Cisco 200-125 CCNA v3.0 Träning. Dag 18. Grundläggande routering

Idag börjar vi studera routrar. Om du har gått igenom min videokurs från första till sjuttonde lektionen har du redan lärt dig grunderna om switchar. Nu går vi vidare till nästa enhet – routern. Som du vet från den tidigare videolektionen heter ett av ämnena i CCNA-kursen just så – Cisco Switching & Routing.

I denna serie kommer vi inte att studera Cisco-routrar, utan istället fokusera på konceptet routing som helhet. Vi kommer att ha tre ämnen. Det första är en översikt över vad du redan vet om routrar och en diskussion om hur detta kan tillämpas tillsammans med de kunskaper du fått under studierna av switchar. Vi måste förstå hur switchar och routrar arbetar tillsammans.

Därefter kommer vi att titta på vad routing innebär, hur det fungerar och sedan gå vidare till typer av routingprotokoll. Idag använder jag en topologi som du redan har sett i tidigare lektioner.

Vi har diskuterat hur data rör sig över nätverket och hur den trestegskommunikationen av TCP går till. Det första meddelandet som skickas över nätverket är ett SYN-paket. Låt oss titta på hur den trestegskommunikationen sker när en dator med IP-adressen 10.1.1.10 vill koppla upp sig mot servern 30.1.1.10, det vill säga när den försöker etablera en FTP-anslutning.
För att inleda anslutningen skapar datorn en källport med ett slumpmässigt nummer, 25113. Om du har glömt hur detta går till rekommenderar jag att du ser om de tidigare videolektionerna där denna fråga diskuterades.

Därefter placerar den i ramen destinationsportens nummer, eftersom den vet att den måste koppla upp sig mot port 21, och lägger till tredje nivån av OSI, det vill säga sin egen IP-adress och destinations-IP-adressen. Data som är inringade ändras inte förrän de når sin slutpunkt. När de når servern ändras de inte heller, men servern lägger till information från andra nivån, det vill säga MAC-adressen, till ramen. Detta beror på att switchar endast tar emot information från andra nivån av OSI. I det här scenariot representerar routern den enda nätverksanordningen som hanterar information från tredje nivån; naturligtvis arbetar också datorn med denna information. Så, switchen arbetar endast med information från andra nivån, medan routern arbetar med tredje nivån.

Switchen känner till den ursprungliga MAC-adressen XXXX:XXXX:1111 och vill veta MAC-adressen till servern som datorn kontaktar. Den jämför den ursprungliga IP-adressen med destinationsadressen, inser att dessa enheter är belägna i olika subnät och beslutar att använda en gateway för att nå det andra subnett.

Jag får ofta frågan om vem som bestämmer vilken IP-adress gatewayen ska ha. Först och främst är det nätverksadministratören som skapar nätverket och tilldelar IP-adresser till varje enhet. Som administratör kan du tilldela routern vilken adress som helst inom de tillåtna adresserna i ditt subnett. Vanligtvis är detta den första eller sista tillåtna adressen, men det finns inga strikta regler för dess tilldelning. I vårt fall tilldelade administratören gatewayens, eller routerns, adress 10.1.1.1 till port F0/0.

När du konfigurerar ett nätverk på en dator med statisk IP-adress 10.1.1.10, anger du en subnet mask på 255.255.255.0 och en standardgateway på 10.1.1.1. Om du inte använder en statisk adress, då använder datorn DHCP, som tilldelar en dynamisk adress. Oavsett vilken IP-adress datorn använder, statisk eller dynamisk, måste det finnas en gateway-adress för att nå ett annat nätverk.

Således vet datorn 10.1.1.10 att den ska skicka en ram till routern 10.1.1.1. Denna överföring sker inom det lokala nätverket, där IP-adressen inte har någon betydelse, endast MAC-adressen är viktig. Anta att datorn tidigare aldrig har kontaktat routern och inte känner till dess MAC-adress, så måste den först skicka en ARP-förfrågan som frågar alla enheter i subnettet: "Hej, vilken av er har adress 10.1.1.1? Vänligen meddela mig er MAC-adress!" Eftersom ARP är ett broadcast-meddelande skickas det till alla portar på alla enheter, inklusive routern.

Datorn 10.1.1.12, som får ARP, tänker: "Nej, min adress är inte 10.1.1.1", och avvisar begäran, på samma sätt agerar datorn 10.1.1.13. Routern, som får begäran, förstår att det är den man frågar, och skickar MAC-adressen för port F0/0 – alla portar har olika MAC-adresser – till datorn 10.1.1.10. Nu, med vetskap om gateway-adressen XXXX:AAAA, som i detta fall är destinationsadressen, lägger datorn till den i slutet av ramen som är adresserad till servern. Samtidigt ställer den in ramen FCS/CRC, som är en mekanism för att kontrollera överföringsfel.

Efter detta skickas ramen från datorn 10.1.1.10 via kablarna till routern 10.1.1.1. Efter att ha mottagit ramen tar routern bort FCS/CRC och använder samma algoritm för kontroll som datorn. Uppgifterna består av ingenting annat än en uppsättning av nollor och ettor. Om uppgifterna är skadade, det vill säga att 1 blir 0 eller 0 blir 1, eller om det finns en dataläckage som ofta uppstår vid användning av en hub, måste enheten skicka ramen igen.

Om FCS/CRC-kontrollen lyckas, tittar routern på MAC-adresserna för källan och destinationen och tar bort dem, eftersom det är information på lager 2, och går vidare till ramen, som innehåller information på lager 3. Där får den veta att informationen som ramen innehåller är avsedd för en enhet med IP-adress 30.1.1.10.

Routern vet på något sätt var denna enhet finns. Vi diskuterade inte denna fråga när vi tittade på hur switchar fungerar, så vi tar upp den nu. Routern har 4 portar, så jag har lagt till några fler anslutningar. Så, hur vet routern att data för enhet med IP-adress 30.1.1.10 ska skickas genom port F0/1? Varför skickar den inte dem genom port F0/3 eller F0/2?

Det är så att routern arbetar med en routingtabell. Varje router har en sådan tabell som gör det möjligt att avgöra genom vilken port en specifik ram ska skickas.

I detta fall är port F0/0 konfigurerad med IP-adressen 10.1.1.1, vilket innebär att den är ansluten till nätverket 10.1.1.10/24. På samma sätt är port F0/1 konfigurerad med adressen 20.1.1.1, det vill säga den är ansluten till nätverket 20.1.1.0/24. Routern känner till båda dessa nätverk eftersom de är direkt anslutna till dess portar. Därför är informationen om att trafik för nätverket 10.1.10/24 ska gå via port F0/0, medan trafik för nätverket 20.1.1.0/24 ska gå via port F0/1, känd som standard. Hur vet då routern vilka portar som ska användas för övriga nätverk?

Vi ser att nätverket 40.1.1.0/24 är anslutet till port F0/2, nätverket 50.1.1.0/24 – till port F0/3, och nätverket 30.1.1.0/24 kopplar den andra routern till servern. Den andra routern har också en routingtabell som anger att nätverket 30. är anslutet till dess port, som vi betecknar som 0/1, och att den är ansluten till den första routern via port 0/0. Denna router vet att dess port 0/0 är ansluten till nätverket 20., medan port 0/1 är ansluten till nätverket 30., och den vet inget mer.

På samma sätt vet den första routern om nätverken 40. och 50., anslutna till portarna 0/2 och 0/3, men har ingen information om nätverket 30. Routingprotokollet tillhandahåller routrarna den information de saknar som standard. Mekanismen genom vilken dessa routrar interagerar med varandra är grunden för routing, där det finns både dynamisk och statisk routing.

Statisk routing innebär att den första routern får information: om den behöver kommunicera med nätverket 30.1.1.0/24, ska den använda port F0/1. Men när den andra routern får trafik från servern som är avsedd för datorn 10.1.1.10, vet den inte vad den ska göra, eftersom dess routingtabell endast innehåller uppgifter om nätverken 30. och 20. Därför måste denna router också få en statisk routingkonfiguration: om den får trafik för nätverket 10., ska den skicka det via port 0/0.

Problemet med statisk routing är att jag måste konfigurera den första routern manuellt att arbeta med nätverket 30., och den andra routern att arbeta med nätverket 10. Det är enkelt om jag har bara 2 routrar, men när jag har 10 routrar tar det lång tid att konfigurera statisk routing. I sådana fall är det meningsfullt att använda dynamisk routing.
Så, efter att ha fått ett ram från datorn, tittar den första routern i sin routningstabell och beslutar att skicka det genom port F0/1. Under tiden lägger den till källans MAC-adress XXXX.BBBB och destinations MAC-adress XXXX.CCCC.

När den andra routern tar emot detta ram "klipper" den bort MAC-adresserna som hör till det andra OSI-lagret och går vidare till informationen på det tredje lagret. Den ser att destinationens IP-adress 30.1.1.10 tillhör samma nätverk som port 0/1 på routern, lägger till källans MAC-adress och MAC-adressen för destinationsenheten, och skickar rammet till servern.

Som jag redan nämnt, upprepas sedan en liknande process i motsatt riktning, det vill säga att det andra steget av handskakningen genomförs, där servern skickar tillbaka ett SYN ACK-meddelande. Innan detta kasserar den all överflödig information och behåller endast SYN-paketet.

När den andra routern får detta paket, analyserar den den mottagna informationen, kompletterar den och skickar vidare.

Så, i de tidigare lektionerna har vi lärt oss hur en switch fungerar, och nu har vi lärt oss hur routrar fungerar. Låt oss svara på frågan vad routing innebär i en global mening. Anta att du stöter på en sådan vägskylt, placerad vid en rondell. Du ser att den första avfarten leder till Royal Air Force-basen Fairfaxes, den andra till flygplatsen, den tredje söderut. Om du väljer den fjärde avfarten, hamnar du i en återvändsgränd, och via den femte kan du köra genom stadens centrum till Braxby-slottet.

Generellt sett är routing det som får routern att fatta beslut om vart trafik ska skickas. I det här fallet måste du, som förare, bestämma vilken avfart från rondellen du bör använda. I nätverken måste routrar fatta beslut om vart de ska skicka paket eller ram. Du måste förstå att routing gör det möjligt att skapa tabeller som routrar använder för att fatta dessa beslut.

Som jag nämnde finns det statisk och dynamisk routing. Låt oss titta på statisk routing, för vilket jag kommer att rita 3 enheter kopplade till varandra, där den första och den tredje enheten är kopplade till nätverk. Anta att ett nätverk 10.1.1.0 vill kommunicera med nätverket 40.1.1.0, och mellan routrarna ligger nätverken 20.1.1.0 och 30.1.1.0.

I det här fallet måste routrarna tillhöra olika undernät. Router 1 känner som standard endast till nätverken 10. och 20. och vet ingenting om de andra näten. Router 2 känner endast till näten 20. och 30., eftersom de är anslutna till den, och router 3 känner endast till näten 30. och 40. Om nät 10. vill kommunicera med nät 40. måste jag berätta för router 1 om nät 30. och att om den vill skicka en ram till nät 40., måste den använda gränssnittet för nät 20. och skicka ramen över nät 20.

Jag måste tilldela den andra routern 2 rutter: om den vill skicka ett paket från nät 40. till nät 10., måste den använda porten för nät 20., och för att skicka ett paket från nät 10. till nät 40. – porten för nät 30. På samma sätt måste jag ge router 3 information om näten 10. och 20.

Om du har små nät är det väldigt enkelt att konfigurera statisk routing. Men ju större nätverket blir, desto fler problem uppstår med statisk routing. Tänk dig att du har skapat en ny anslutning som direkt kopplar ihop den första och tredje routern. I detta fall kommer den dynamiska routingprotokollet automatiskt att uppdatera routingtabellen för router 1, med följande meddelande: "om du behöver kontakta router 3, använd den direkta rutter"!

Det finns två typer av routingprotokoll: det inre gatewaysprotokollet IGP och det yttre gatewaysprotokollet EGP. Det första protokollet fungerar inom ett separat, autonomt system, känt som routingdomän. Tänk dig att du har en liten organisation med bara 5 routrar. Om vi pratar om kommunikationen mellan dessa routrar, syftar vi på IGP, men om du använder ditt nät för att koppla upp dig mot internet, precis som ISP-leverantörer gör, använder du EGP.

IGP använder 3 populära protokoll: RIP, OSPF och EIGRP. CCNA-kursen nämner bara de två senaste protokollen, eftersom RIP är föråldrad. Det är det enklaste av routingprotokollen som fortfarande används i vissa fall, men det ger inte den nödvändiga nätverkssäkerheten. Det är en av anledningarna till att Cisco uteslutit RIP från kursplanen. Men jag kommer fortfarande att berätta om det, eftersom dess studier bidrar till att förstå grunderna i routing.

EGP-protokollklassificeringen använder två protokoll: BGP och själva EGP-protokollet. I CCNA-kursen kommer vi enbart att fokusera på BGP, OSPF och EIGRP. Berättelsen om RIP kan du betrakta som bonusinformation som kommer att återspeglas i en av videolektionerna.
Det finns ytterligare två typer av routingprotokoll: Distansvektorprotokoll och länktillståndsprotokoll.

Det första protokollet behandlar distans- och riktningsvektorer. Till exempel kan jag skapa en direktansluting mellan router R1 och R4, eller jag kan upprätta en anslutning via R1-R2-R3-R4. När det gäller routingprotokoll som använder distansvektormetoden sker anslutningen alltid längs den kortaste vägen. Det spelar ingen roll att denna anslutning kan ha lägre hastighet. I vårt fall är den 128 kbit/s, vilket är betydligt långsammare än anslutningen via R1-R2-R3-R4, där hastigheten är 100 Mbit/s.

Låt oss titta på distansvektorprotokollet RIP. Jag kommer att lägga till nätverk 10. framför router R1 och nätverk 40. bakom router R4. Anta att det finns många datorer i dessa nätverk. Om jag vill upprätta kontakt mellan nätverk 10. R1 och nätverk 40. R4, kommer jag att ställa in statisk routing på R1 av typen: "om du behöver ansluta till nätverk 40., använd direktanslutning till router R4". Dessutom måste jag manuellt konfigurera RIP på alla fyra routrar. Då kommer R1:s routingtabell automatiskt att indikera att om nätverk 10. vill kommunicera med nätverk 40., bör den använda den direkta anslutningen R1-R4. Även om en omväg skulle vara snabbare, kommer distansvektorprotokollet fortfarande att välja den kortaste vägen med minst överföringsavstånd.

OSPF är ett länktillståndsprotokoll som alltid granskar tillståndet på nätverkssegmenten. I det här fallet bedömer det hastigheten på kanalerna, och om det ser att hastigheten för trafiköverföringen på kanalen R1-R4 är mycket låg, väljer det istället vägen med högre hastighet R1-R2-R3-R4, även om den är längre än den kortaste vägen. Så om jag konfigurerar OSPF-protokollet på alla routrar, kommer trafiken som försöker ansluta nätverk 40. med nätverk 10. att skickas via R1-R2-R3-R4. Så, RIP är ett distansvektorprotokoll, medan OSPF är ett länktillståndsprotokoll.

Det finns en annan protokoll – EIGRP, ett proprietärt routningsprotokoll från Cisco. Om vi pratar om nätverksenheter från andra tillverkare, såsom Juniper, så stöder de inte EIGRP. Det är ett utmärkt routningsprotokoll som är mycket effektivare än RIP och OSPF, men det kan endast användas i nätverk baserade på Cisco-enheter. Jag kommer senare att berätta mer om vad som gör detta protokoll så bra. För nu, låt mig påpeka att EIGRP kombinerar egenskaper hos distansvektorprotokoll och så kallade länktillståndsprotokoll, vilket gör det till ett hybridprotokoll.

I nästa videolektion kommer vi att gå närmare in på Cisco-routrar. Jag kommer att berätta lite om Cisco IOS operativsystem, som är avsett både för switchar och routrar. Jag hoppas att vi i lektionerna den 19:e eller 20:e dagen kommer att börja detaljstudera routningsprotokoll, och jag kommer att visa hur man konfigurerar Cisco-routrar med exempel från små nätverk.

Tack för att ni stannar med oss. Gillar ni våra artiklar? Vill ni se mer intressant material? Stöd oss genom att göra en beställning eller rekommendera oss till vänner, 30% rabatt för Habr-användare på vårt unika alternativ till entry-level servrar, som vi har designat för er: Allt om VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 kärnor) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps från $20, eller hur man korrekt delar upp en server? (alternativ med RAID1 och RAID10 finns tillgängliga, upp till 24 kärnor och upp till 40GB DDR4).

Dell R730xd till halva priset? Bara hos oss 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100TB från $199 i Nederländerna! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — från $99! Läs om Hur man bygger en företagsinfrastruktur med Dell R730xd E5-2650 v4-servrar som kostar 9000 euro för en bråkdel?

Källa: habr.com