Hoje começaremos a estudar roteadores. Se você concluiu meu curso em vídeo da primeira à 17ª lição, então já aprendeu o básico sobre interruptores. Agora passamos para o próximo dispositivo - o roteador. Como você já sabe da vídeo aula anterior, um dos tópicos do curso CCNA se chama Cisco Switching & Routing.
Nesta série, não estudaremos roteadores Cisco, mas veremos o conceito de roteamento em geral. Teremos três temas. A primeira é uma visão geral do que você já sabe sobre roteadores e uma conversa sobre como isso pode ser aplicado em conjunto com o conhecimento adquirido no processo de estudo de switches. Precisamos entender como switches e roteadores funcionam juntos.
A seguir, veremos o que é roteamento, o que significa e como funciona, e depois passaremos para os tipos de protocolos de roteamento. Hoje estou usando uma topologia que você já viu nas lições anteriores.
Vimos como os dados se movem através de uma rede e como o handshake triplo do TCP é executado. A primeira mensagem enviada pela rede é um pacote SYN. Vejamos como ocorre um handshake triplo quando um computador com endereço IP 10.1.1.10 deseja entrar em contato com o servidor 30.1.1.10, ou seja, tenta estabelecer uma conexão FTP.
Para iniciar a conexão, o computador cria uma porta de origem com o número aleatório 25113. Se você esqueceu como isso acontece, aconselho que reveja os vídeos tutoriais anteriores que discutiram esse assunto.
Em seguida, ele coloca o número da porta de destino no quadro porque sabe que deve se conectar à porta 21 e, em seguida, adiciona informações da Camada 3 do OSI, que são seu próprio endereço IP e o endereço IP de destino. Os dados pontilhados não mudam até atingir o ponto final. Ao chegar ao servidor, eles também não mudam, mas o servidor adiciona ao quadro informações de segundo nível, ou seja, o endereço MAC. Isto se deve ao fato de que os switches percebem apenas informações de nível 2 do OSI. Neste cenário, o roteador é o único dispositivo de rede que considera as informações da Camada 3; naturalmente, o computador também trabalha com essas informações. Assim, o switch só funciona com informações de nível XNUMX, e o roteador só funciona com informações de nível XNUMX.
O switch conhece o endereço MAC de origem XXXX:XXXX:1111 e deseja saber o endereço MAC do servidor que o computador está acessando. Ele compara o endereço IP de origem com o endereço de destino, percebe que esses dispositivos estão localizados em sub-redes diferentes e decide usar um gateway para acessar uma sub-rede diferente.
Muitas vezes me perguntam quem decide qual deve ser o endereço IP do gateway. Primeiro, a decisão é do administrador da rede, que cria a rede e fornece um endereço IP para cada dispositivo. Como administrador, você pode atribuir ao roteador qualquer endereço dentro do intervalo de endereços permitidos em sua sub-rede. Geralmente, esse é o primeiro ou o último endereço válido, mas não há regras rígidas sobre como atribuí-lo. No nosso caso, o administrador atribuiu o endereço do gateway, ou roteador, 10.1.1.1 e atribuiu-o à porta F0/0.
Ao configurar uma rede em um computador com endereço IP estático 10.1.1.10, você atribui uma máscara de sub-rede 255.255.255.0 e um gateway padrão 10.1.1.1. Se você não estiver usando um endereço estático, seu computador estará usando DHCP, que atribui um endereço dinâmico. Independentemente do endereço IP que um computador utiliza, estático ou dinâmico, ele deve ter um endereço de gateway para acessar outra rede.
Assim, o computador 10.1.1.10 sabe que deve enviar um quadro para o roteador 10.1.1.1. Essa transferência ocorre dentro da rede local, onde o endereço IP não importa, apenas o endereço MAC é importante aqui. Vamos supor que o computador nunca tenha se comunicado com o roteador antes e não saiba seu endereço MAC, então ele deve primeiro enviar uma solicitação ARP que pergunte a todos os dispositivos da sub-rede: “ei, qual de vocês tem o endereço 10.1.1.1? Por favor me diga seu endereço MAC! Como o ARP é uma mensagem de difusão, ela é enviada para todas as portas de todos os dispositivos, incluindo o roteador.
O computador 10.1.1.12, tendo recebido o ARP, pensa: “não, meu endereço não é 10.1.1.1” e descarta a solicitação; o computador 10.1.1.13 faz o mesmo. O roteador, ao receber a solicitação, entende que é ele quem está sendo solicitado e envia o endereço MAC da porta F0/0 - e todas as portas possuem endereço MAC diferente - para o computador 10.1.1.10. Agora, conhecendo o endereço do gateway XXXX:AAAA, que neste caso é o endereço de destino, o computador o adiciona ao final do quadro endereçado ao servidor. Ao mesmo tempo, ele define o cabeçalho do quadro FCS/CRC, que é um mecanismo de verificação de erros de transmissão.
Depois disso, o quadro do computador 10.1.1.10 é enviado pelos fios para o roteador 10.1.1.1. Após receber o quadro, o roteador remove o FCS/CRC usando o mesmo algoritmo do computador para verificação. Os dados nada mais são do que uma coleção de uns e zeros. Se os dados estiverem corrompidos, ou seja, 1 se tornar 0 ou 0 se tornar um, ou se houver um vazamento de dados, o que geralmente ocorre ao usar um hub, o dispositivo deverá reenviar o quadro novamente.
Se a verificação FCS/CRC for bem-sucedida, o roteador analisa os endereços MAC de origem e destino e os remove, pois são informações da Camada 2, e passa para o corpo do quadro, que contém informações da Camada 3. Com isso ele fica sabendo que a informação contida no quadro se destina a um dispositivo com endereço IP 30.1.1.10.
De alguma forma, o roteador sabe onde este dispositivo está localizado. Não discutimos esse assunto quando analisamos como os switches funcionam, então veremos isso agora. O roteador tem 4 portas, então adicionei mais algumas conexões a ele. Então, como o roteador sabe que os dados do dispositivo com endereço IP 30.1.1.10 devem ser enviados pela porta F0/1? Por que não os envia pela porta F0/3 ou F0/2?
O fato é que o roteador funciona com uma tabela de roteamento. Cada roteador possui uma tabela que permite decidir por qual porta transmitir um quadro específico.
Neste caso, a porta F0/0 está configurada para o endereço IP 10.1.1.1 e isso significa que está conectada à rede 10.1.1.10/24. Da mesma forma, a porta F0/1 está configurada para o endereço 20.1.1.1, ou seja, conectada à rede 20.1.1.0/24. O roteador conhece ambas as redes porque elas estão diretamente conectadas às suas portas. Assim, a informação de que o tráfego da rede 10.1.10/24 deve passar pela porta F0/0, e da rede 20.1.1.0/24 pela porta F0/1, é conhecida por padrão. Como o roteador sabe por quais portas trabalhar com outras redes?
Vemos que a rede 40.1.1.0/24 está conectada à porta F0/2, a rede 50.1.1.0/24 está conectada à porta F0/3 e a rede 30.1.1.0/24 conecta o segundo roteador ao servidor. O segundo roteador também possui uma tabela de roteamento, que diz que a rede 30. está conectada à sua porta, vamos denotar 0/1, e está conectada ao primeiro roteador através da porta 0/0. Este roteador sabe que sua porta 0/0 está conectada à rede 20., e a porta 0/1 está conectada à rede 30., e não sabe mais nada.
Da mesma forma, o primeiro roteador conhece as redes 40 e 50 conectadas às portas 0/2 e 0/3, mas não sabe nada sobre a rede 30. O protocolo de roteamento fornece aos roteadores informações que eles não possuem por padrão. O mecanismo pelo qual esses roteadores se comunicam entre si é a base do roteamento, e existe roteamento dinâmico e estático.
O roteamento estático é que o primeiro roteador recebe informações: se você precisar entrar em contato com a rede 30.1.1.0/24, então você precisa usar a porta F0/1. Porém, quando o segundo roteador recebe tráfego de um servidor destinado ao computador 10.1.1.10, ele não sabe o que fazer com ele, pois sua tabela de roteamento contém apenas informações sobre as redes 30. e 20. Portanto, este roteador também precisa para registrar roteamento estático: Se receber tráfego para a rede 10., deverá enviá-lo pela porta 0/0.
O problema com o roteamento estático é que tenho que configurar manualmente o primeiro roteador para funcionar com a rede 30. e o segundo roteador para funcionar com a rede 10. Isso é fácil se eu tiver apenas 2 roteadores, mas quando tiver 10 roteadores, configurar o roteamento estático leva muito tempo. Nesse caso, faz sentido usar o roteamento dinâmico.
Assim, tendo recebido um quadro do computador, o primeiro roteador olha sua tabela de roteamento e decide enviá-lo pela porta F0/1. Ao mesmo tempo, adiciona o endereço MAC de origem XXXX.BBBB e o endereço MAC de destino XXXX.CCSS ao quadro.
Tendo recebido este quadro, o segundo roteador “corta” os endereços MAC relacionados à segunda camada OSI e passa para as informações da terceira camada. Ele vê que o endereço IP de destino 3 pertence à mesma rede que a porta 30.1.1.10/0 do roteador, adiciona o endereço MAC de origem e o endereço MAC de destino ao quadro e envia o quadro ao servidor.
Como já disse, então um processo semelhante se repete no sentido oposto, ou seja, é realizada a segunda etapa do handshake, na qual o servidor envia de volta uma mensagem SYN ACK. Antes de fazer isso, ele descarta todas as informações desnecessárias e deixa apenas o pacote SYN.
Tendo recebido este pacote, o segundo roteador analisa as informações recebidas, complementa-as e as envia.
Então, nas lições anteriores aprendemos como funciona um switch e agora aprendemos como funcionam os roteadores. Vamos responder à pergunta sobre o que é roteamento em um sentido global. Suponha que você encontre um sinal de trânsito instalado em um cruzamento de rotatória. Você pode ver que o primeiro ramal leva à RAF Fairfax, o segundo ao aeroporto, o terceiro ao sul. Se você pegar a quarta saída você estará em um beco sem saída, mas na quinta você poderá dirigir pelo centro da cidade até o Castelo de Braxby.
Em geral, o roteamento é o que força o roteador a tomar decisões sobre para onde enviar o tráfego. Nesse caso, você, como motorista, deve decidir qual saída do cruzamento tomar. Nas redes, os roteadores precisam tomar decisões sobre para onde enviar pacotes ou quadros. Você deve entender que o roteamento permite criar tabelas com base em quais roteadores tomam essas decisões.
Como eu disse, existe roteamento estático e dinâmico. Vejamos o roteamento estático, para o qual desenharei 3 dispositivos conectados entre si, com o primeiro e o terceiro dispositivos conectados às redes. Suponhamos que uma rede 10.1.1.0 queira se comunicar com a rede 40.1.1.0, e entre os roteadores existam as redes 20.1.1.0 e 30.1.1.0.
Neste caso, as portas do roteador devem pertencer a sub-redes diferentes. Por padrão, o roteador 1 conhece apenas as redes 10. e 20. e não sabe nada sobre outras redes. O roteador 2 só conhece as redes 20. e 30. porque estão conectados a ele, e o roteador 3 só conhece as redes 30. e 40. Se a rede 10. quiser entrar em contato com a rede 40., tenho que informar o roteador 1 sobre a rede 30. . . e que se ele quiser transferir um quadro para a rede 40., ele deverá usar a interface da rede 20. e enviar o quadro pela mesma rede 20.
Devo atribuir 2 rotas ao segundo roteador: se ele quiser transmitir um pacote da rede 40. para a rede 10., então ele deve usar a porta de rede 20., e para transmitir um pacote da rede 10. para a rede 40. - rede porta 30. Da mesma forma, devo fornecer ao roteador 3 informações sobre as redes 10. e 20.
Se você tiver redes pequenas, configurar o roteamento estático é muito fácil. Entretanto, quanto maior a rede cresce, mais problemas surgem com o roteamento estático. Vamos imaginar que você criou uma nova conexão que conecta diretamente o primeiro e o terceiro roteadores. Neste caso, o protocolo de roteamento dinâmico atualizará automaticamente a tabela de roteamento do Roteador 1 com o seguinte: "se precisar entrar em contato com o Roteador 3, use uma rota direta"!
Existem dois tipos de protocolos de roteamento: protocolo de gateway interno IGP e protocolo de gateway externo EGP. O primeiro protocolo opera em um sistema autônomo e separado conhecido como domínio de roteamento. Imagine que você tem uma pequena organização com apenas 5 roteadores. Se estamos falando apenas sobre a conexão entre esses roteadores, então queremos dizer IGP, mas se você usa sua rede para se comunicar com a Internet, como fazem os provedores de ISP, então você usa EGP.
O IGP usa 3 protocolos populares: RIP, OSPF e EIGRP. O currículo do CCNA menciona apenas os dois últimos protocolos porque o RIP está desatualizado. Este é o mais simples dos protocolos de roteamento e ainda é usado em alguns casos, mas não fornece a segurança de rede necessária. Esta é uma das razões pelas quais a Cisco excluiu o RIP do curso de formação. No entanto, vou falar sobre isso de qualquer maneira, porque aprendê-lo ajuda você a entender os fundamentos do roteamento.
A classificação do protocolo EGP utiliza dois protocolos: o BGP e o próprio protocolo EGP. No curso CCNA, abordaremos apenas BGP, OSPF e EIGRP. A história sobre o RIP pode ser considerada uma informação bônus, que será refletida em um dos tutoriais em vídeo.
Existem mais 2 tipos de protocolos de roteamento: protocolos Distance Vector e protocolos de roteamento Link State.
A primeira passagem analisa os vetores de distância e direção. Por exemplo, posso estabelecer uma conexão diretamente entre o roteador R1 e R4 ou posso fazer uma conexão ao longo do caminho R1-R2-R3-R4. Se estamos falando de protocolos de roteamento que utilizam o método do vetor de distância, então neste caso a conexão será sempre realizada pelo caminho mais curto. Não importa que esta conexão tenha uma velocidade mínima. No nosso caso, são 128 kbps, o que é muito mais lento que a conexão ao longo da rota R1-R2-R3-R4, onde a velocidade é de 100 Mbps.
Vamos considerar o protocolo RIP do vetor de distância. Desenharei a rede 1 na frente do roteador R10 e a rede 4 atrás do roteador R40. Vamos supor que existam muitos computadores nessas redes. Se eu quiser me comunicar entre a rede 10. R1 e a rede 40. R4, então atribuirei roteamento estático a R1 como: “se você precisar se conectar à rede 40., use uma conexão direta ao roteador R4”. Ao mesmo tempo, tenho que configurar manualmente o RIP em todos os 4 roteadores. Então a tabela de roteamento R1 dirá automaticamente que se a rede 10 quiser se comunicar com a rede 40, ela deverá usar uma conexão direta R1-R4. Mesmo que o desvio seja mais rápido, o protocolo Distance Vector ainda escolherá o caminho mais curto com a distância de transmissão mais curta.
OSPF é um protocolo de roteamento link-state que sempre analisa o estado das seções da rede. Neste caso, avalia a velocidade dos canais, e se perceber que a velocidade de transmissão do tráfego no canal R1-R4 é muito baixa, seleciona o caminho com maior velocidade R1-R2-R3-R4, mesmo que seja comprimento excede o caminho mais curto. Assim, se eu configurar o protocolo OSPF em todos os roteadores, ao tentar conectar a rede 40. à rede 10., o tráfego será enviado pela rota R1-R2-R3-R4. Portanto, RIP é um protocolo de vetor de distância e OSPF é um protocolo de roteamento de estado de link.
Existe outro protocolo - EIGRP, um protocolo de roteamento proprietário da Cisco. Se falamos de dispositivos de rede de outros fabricantes, por exemplo Juniper, eles não suportam EIGRP. Este é um excelente protocolo de roteamento muito mais eficiente que RIP e OSPF, mas só pode ser usado em redes baseadas em dispositivos Cisco. Mais tarde contarei com mais detalhes por que esse protocolo é tão bom. Por enquanto, observarei que o EIGRP combina recursos de protocolos de vetor de distância e protocolos de roteamento link-state, representando um protocolo híbrido.
Na próxima vídeo aula abordaremos mais de perto a consideração dos roteadores Cisco; contarei um pouco sobre o sistema operacional Cisco IOS, que é destinado tanto a switches quanto a roteadores. Esperamos que no dia 19 ou no dia 20 entraremos em mais detalhes sobre protocolos de roteamento e mostrarei como configurar roteadores Cisco usando pequenas redes como exemplos.
Obrigado por ficar com a gente. Gostou dos nossos artigos? Quer ver mais conteúdos interessantes? Apoie-nos fazendo um pedido ou recomendando a amigos, 30% de desconto para usuários do Habr em um análogo exclusivo de servidores básicos, que foi inventado por nós para você: (disponível com RAID1 e RAID10, até 24 núcleos e até 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 vezes mais barato? Só aqui na Holanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - a partir de US$ 99! Ler sobre
Fonte: habr.com