Oggi iniziamo a studiare i router. Se hai seguito il mio corso video dalla prima alla diciassettesima lezione, hai già appreso le basi degli switch. Ora passiamo al dispositivo successivo: il router. Come sai dalla lezione video precedente, uno degli argomenti del corso CCNA si chiama proprio Cisco Switching & Routing.
In questa serie non approfondiremo i router Cisco, ma esamineremo il concetto di routing in generale. Abbiamo tre argomenti. Il primo è una panoramica su ciò che già sai sui router e una conversazione su come possiamo applicare queste conoscenze insieme ai concetti appresi durante lo studio degli switch. Dobbiamo capire in cosa consiste la cooperazione tra switch e router.
Successivamente, analizzeremo cosa sia il routing, cosa significhi e come funziona, per poi passare ai tipi di protocolli di routing. Oggi utilizzo una topologia che hai già visto nelle lezioni precedenti.
Abbiamo esaminato come i dati si muovono attraverso la rete e come avviene il processo di handshake a tre stadi TCP. Il primo messaggio inviato sulla rete è un pacchetto SYN. Vediamo come avviene l'handshake a tre stadi quando un computer con l'indirizzo IP 10.1.1.10 desidera connettersi a un server con l'indirizzo IP 30.1.1.10, cioè sta tentando di stabilire una connessione FTP.
Per iniziare la connessione, il computer crea una porta sorgente con un numero casuale di 25113. Se hai dimenticato come avviene, ti consiglio di rivedere i video precedenti che trattavano questo argomento.
Successivamente, inserisce nel frame il numero della porta di destinazione, poiché sa di dover connettersi alla porta 21, quindi aggiunge le informazioni del terzo livello OSI, cioè il proprio indirizzo IP e l'indirizzo IP di destinazione. I dati, evidenziati con una linea tratteggiata, non cambiano fino a raggiungere il punto finale. Giungendo al server, non cambiano neanche, ma il server aggiunge al frame le informazioni del secondo livello, cioè l'indirizzo MAC. Ciò è dovuto al fatto che gli switch elaborano solo le informazioni del secondo livello OSI. In questo scenario, il router è l'unico dispositivo di rete che considera le informazioni del terzo livello, naturalmente anche il computer gestisce queste informazioni. Quindi, lo switch lavora solo con le informazioni del secondo livello, mentre il router con quelle del terzo.
Lo switch conosce l'indirizzo MAC sorgente XXXX:XXXX:1111 e desidera conoscere l'indirizzo MAC del server a cui si connette il computer. Confronta l'indirizzo IP sorgente con l'indirizzo di destinazione, capisce che questi dispositivi si trovano in subnet diverse e decide di utilizzare un gateway per accedere a un'altra subnet.
Spesso mi viene chiesto chi decide quale deve essere l'indirizzo IP del gateway. Innanzitutto, lo determina l'amministratore di rete che crea la rete e assegna un indirizzo IP a ciascun dispositivo. In qualità di amministratore, puoi assegnare al router qualsiasi indirizzo compreso nell'intervallo di indirizzi consentiti dalla tua subnet. Di solito questo è il primo o l'ultimo indirizzo valido, ma non ci sono regole rigorose al riguardo. Nel nostro caso, l'amministratore ha assegnato l'indirizzo del gateway, o router, 10.1.1.1 e lo ha attribuito alla porta F0/0.
Quando configuri una rete su un computer con indirizzo IP statico 10.1.1.10, assegni una subnet mask di 255.255.255.0 e un gateway predefinito di 10.1.1.1. Se non stai utilizzando un indirizzo statico, significa che il computer utilizza DHCP, che assegna un indirizzo dinamico. Indipendentemente dal tipo di indirizzo IP utilizzato dal computer, statico o dinamico, è necessario avere un indirizzo gateway per accedere a un'altra rete.
Quindi, il computer 10.1.1.10 sa che deve inviare un frame al router 10.1.1.1. Questa trasmissione avviene all'interno della rete locale, dove l'indirizzo IP non ha alcun significato; qui conta solo l'indirizzo MAC. Supponiamo che il computer non si sia mai connesso al router e non conosca il suo indirizzo MAC, quindi deve prima inviare una richiesta ARP, chiedendo a tutti i dispositivi della subnet: «Ehi, chi di voi ha l'indirizzo 10.1.1.1? Per favore, comunicami il tuo indirizzo MAC!». Poiché ARP è un messaggio broadcast, viene inviato a tutte le porte di tutti i dispositivi, incluso il router.
Il computer 10.1.1.12, ricevuto l'ARP, pensa: «no, il mio indirizzo non è 10.1.1.1», e scarta la richiesta, facendo lo stesso il computer 10.1.1.13. Il router, ricevuta la richiesta, comprende che si sta chiedendo a lui e invia l'indirizzo MAC della porta F0/0 – poiché tutte le porte hanno un diverso indirizzo MAC – al computer 10.1.1.10. Ora, conoscendo l'indirizzo del gateway XXXX:AAAA, che in questo caso è l'indirizzo di destinazione, il computer lo aggiunge alla fine del frame destinato al server. Contestualmente, imposta l'intestazione del frame FCS/CRC, che rappresenta un meccanismo di controllo degli errori di trasmissione.
Dopo di ciò, il frame del computer 10.1.1.10 viene inviato tramite cavi al router 10.1.1.1. Dopo aver ricevuto il frame, il router rimuove FCS/CRC, utilizzando per la verifica lo stesso algoritmo del computer. I dati non sono altro che una serie di zeri e uni. Se i dati sono danneggiati, ossia 1 diventa 0 o 0 diventa 1, o c'è una perdita di dati, che si verifica spesso con l'uso di un hub, il dispositivo deve rinviare il frame.
Se il controllo FCS/CRC ha avuto esito positivo, il router guarda agli indirizzi MAC di origine e di destinazione e li rimuove, poiché queste informazioni sono di secondo livello, e passa al corpo del frame, in cui è contenuta l'informazione di terzo livello. Da essa apprende che l'informazione contenuta nel frame è destinata a un dispositivo con indirizzo IP 30.1.1.10.
Il router in qualche modo sa dove si trova questo dispositivo. Non abbiamo discusso di questo argomento quando abbiamo esaminato il funzionamento degli switch, quindi lo vediamo ora. Il router ha 4 porte, quindi ho aggiunto alcune connessioni. Dunque, come sa il router che i dati per il dispositivo con indirizzo IP 30.1.1.10 devono essere inviati tramite la porta F0/1? Perché non li invia tramite la porta F0/3 o F0/2?
Il fatto è che il router lavora con una tabella di routing. Ogni router possiede tale tabella, che consente di decidere tramite quale porta inviare un determinato frame.
In questo caso, la porta F0/0 è configurata con l'indirizzo IP 10.1.1.1, il che significa che è connessa alla rete 10.1.1.10/24. Allo stesso modo, la porta F0/1 è configurata con l'indirizzo 20.1.1.1, cioè è collegata alla rete 20.1.1.0/24. Il router conosce entrambe queste reti perché sono direttamente collegate alle sue porte. Pertanto, l'informazione che il traffico per la rete 10.1.1.0/24 deve passare attraverso la porta F0/0, e per la rete 20.1.1.0/24 attraverso la porta F0/1, è nota per impostazione predefinita. Da dove sa il router quali porte utilizzare per le altre reti?
Possiamo vedere che la rete 40.1.1.0/24 è connessa alla porta F0/2, la rete 50.1.1.0/24 è connessa alla porta F0/3, e la rete 30.1.1.0/24 collega il secondo router al server. Anche il secondo router ha una tabella di routing, che indica che la rete 30. è collegata alla sua porta, identifichiamola con 0/1, e con il primo router è connesso tramite la porta 0/0. Questo router sa che la sua porta 0/0 è collegata alla rete 20., e la porta 0/1 è collegata alla rete 30., e non sa nulla di più.
Allo stesso modo, il primo router conosce le reti 40. e 50., collegate alle porte 0/2 e 0/3, ma non sa nulla della rete 30. Il protocollo di routing fornisce ai router le informazioni che non possiedono di default. Il meccanismo attraverso cui questi router interagiscono tra loro è alla base del routing, esistendo il routing dinamico e statico.
Il routing statico implica che al primo router vengano fornite informazioni: se deve comunicare con la rete 30.1.1.0/24, deve utilizzare la porta F0/1. Tuttavia, quando al secondo router arriva del traffico dal server destinato al computer 10.1.1.10, non sa cosa farne, poiché nella sua tabella di routing ha solo informazioni sulle reti 30. e 20. Pertanto, anche a questo router deve essere configurato il routing statico: se riceve traffico per la rete 10., deve inviarlo tramite la porta 0/0.
Il problema del routing statico è che devo configurare manualmente il primo router per lavorare con la rete 30., e il secondo router per lavorare con la rete 10. Questo è semplice se ho solo 2 router, ma quando ho 10 router, la configurazione del routing statico richiede molto tempo. In questo caso ha senso utilizzare il routing dinamico.
Quindi, dopo aver ricevuto un pacchetto dal computer, il primo router consulta la sua tabella di routing e decide di inviarlo attraverso la porta F0/1. In questo processo, aggiunge al pacchetto l'indirizzo MAC di origine XXXX.BBBB e l'indirizzo MAC di destinazione XXXX.CCCC.
Ricevuto questo pacchetto, il secondo router "rimuove" gli indirizzi MAC legati al secondo livello del modello OSI e passa alle informazioni del terzo livello. Nota che l'indirizzo IP di destinazione 30.1.1.10 appartiene alla stessa rete della porta 0/1 del router, aggiunge l'indirizzo MAC di origine e l'indirizzo MAC del dispositivo di destinazione e invia il pacchetto al server.
Come già detto, successivamente si ripete un processo simile in direzione opposta, vale a dire il secondo stadio del handshake, durante il quale il server invia un messaggio SYN ACK. Prima di ciò, elimina tutte le informazioni superflue e mantiene solo il pacchetto SYN.
Dopo aver ricevuto questo pacchetto, il secondo router esamina le informazioni ricevute, le completa e le invia ulteriormente.
Quindi, nelle lezioni precedenti abbiamo studiato il funzionamento degli switch e ora abbiamo appreso come funzionano i router. Rispondiamo alla domanda su cosa sia il routing in un senso globale. Immaginate di incontrare un cartello stradale installato in un incrocio con una rotonda. Vedete che la prima diramazione porta alla base della Royal Air Force di Fairfax, la seconda all'aeroporto, la terza a sud. Se scegliete la quarta uscita, finirete in un vicolo cieco, mentre attraverso la quinta potrete attraversare il centro città fino al castello di Braxby.
In generale, il routing è ciò che costringe il router a prendere decisioni su dove indirizzare il traffico. In questo caso, voi, come conducenti, dovete decidere quale uscita prendere all'incrocio. Nei network, i router devono prendere decisioni su dove inviare pacchetti o frame. Dovete capire che il routing permette di creare tabelle su cui i router basano queste decisioni.
Come ho detto, esistono routing statico e dinamico. Consideriamo il routing statico, per il quale disegnerò 3 dispositivi collegati tra loro, con il primo e il terzo dispositivo connessi a delle reti. Supponiamo che una rete 10.1.1.0 voglia comunicare con la rete 40.1.1.0, mentre tra i router ci sono le reti 20.1.1.0 e 30.1.1.0.
In questo caso, le porte dei router devono appartenere a reti diverse. Il router 1 conosce solo le reti 10. e 20. e non sa nulla delle altre reti. Il router 2 conosce solo le reti 20. e 30., perché queste sono collegate a lui, mentre il router 3 conosce solo le reti 30. e 40. Se la rete 10. vuole comunicare con la rete 40., devo informare il router 1 della rete 30. e del fatto che, se vuole inviare un frame alla rete 40., deve utilizzare l'interfaccia per la rete 20. e inviare il frame attraverso questa stessa rete 20.
Devo assegnare al secondo router 2 rotte: se vuole inviare un pacchetto dalla rete 40. alla rete 10., deve utilizzare la porta della rete 20., mentre per inviare un pacchetto dalla rete 10. alla rete 40. deve utilizzare la porta della rete 30. Allo stesso modo, devo fornire al router 3 informazioni sulle reti 10. e 20.
Se hai piccole reti, configurare la routing statico è molto semplice. Tuttavia, più grande è la rete, più problemi sorgono con la routing statica. Immagina di aver creato una nuova connessione che collega direttamente il primo e il terzo router. In questo caso, il protocollo di routing dinamico aggiornerà automaticamente la tabella di routing del router 1, specificando: "se devi contattare il router 3, usa la rotta diretta"!
Esistono due tipi di protocolli di routing: il protocollo di gateway interno IGP e il protocollo di gateway esterno EGP. Il primo protocollo opera all'interno di un singolo sistema autonomo, noto come dominio di routing. Immagina di avere una piccola organizzazione con soli 5 router. Se parliamo solo della comunicazione tra questi router, intendiamo IGP; se utilizzi la tua rete per comunicare con Internet, come fanno i fornitori di servizi Internet, utilizzi EGP.
IGP utilizza 3 protocolli popolari: RIP, OSPF ed EIGRP. Il curriculum CCNA menziona solo gli ultimi due protocolli, poiché RIP è obsoleto. È il protocollo di routing più semplice, ancora utilizzato in alcuni casi, ma non garantisce la necessaria sicurezza della rete. Questa è una delle ragioni per cui Cisco ha escluso RIP dal curriculum. Tuttavia, te ne parlerò comunque, perché il suo studio favorisce la comprensione dei principi fondamentali del routing.
La classificazione dei protocolli EGP utilizza due protocolli: BGP e il protocollo EGP stesso. Durante il corso CCNA, tratteremo solo BGP, OSPF e EIGRP. La discussione su RIP può essere considerata un'informazione bonus, che sarà presentata in uno dei video tutorial.
Esistono anche 2 tipi di protocolli di instradamento: i protocolli di vettore di distanza e i protocolli di instradamento dello stato del collegamento.
Il primo protocollo considera i vettori di distanza e direzione. Ad esempio, posso stabilire una connessione direttamente tra il router R1 e R4, oppure posso effettuare la connessione tramite il percorso R1-R2-R3-R4. Quando si parla di protocolli di instradamento che utilizzano il metodo di vettore di distanza, in questo caso la connessione sarà sempre effettuata attraverso il percorso più breve. In questo caso, non importa che questa connessione abbia una velocità minima. Nel nostro caso, è 128 kbit/s, che è molto più lenta rispetto alla connessione lungo il percorso R1-R2-R3-R4, dove la velocità è di 100 mbit/s.
Consideriamo il protocollo di vettore di distanza RIP. Disegnerò davanti al router R1 la rete 10., e dietro al router R4 la rete 40. Supponiamo che in queste reti ci siano molti computer. Se voglio stabilire una connessione tra la rete 10. R1 e la rete 40. R4, allora imposterò una instradazione statica su R1 del tipo: «se devi connetterti alla rete 40., usa la connessione diretta con il router R4». Allo stesso tempo, devo configurare manualmente RIP su tutti e quattro i router. Così, la tabella di instradamento di R1 comunicherà automaticamente che, se la rete 10. vuole connettersi alla rete 40., è necessario utilizzare la connessione diretta R1-R4. Anche se una deviazione risultasse più veloce, il protocollo Distance Vector sceglierà comunque il percorso più corto con la minore distanza di trasmissione.
OSPF è un protocollo di instradamento dello stato del collegamento, che osserva sempre lo stato delle sezioni di rete. In questo caso, valuta la velocità dei collegamenti, e se osserva che la velocità di trasmissione del traffico attraverso il collegamento R1-R4 è molto bassa, sceglie il percorso con una maggiore velocità R1-R2-R3-R4, anche se la sua lunghezza supera quella del percorso più corto. Quindi, se configuro il protocollo OSPF su tutti i router, quando la rete 40. tenta di connettersi alla rete 10., il traffico sarà inviato attraverso il percorso R1-R2-R3-R4. Quindi, RIP è un protocollo di vettore di distanza, mentre OSPF è un protocollo di instradamento dello stato del collegamento.
Esiste un altro protocollo - EIGRP, un protocollo di routing proprietario di Cisco. Parlando di dispositivi di rete di altri produttori, come Juniper, non supportano EIGRP. È un ottimo protocollo di routing, molto più efficiente di RIP e OSPF, ma può essere utilizzato solo in reti basate su dispositivi Cisco. Più avanti parlerò in dettaglio delle sue caratteristiche. Per ora, voglio notare che EIGRP combina elementi dei protocolli di distance vector e dei protocolli di routing a stato di collegamento, rappresentando un protocollo ibrido.
Nel prossimo video, ci avvicineremo allo studio dei router Cisco, parlerò un po' del sistema operativo Cisco IOS, progettato sia per gli switch che per i router. Spero che durante le lezioni del 19° o 20° giorno inizieremo a studiare in dettaglio i protocolli di routing, e con esempi di piccole reti mostrerò come configurare i router Cisco.
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Fonte: habr.com
