gateways aussehen soll. Zunächst einmal ist das der Netzwerkadministrator, der das Netzwerk aufbaut und jedem Gerät eine IP-Adresse zuweist. Als Administrator können Sie dem Router jede Adresse im erlaubten Adressbereich Ihres Subnetzes zuweisen. Üblicherweise ist das die erste oder letzte zulässige Adresse, aber es gibt keine strengen Regeln für die Zuweisung. In unserem Fall hat der Administrator die Gateway-Adresse oder die Router-Adresse auf 10.1.1.1 gesetzt und sie dem Port F0/0 zugewiesen.
Wenn Sie ein Netzwerk auf einem Computer mit der statischen IP-Adresse 10.1.1.10 einrichten, legen Sie die Subnetzmaske auf 255.255.255.0 und das Standardgateway auf 10.1.1.1 fest. Wenn Sie keine statische Adresse verwenden, bezieht der Computer seine Adresse über DHCP, das eine dynamische Adresse zuweist. Unabhängig davon, ob der Computer eine statische oder dynamische IP-Adresse verwendet, muss es für den Zugriff auf ein anderes Netzwerk eine Gateway-Adresse geben.
Der Computer 10.1.1.10 weiß somit, dass er das Frame an den Router 10.1.1.1 senden muss. Diese Übertragung erfolgt innerhalb des lokalen Netzwerks, wo die IP-Adresse keine Rolle spielt, sondern nur die MAC-Adresse wichtig ist. Angenommen, der Computer hat zuvor nie mit dem Router kommuniziert und kennt dessen MAC-Adresse nicht, daher muss er zunächst eine ARP-Anfrage senden, in der er alle Geräte im Subnetz fragt: „Hey, welches von euch hat die Adresse 10.1.1.1? Bitte teilt mir eure MAC-Adresse mit!“. Da ARP eine Broadcast-Nachricht ist, gelangt sie an alle Ports aller Geräte, einschließlich des Routers.
Der Computer 10.1.1.12, der die ARP-Anfrage erhält, denkt: „Nein, meine Adresse ist nicht 10.1.1.1“, und verwirft die Anfrage, ebenso denkt der Computer 10.1.1.13. Der Router, der die Anfrage erhält, erkennt, dass er gemeint ist, und sendet die MAC-Adresse des Ports F0/0 zurück – denn jeder Port hat eine unterschiedliche MAC-Adresse – an den Computer 10.1.1.10. Nun, da er die Adresse des Gateways XXXX:AAAA kennt, die in diesem Fall die Zieladresse ist, fügt der Computer sie dem Frame hinzu, der an den Server adressiert ist. Gleichzeitig setzt er den FCS/CRC-Header des Frames, der als Fehlerprüfmechanismus dient.
Nach diesem Schritt wird der Frame von Computer 10.1.1.10 über Kabel an den Router 10.1.1.1 gesendet. Nach Erhalt des Frames entfernt der Router FCS/CRC, wobei er denselben Algorithmus zur Überprüfung verwendet wie der Computer. Die Daten bestehen aus nichts anderem als einer Reihe von Nullen und Einsen. Wenn die Daten beschädigt sind, das heißt, wenn eine 1 zu einer 0 wird oder eine 0 zu einer 1, oder es Datenverluste gibt, die häufig bei der Verwendung eines Hubs auftreten, muss das Gerät den Frame erneut senden.
Wenn die FCS/CRC-Prüfung erfolgreich ist, schaut der Router auf die Quell- und Ziel-MAC-Adressen und entfernt diese, da es sich um Informationen der 2. Ebene handelt. Er wechselt zum Body des Frames, der Informationen der 3. Ebene enthält. Daraus erfährt er, dass die Informationen im Frame 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 besprochen, als wir über die Funktionsweise von Switches gesprochen haben, also schauen wir uns das jetzt an. Der Router verfügt über 4 Ports, weshalb ich einige weitere Verbindungen hinzugefügt habe. 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 müssen? Warum sendet er sie nicht über den Port F0/3 oder F0/2?
Das liegt daran, dass der Router mit einer Routingtabelle arbeitet. Jeder Router hat eine solche Tabelle, die ihm hilft zu entscheiden, über welchen Port ein bestimmtes Frame gesendet 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, was bedeutet, dass er mit dem Netzwerk 20.1.1.0/24 verbunden ist. Der Router kennt beide Netzwerke, da sie direkt an seine Ports angeschlossen sind. Daher ist die Information, dass der Verkehr für das Netzwerk 10.1.10/24 über den Port F0/0 und für das Netzwerk 20.1.1.0/24 über den Port F0/1 geleitet werden muss, standardmäßig bekannt. Woher weiß der Router jedoch, über welche Ports er mit den anderen Netzwerken kommunizieren soll?
Wir sehen, dass das Netzwerk 40.1.1.0/24 mit Port F0/2 verbunden ist, das Netzwerk 50.1.1.0/24 mit Port F0/3, und das Netzwerk 30.1.1.0/24 verbindet den zweiten Router mit dem Server. Der zweite Router hat ebenfalls eine Routing-Tabelle, in der steht, dass das Netzwerk 30. mit seinem Port verbunden ist, den wir mit 0/1 bezeichnen, und dass er über Port 0/0 mit dem ersten Router verbunden ist. Dieser Router weiß, dass sein Port 0/0 mit dem Netzwerk 20. verbunden ist und dass Port 0/1 mit dem Netzwerk 30. verbunden ist, aber nichts weiter darüber weiß.
Ebenso kennt der erste Router die Netzwerke 40. und 50., die an den Ports 0/2 und 0/3 angeschlossen sind, weiß jedoch nichts über das Netzwerk 30. Das Routing-Protokoll stellt den Routern die Informationen zur Verfügung, die sie nicht standardmäßig besitzen. Der Mechanismus, durch den diese Router miteinander kommunizieren, bildet die Grundlage des Routings, wobei es sowohl dynamisches als auch statisches Routing gibt.
Die statische Routenführung bedeutet, dass dem ersten Router die Information gegeben wird: Wenn eine Verbindung zum Netzwerk 30.1.1.0/24 hergestellt werden soll, muss der Port F0/1 verwendet werden. Wenn jedoch der zweite Router den Datenverkehr von einem Server erhält, der für den Computer 10.1.1.10 bestimmt ist, weiß er nicht, was er damit tun soll, da in seiner Routing-Tabelle nur Informationen über die Netzwerke 30. und 20. vorhanden sind. Daher muss auch diesem Router eine statische Routenführung zugewiesen werden: Wenn er Datenverkehr für das Netzwerk 10. erhält, muss er ihn über den Port 0/0 senden.
Das Problem mit der statischen Routenführung besteht darin, dass ich den ersten Router manuell für das Netzwerk 30. und den zweiten Router für das Netzwerk 10. konfigurieren muss. Das ist einfach, wenn ich nur zwei Router habe, aber wenn ich zehn Router habe, kostet die Konfiguration der statischen Routenführung viel Zeit. In diesem Fall ist es sinnvoll, dynamische Routenführung zu verwenden.
Nachdem der erste Router einen Frame vom Computer empfangen hat, schaut er in seine Routing-Tabelle und entscheidet, ihn über den Port F0/1 zu senden. Dabei fügt er dem Frame die Quell-MAC-Adresse XXXX.BBBB und die Ziel-MAC-Adresse XXXX.CCCC hinzu.
Nachdem dieser Frame empfangen wurde, schneidet der zweite Router die MAC-Adressen, die zur zweiten OSI-Ebene gehören, ab und wechselt zur Information der dritten Ebene. Er erkennt, dass die Ziel-IP-Adresse 30.1.1.10 zum gleichen Netzwerk gehört wie der Port 0/1 des Routers, fügt die MAC-Adresse des Absenders sowie die MAC-Adresse des Zielgeräts hinzu und sendet den Frame an den Server.
Wie bereits erwähnt, wird anschließend ein ähnlicher Prozess in umgekehrter Richtung durchgeführt, das heißt, die zweite Phase des Handshakes erfolgt, bei der der Server ein SYN ACK-Paket zurücksendet. Vorher verwirft er alle überflüssigen Informationen und behält nur das SYN-Paket.
Nachdem dieser Packet empfangen wurde, bewertet der zweite Router die erhaltenen Informationen, ergänzt sie und sendet sie weiter.
In den vorherigen Lektionen haben wir also untersucht, wie ein Switch funktioniert, und jetzt schauen wir uns an, wie Router arbeiten. Lassen Sie uns die Frage beantworten, was Routing im globalen Sinne bedeutet. Stellen Sie sich vor, Sie treffen auf ein Verkehrsschild an einem Kreisverkehr. Sie sehen, dass der erste Abzweig zur Basis der Royal Air Force Fairchild führt, der zweite zum Flughafen, der dritte nach Süden. Wenn Sie die vierte Ausfahrt wählen, landen Sie in einer Sackgasse, und über die fünfte gelangen Sie ins Stadtzentrum zum Braksby Castle.
Im Grunde genommen ist Routing das, was dem Router die Entscheidung darüber abnimmt, wohin der Verkehr geleitet werden soll. In diesem Fall müssen Sie als Fahrer entscheiden, welche Ausfahrt Sie am Kreisverkehr nehmen möchten. In Netzwerken müssen Router Entscheidungen treffen, wohin sie Pakete oder Frames senden. Sie sollten verstehen, dass Routing es ermöglicht, Tabellen zu erstellen, auf deren Grundlage Router diese Entscheidungen treffen.
Wie bereits erwähnt, gibt es statische und dynamische Routen. Lassen Sie uns die statische Routen betrachten. Ich werde drei Geräte zeichnen, die miteinander verbunden sind, wobei das erste und das dritte Gerät mit Netzwerken verbunden sind. Angenommen, ein Netzwerk 10.1.1.0 möchte mit dem Netzwerk 40.1.1.0 kommunizieren, während zwischen den Routern die Netzwerke 20.1.1.0 und 30.1.1.0 liegen.
In diesem Fall müssen die Ports der Router zu verschiedenen Subnetzen gehören. Router 1 kennt standardmäßig nur die Netzwerke 10. und 20. und hat keine Informationen über die anderen Netzwerke. Router 2 kennt nur die Netzwerke 20. und 30., da diese mit ihm verbunden sind, während Router 3 nur über die Netzwerke 30. und 40. verfügt. Wenn das Netzwerk 10. mit dem Netzwerk 40. kommunizieren möchte, muss ich Router 1 über das Netzwerk 30. informieren und ihm mitteilen, dass er das Interface für das Netzwerk 20. verwenden soll, um ein Frame an das Netzwerk 40. zu senden.
Für Router 2 muss ich zwei Routen festlegen: Wenn er ein Paket vom Netzwerk 40. zum Netzwerk 10. senden möchte, muss er den Port des Netzwerks 20. verwenden, während für die Übertragung eines Pakets vom Netzwerk 10. zum Netzwerk 40. der Port des Netzwerks 30. verwendet werden muss. Ebenso muss ich Router 3 Informationen über die Netzwerke 10. und 20. bereitstellen.
Wenn Sie kleine Netzwerke haben, ist die Konfiguration der statischen Routen sehr einfach. Doch je größer das Netzwerk wird, desto mehr Probleme treten mit der statischen Routenplanung auf. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine neue Verbindung geschaffen, die den ersten und den dritten Router direkt verbindet. In diesem Fall aktualisiert das dynamische Routing-Protokoll automatisch die Routing-Tabelle des Routers 1 und gibt an: „Wenn Sie mit Router 3 kommunizieren müssen, nutzen Sie die direkte Route“!
Es gibt zwei Arten von Routing-Protokollen: das interne Gateway-Protokoll (IGP) und das externe Gateway-Protokoll (EGP). Das erste Protokoll arbeitet innerhalb eines einzelnen, autonomen Systems, das als Routing-Domäne bekannt ist. Stellen Sie sich vor, Sie betreiben 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, um mit dem Internet zu kommunizieren, wie es ISP-Anbieter tun, nutzen Sie EGP.
IGP verwendet drei gängige Protokolle: RIP, OSPF und EIGRP. Der CCNA-Kurs behandelt nur die letzten beiden Protokolle, da RIP veraltet ist. Es ist das einfachste der Routing-Protokolle, das in einigen Fällen noch verwendet wird, jedoch nicht die notwendige Netzwerksicherheit bietet. Dies ist einer der Gründe, warum Cisco RIP aus dem Lehrmaterial ausgeschlossen hat. Dennoch werde ich Ihnen darüber berichten, da das Lernen darüber das Verständnis der Grundlagen des Routings fördert.
Die Klassifikation der EGP-Protokolle nutzt zwei Protokolle: BGP und das eigentliche EGP-Protokoll. Im Rahmen des CCNA-Kurses werden wir uns ausschließlich mit BGP, OSPF und EIGRP befassen. Informationen über RIP können Sie als Bonusmaterial betrachten, das in einem der Video-Tutorials behandelt wird.
Es gibt noch zwei weitere Typen von Routing-Protokollen: die Distance Vector-Protokolle und die Link State-Routing-Protokolle.
Der erste Schritt analysiert Vektoren für Distanz und Richtung. Ich kann beispielsweise eine Verbindung direkt zwischen dem Router R1 und R4 herstellen oder über den Pfad R1-R2-R3-R4 gehen. Wenn wir von Routing-Protokollen sprechen, die eine distanzvektorbasierte Methode verwenden, wird die Verbindung immer über den kürzesten Weg hergestellt. Dabei spielt es keine Rolle, dass diese Verbindung eine minimale Geschwindigkeit hat. In unserem Beispiel beträgt diese 128 kbit/s, was deutlich langsamer ist als die Verbindung über den Pfad R1-R2-R3-R4, wo die Geschwindigkeit 100 mbit/s beträgt.
Lassen Sie uns das Distance-Vector-Protokoll RIP betrachten. Ich werde das Netzwerk 10. vor dem Router R1 und das Netzwerk 40. hinter dem Router R4 zeichnen. 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 Sie eine Verbindung zum Netzwerk 40. benötigen, verwenden Sie die direkte Verbindung zum Router R4.“ Gleichzeitig muss ich auf allen 4 Routern RIP manuell konfigurieren. Dann wird die Routing-Tabelle von R1 automatisch mitteilen, dass, wenn Netzwerk 10. mit Netzwerk 40. kommunizieren möchte, die direkte Verbindung R1-R4 verwendet werden muss. Selbst wenn es schneller geht, wird das Distance-Vector-Protokoll dennoch den kürzesten Pfad mit der geringsten Übertragungsdistanz auswählen.
OSPF ist ein Protokoll für die Zustandsvermittlung von Netzwerken, das den Zustand der Netzwerksegmente ständig überwacht. In diesem Fall bewertet es die Geschwindigkeit der Verbindungen und wählt, wenn die Übertragungsgeschwindigkeit über die Verbindung R1-R4 sehr niedrig ist, den schnelleren Pfad R1-R2-R3-R4, obwohl dieser länger als der kürzeste Pfad ist. Wenn ich also OSPF auf allen Routern einstelle und versuche, das Netzwerk 40 mit dem Netzwerk 10 zu verbinden, wird der Verkehr über den Pfad R1-R2-R3-R4 geleitet. Daher ist RIP ein distanzvektorbasiertes Protokoll, während OSPF ein Protokoll für die Zustandsvermittlung ist.
Ein weiteres Protokoll ist EIGRP, ein proprietäres Routing-Protokoll von Cisco. Geräte anderer Hersteller, wie Juniper, unterstützen EIGRP nicht. Es handelt sich um ein hervorragendes Routing-Protokoll, das deutlich effizienter ist als RIP und OSPF, jedoch nur in Netzwerken verwendet werden kann, die auf Cisco-Geräten basieren. Später werde ich genauer darauf eingehen, was dieses Protokoll so gut macht. Vorab möchte ich anmerken, dass EIGRP Merkmale von distanzvektorbasierten Protokollen und von Protokollen mit Verbindungsstatus kombiniert und somit ein hybrides Protokoll darstellt.
Im nächsten Video werden wir uns intensiv mit Cisco-Routern beschäftigen. Ich werde Ihnen etwas über das Betriebssystem Cisco IOS erzählen, das sowohl für Switches als auch für Router gedacht ist. Ich hoffe, dass wir an den Tagen 19 oder 20 mit einer detaillierten Untersuchung der Routing-Protokolle beginnen können und ich Ihnen anhand kleiner Netzwerke zeigen werde, wie man Cisco-Router konfiguriert.
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Quelle: habr.com
