シスコ トレーニング 200-125 CCNA v3.0。 18 日目: ルーティングの基本

今日からルーターの勉強を始めます。 私のビデオコースを最初のレッスンから 17 番目のレッスンまで完了した場合は、すでにスイッチの基本を学習していることになります。 次に、次のデバイスであるルーターに進みます。 前回のビデオ レッスンでご存知のとおり、CCNA コースのトピックの XNUMX つは Cisco スイッチングとルーティングと呼ばれています。

このシリーズでは、Cisco ルーターについては説明しませんが、ルーティングの概念一般について見ていきます。 XNUMXつのトピックを取り上げます。 XNUMX つ目は、ルーターについてすでに知っていることの概要と、スイッチの学習の過程で得た知識と組み合わせてそれをどのように応用できるかについての会話です。 スイッチとルーターがどのように連携して動作するかを理解する必要があります。

次に、ルーティングとは何か、その意味、およびその仕組みを見てから、ルーティング プロトコルの種類に進みます。 今日は、前のレッスンですでに見たトポロジを使用します。

データがネットワーク上を移動する方法と、TCP 10.1.1.10 ウェイ ハンドシェイクがどのように実行されるかを調べました。 ネットワーク経由で送信される最初のメッセージは SYN パケットです。 IP アドレス 30.1.1.10 のコンピュータがサーバー XNUMX に接続したいとき、つまり FTP 接続を確立しようとするときに、スリーウェイ ハンドシェイクがどのように発生するかを見てみましょう。
接続を開始するために、コンピュータは乱数 25113 を使用して送信元ポートを作成します。これがどのように行われるかを忘れた場合は、この問題について説明した以前のビデオ チュートリアルを確認することをお勧めします。

次に、ポート 21 に接続する必要があることがわかっているため、フレームに宛先ポート番号を入れ、その後、自身の IP アドレスと宛先 IP アドレスである OSI レイヤ 3 情報を追加します。 点線のデータは終点に到達するまで変化しません。 サーバーに到達しても、それらは変更されませんが、サーバーは第 2 レベルの情報、つまり MAC アドレスをフレームに追加します。 これは、スイッチが OSI レベル 3 の情報のみを認識するためです。 このシナリオでは、ルーターはレイヤー XNUMX 情報を考慮する唯一のネットワーク デバイスであり、当然、コンピューターもこの情報を処理します。 したがって、スイッチはレベル XNUMX の情報でのみ動作し、ルーターはレベル XNUMX の情報でのみ動作します。

スイッチは送信元 MAC アドレス XXXX:XXXX:1111 を認識しており、コンピュータがアクセスしているサーバーの MAC アドレスを知りたいと考えています。 送信元 IP アドレスと宛先アドレスを比較し、これらのデバイスが異なるサブネット上にあることを認識し、ゲートウェイを使用して別のサブネットに到達することを決定します。

ゲートウェイの IP アドレスは誰が決めるのか、という質問をよく受けます。 まず、ネットワークを作成し、各デバイスに IP アドレスを割り当てるネットワーク管理者によって決定されます。 管理者は、サブネット上で許可されているアドレスの範囲内の任意のアドレスをルーターに割り当てることができます。これは通常、最初または最後の有効なアドレスですが、割り当てに関する厳密なルールはありません。 この例では、管理者はゲートウェイまたはルーターのアドレス 10.1.1.1 を割り当て、それをポート F0/0 に割り当てました。

静的 IP アドレス 10.1.1.10 を持つコンピュータにネットワークを設定する場合、サブネット マスク 255.255.255.0 とデフォルト ゲートウェイ 10.1.1.1 を割り当てます。 静的アドレスを使用していない場合、コンピュータは動的アドレスを割り当てる DHCP を使用しています。 コンピュータが使用する IP アドレスが静的か動的かに関係なく、別のネットワークにアクセスするにはゲートウェイ アドレスが必要です。

したがって、コンピュータ 10.1.1.10 は、ルータ 10.1.1.1 にフレームを送信する必要があることを認識しています。 この転送はローカル ネットワーク内で行われます。ここでは IP アドレスは重要ではなく、MAC アドレスのみが重要です。 コンピュータがこれまでルーターと通信したことがなく、その MAC アドレスがわからないと仮定します。そのため、まず、サブネット上のすべてのデバイスに次のような質問をする ARP 要求を送信する必要があります。 MACアドレスを教えてください！ ARP はブロードキャスト メッセージであるため、ルーターを含むすべてのデバイスのすべてのポートに送信されます。

ARP を受信したコンピュータ 10.1.1.12 は、「いいえ、私のアドレスは 10.1.1.1 ではない」と考え、要求を破棄します。コンピュータ 10.1.1.13 も同様です。 要求を受信したルータは、要求されているのが自分であることを理解し、ポート F0/0 の MAC アドレス (すべてのポートは異なる MAC アドレスを持っています) をコンピュータ 10.1.1.10 に送信します。 ここで、ゲートウェイ アドレス XXXX:AAAA (この場合は宛先アドレス) がわかったので、コンピュータはそれをサーバーに宛てたフレームの末尾に追加します。 同時に、送信エラーチェックメカニズムである FCS/CRC フレームヘッダーを設定します。

この後、コンピュータ 10.1.1.10 のフレームが回線を介してルータ 10.1.1.1 に送信されます。 ルーターはフレームを受信した後、コンピューターと同じアルゴリズムを使用して FCS/CRC を削除して検証します。 データは 1 と 0 の集合にすぎません。 データが破損している場合、つまり 0 が XNUMX になる、または XNUMX が XNUMX になる場合、またはハブの使用時によく発生するデータ リークがある場合、デバイスはフレームを再送信する必要があります。

FCS/CRC チェックが成功した場合、ルータは送信元 MAC アドレスと宛先 MAC アドレスを調べて削除し、これはレイヤ 2 情報であるため、レイヤ 3 情報を含むフレームの本文に進みます。 そこから、フレームに含まれる情報が IP アドレス 30.1.1.10 のデバイスを対象としたものであることがわかります。

ルーターは何らかの方法でこのデバイスの場所を知っています。 スイッチの動作について説明したときにこの問題については説明しませんでしたので、ここで説明します。 ルーターには 4 つのポートがあるので、さらにいくつかの接続を追加しました。 では、ルーターは、IP アドレス 30.1.1.10 のデバイスのデータがポート F0/1 経由で送信されるべきであることをどのようにして知るのでしょうか? なぜポート F0/3 または F0/2 経由で送信しないのでしょうか?

実際、ルーターはルーティング テーブルを使用して動作します。 各ルーターには、特定のフレームをどのポートを通じて送信するかを決定できるテーブルがあります。

この場合、ポート F0/0 は IP アドレス 10.1.1.1 に設定されており、これはネットワーク 10.1.1.10/24 に接続されていることを意味します。 同様に、ポート F0/1 はアドレス 20.1.1.1 に設定され、ネットワーク 20.1.1.0/24 に接続されます。 ルータは、これらのネットワークのポートに直接接続されているため、両方のネットワークを認識します。 したがって、ネットワーク 10.1.10/24 のトラフィックはポート F0/0 を経由し、ネットワーク 20.1.1.0/24 のトラフィックはポート F0/1 を経由するという情報がデフォルトで認識されています。 ルーターはどのポートを介して他のネットワークと連携するかをどのようにして知るのでしょうか?

ネットワーク 40.1.1.0/24 がポート F0/2 に接続され、ネットワーク 50.1.1.0/24 がポート F0/3 に接続され、ネットワーク 30.1.1.0/24 が 30 番目のルーターをサーバーに接続していることがわかります。 0 番目のルーターにもルーティング テーブルがあり、ネットワーク 1 がそのポート (0/0 とします) に接続されており、ポート 0/0 を介して最初のルーターに接続されていることが示されています。 このルーターは、ポート 20/0 がネットワーク 1 に接続されており、ポート 30/XNUMX がネットワーク XNUMX に接続されていることを認識しており、それ以外は何も認識していません。

同様に、最初のルータは、ポート 40/50 および 0/2 に接続されているネットワーク 0. および 3. については知っていますが、ネットワーク 30. については何も知りません。ルーティング プロトコルは、デフォルトでは持たない情報をルータに提供します。 これらのルーターが相互に通信する仕組みがルーティングの基本であり、動的ルーティングと静的ルーティングがあります。

静的ルーティングでは、最初のルーターに情報が与えられます。ネットワーク 30.1.1.0/24 に接続する必要がある場合は、ポート F0/1 を使用する必要があります。 ただし、10.1.1.10 番目のルーターがコンピューター 30 を宛先とするサーバーからトラフィックを受信した場合、そのルーティング テーブルにはネットワーク 20. と 10 に関する情報しか含まれていないため、それをどう処理すればよいかわかりません。したがって、このルーターも必要です。静的ルーティングを登録するには: ネットワーク 0 のトラフィックを受信した場合、ポート 0/XNUMX 経由で送信する必要があります。

静的ルーティングの問題は、最初のルーターがネットワーク 30 で動作するように手動で設定し、10 番目のルーターがネットワーク 2 で動作するように設定する必要があることです。ルーターが 10 台しかない場合はこれは簡単ですが、ルーターが XNUMX 台ある場合はセットアップが難しくなります。静的ルーティングには時間がかかります。 この場合、動的ルーティングを使用するのが合理的です。
したがって、コンピュータからフレームを受信した最初のルーターは、ルーティング テーブルを調べて、ポート F0/1 経由でフレームを送信することを決定します。 同時に、送信元 MAC アドレス XXXX.BBBB と宛先 MAC アドレス XXXX.CCSS をフレームに追加します。

このフレームを受信した 3 番目のルーターは、30.1.1.10 番目の OSI 層に関連する MAC アドレスを「切断」し、0 番目の層の情報に進みます。 彼は、宛先 IP アドレス 1 がルータのポート XNUMX/XNUMX と同じネットワークに属していることを確認し、送信元 MAC アドレスと宛先 MAC アドレスをフレームに追加して、フレームをサーバーに送信します。

すでに述べたように、その後、同様のプロセスが逆方向に繰り返されます。つまり、ハンドシェイクの第 XNUMX 段階が実行され、サーバーは SYN ACK メッセージを送り返します。 これを行う前に、不要な情報をすべて破棄し、SYN パケットのみを残します。

このパケットを受信すると、XNUMX 番目のルーターは受信した情報を確認し、補足して送信します。

したがって、前のレッスンではスイッチがどのように機能するかを学びましたが、今回はルーターがどのように機能するかを学びました。 グローバルな意味でのルーティングとは何かという質問に答えてみましょう。 ロータリー交差点にこのような道路標識が設置されているのを見つけたとします。 最初の分岐はイギリス空軍フェアファックスに、XNUMX 番目は空港に、XNUMX 番目は南につながっていることがわかります。 XNUMX 番目の出口を出ると行き止まりになりますが、XNUMX 番目の出口から町の中心部を通ってブラクスビー城まで車で行くことができます。

一般に、ルーティングは、ルーターにトラフィックの送信先に関する決定を強制するものです。 この場合、ドライバーは交差点のどちらの出口から出るかを決定する必要があります。 ネットワークでは、ルーターはパケットまたはフレームの送信先を決定する必要があります。 ルーティングにより、どのルーターがこれらの決定を行うかに基づいてテーブルを作成できることを理解する必要があります。

先ほども述べたように、ルーティングには静的ルーティングと動的ルーティングがあります。 静的ルーティングを見てみましょう。静的ルーティングでは、互いに接続されている 3 つのデバイスを描き、10.1.1.0 番目と 40.1.1.0 番目のデバイスがネットワークに接続されています。 20.1.1.0 つのネットワーク 30.1.1.0 がネットワーク XNUMX と通信したいと考えており、ルーター間にネットワーク XNUMX と XNUMX があると仮定します。

この場合、ルーターのポートは異なるサブネットに属している必要があります。 デフォルトでは、ルーター 1 はネットワーク 10. と 20. についてのみ認識し、他のネットワークについては何も認識しません。 ルーター 2 はネットワーク 20. と 30. についてのみ知っています。なぜなら、ルーター 3 はそれに接続されているからです。ルーター 30 はネットワーク 40. と 10. についてしか知りません。ネットワーク 40. がネットワーク 1. に接続したい場合は、ルーター 30 にネットワーク 40. について通知する必要があります。そして、フレームをネットワーク 20 に転送したい場合は、ネットワーク 20 のインターフェイスを使用し、同じネットワーク XNUMX を介してフレームを送信する必要があるとします。

2 番目のルーターに 40 つのルートを割り当てる必要があります。ネットワーク 10. からネットワーク 20. にパケットを送信したい場合は、ネットワーク ポート 10. を使用し、ネットワーク 40. からネットワーク 30. にパケットを送信する必要があります。 - ネットワークポート 3。同様に、ルーター 10 にネットワーク 20 と XNUMX に関する情報を提供する必要があります。

小規模なネットワークの場合、静的ルーティングの設定は非常に簡単です。 ただし、ネットワークが大きくなるにつれて、静的ルーティングに関する問題も多くなります。 1 番目と 3 番目のルーターを直接接続する新しい接続を作成したと想像してください。 この場合、動的ルーティング プロトコルは、ルーター XNUMX のルーティング テーブルを次のように自動的に更新します。「ルーター XNUMX に連絡する必要がある場合は、直接ルートを使用してください」。

ルーティング プロトコルには、内部ゲートウェイ プロトコル IGP と外部ゲートウェイ プロトコル EGP の 5 種類があります。 最初のプロトコルは、ルーティング ドメインと呼ばれる独立した自律システム上で動作します。 ルーターが XNUMX 台しかない小規模な組織があると想像してください。 これらのルーター間の接続のみについて話している場合は、IGP を意味しますが、ISP プロバイダーが行うように、ネットワークを使用してインターネットと通信する場合は、EGP を使用します。

IGP は、RIP、OSPF、EIGRP という 3 つの一般的なプロトコルを使用します。 RIP は時代遅れであるため、CCNA カリキュラムでは最後の XNUMX つのプロトコルについてのみ言及しています。 これは最も単純なルーティング プロトコルであり、現在でも一部で使用されていますが、必要なネットワーク セキュリティは提供されません。 これが、シスコが RIP をトレーニング コースから除外した理由の XNUMX つです。 ただし、これを学ぶとルーティングの基本を理解するのに役立つため、とにかく説明します。

EGP プロトコル分類では、BGP と EGP プロトコル自体の XNUMX つのプロトコルを使用します。 CCNA コースでは、BGP、OSPF、EIGRP のみを扱います。 RIP に関するストーリーはボーナス情報と考えることができ、ビデオ チュートリアルの XNUMX つに反映されます。
ルーティング プロトコルにはさらに 2 種類あります。ディスタンス ベクター プロトコルとリンク ステート ルーティング プロトコルです。

最初のパスでは、距離ベクトルと方向ベクトルを調べます。 たとえば、ルーター R1 と R4 の間に直接接続を確立することも、パス R1-R2-R3-R4 に沿って接続を確立することもできます。 距離ベクトル方式を使用するルーティング プロトコルについて話している場合、この場合、接続は常に最短パスに沿って実行されます。 この接続に最低速度があるかどうかは問題ではありません。 この例の場合、これは 128 kbps であり、速度が 1 Mbps である R2-R3-R4-R100 ルートに沿った接続よりもはるかに遅くなります。

距離ベクトル プロトコル RIP について考えてみましょう。 ルーター R1 の前にネットワーク 10 を描き、ルーター R4 の後ろにネットワーク 40 を描きます。これらのネットワークには多数のコンピューターがあると仮定します。 ネットワーク 10. R1 とネットワーク 40. R4 の間で通信したい場合は、「ネットワーク 1. に接続する必要がある場合は、ルーター R40 への直接接続を使用してください。」のように R4 に静的ルーティングを割り当てます。 同時に、4 台すべてのルーターで RIP を手動で設定する必要があります。 次に、ルーティング テーブル R1 は、ネットワーク 10 がネットワーク 40 と通信したい場合は、直接接続 R1 ～ R4 を使用する必要があると自動的に指示します。 バイパスの方が速いことが判明した場合でも、ディスタンス ベクター プロトコルは伝送距離が最も短い最短パスを選択します。

OSPF は、ネットワークのセクションの状態を常に監視するリンクステート ルーティング プロトコルです。 この場合、チャネルの速度を評価し、R1-R4 チャネル上のトラフィック伝送速度が非常に低いことが判明した場合は、たとえ速度が速くなくても、より高速なパス R1-R2-R3-R4 を選択します。長さが最短経路を超えています。 したがって、すべてのルーターで OSPF プロトコルを構成すると、ネットワーク 40 をネットワーク 10 に接続しようとすると、トラフィックはルート R1-R2-R3-R4 に沿って送信されます。 つまり、RIP はディスタンス ベクタ プロトコルであり、OSPF はリンク ステート ルーティング プロトコルです。

もう XNUMX つのプロトコルとして、Cisco 独自のルーティング プロトコルである EIGRP があります。 他のメーカー (Juniper など) のネットワーク デバイスについて言えば、EIGRP はサポートされていません。 これは、RIP や OSPF よりもはるかに効率的な優れたルーティング プロトコルですが、Cisco デバイスをベースとしたネットワークでのみ使用できます。 このプロトコルが優れている理由については、後ほど詳しく説明します。 ここでは、EIGRP がディスタンス ベクター プロトコルとリンクステート ルーティング プロトコルの機能を組み合わせた、ハイブリッド プロトコルであることに注意してください。

次のビデオ レッスンでは、Cisco ルータについて詳しく説明し、スイッチとルータの両方を対象とした Cisco IOS オペレーティング システムについて少し説明します。 19 日目か 20 日目では、ルーティング プロトコルについてさらに詳しく説明し、例として小規模ネットワークを使用して Cisco ルーターを構成する方法を説明したいと思います。

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出所： habr.com