Протоколы маршрутизации. Изучение статических маршрутов и протокола RIP в сети, использующей маршрутизаторы Cisco
Цель работы
Ознакомление с основными протоколами маршрутизации, изучение возможностей маршрутизаторов фирмы Cisco, ознакомление с протоколом маршрутизации RIP.
Теоретическая часть
Маршрутизацией называется действие по перенаправлению пакета из одной логической сети (или подсети) в другую.
Маршрутизатор — это устройство, выполняющее такое действие.
Основные средства маршрутизации функционируют следующим образом. Хост применяет операцию "И" к IP-адресу отправителя и маске сети, соответствующей этому адресу, а также к IP-адресу получателя и той же маске сети.
Если полученные при этом результаты совпадают, это означает, что оба IP-адреса находятся в одной и той же сети, поэтому для определения МАС-адреса устройства получателя можно применить широковещательную рассылку запроса ARP. А если полученные результаты не совпадают, это означает, что получатель находится в другой сети, и для передачи пакета на хост получателя необходимо обратиться к маршрутизатору.
Придя к заключению, что требуется маршрутизатор, хост отправителя проверяет наличие в своей конфигурации IP-адреса шлюза, применяемого по умолчанию (маршрутизатора), а затем определяет его МАС-адрес с помощью широковещательной рассылки запроса ARP.
Получив МАС-адрес маршрутизатора, хост формирует пакет, используя IP-адрес конечного хоста получателя, но в качестве МАС-адреса указывает МАС-адрес маршрутизатора.
После получения пакета маршрутизатор проверяет пакет и обнаруживает, что пакет предназначен ему, после чего проверяет в пакете IP -адрес получателя.
Затем маршрутизатор просматривает таблицу (называемую таблицей маршрутизации), в которой перечислены все удаленные сети, известные ему в настоящее время, и пытается найти в этой таблице маршрут к сети получателя. Если маршрут к удаленной сети найден, маршрутизатор вводит МАС-адрес устройства, находящегося в конце следующего транзитного перехода (либо следующего маршрутизатора, через который проходит данный маршрут, либо самого удаленного хоста), в пакет и перенаправляет его. А если не удается найти маршрут к удаленной сети (даже самый неудобный, такой как стандартный маршрут), маршрутизатор возвращает отправителю сообщение ICMP о том, что получатель недостижим (ICMP – Internet Control Message Protocol — межсетевой протокол управляющих сообщений — сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP, в основном используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных).
К этим действиям и сводится вся маршрутизация. К сожалению, на самом деле все происходит гораздо сложнее, поскольку в маршрутизации очень важную роль играют нюансы ее организации.
На первый взгляд, кажется, что маршрутизатор выполняет очень простые задачи. Но в действительности он должен иметь информацию обо всех сетях, к которым он непосредственно подключен, чтобы иметь возможность перенаправить в них пакеты, передаваемые хостами. Кроме того, маршрутизатор должен правильно перенаправлять в эти сети пакеты, поступающие от хостов. Наконец, он должен ограничивать (или устранять) широковещательную рассылку во избежание перегрузки канала служебной информацией.
Протоколы маршрутизации (routing protocols) не следует путать с маршрутизируемыми протоколами (routed protocols) – например, IP и IPX – то есть с протоколами передачи данных, пакеты которых направляются протоколами маршрутизации.
Протоколы маршрутизации – это средство коммуникации между маршрутизаторами, которое позволяет устройствам совместно использовать информацию о сетях и определять расстояние до разных узлов и сетей. Информация, распространяемая по этим протоколам, используется для поддержания в актуальном состоянии таблицы маршрутизации (routing table) – служебной таблицы, состоящей из определённого числа записей — маршрутов, в которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты, и некоторый вес записи — метрика (в различных системах в качестве такого веса могут браться пропускная способность, загруженность канала, стоимость передачи и др.). Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям.
Для обмена таблицами маршрутов друг с другом большинство маршрутизаторов используют протоколы типа RIP (Routing Information Protocol) или OSPF (Open Shortest Path First).
В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например:
192.168.64.0/16 [110/49] via 192.168.1.2, 00:34:34, FastEthernet0/0,
где
192.168.64.0/16 - сеть назначения,
110/- административное расстояние,
/49 - метрика маршрута,
192.168.1.2 — адрес следующего маршрутизатора, которому следует передавать пакеты для сети 192.168.64.0/16,
00:34:34 - время, в течение которого известен этот маршрут,
FastEthernet0/0 - интерфейс маршрутизатора, через который можно достичь «соседа» 192.168.1.2.
Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:
- статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы;
- динамическая маршрутизация — записи в таблице обновляются автоматически с помощью одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP или др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.
В данной лабораторной работе рассматривается один из наиболее простых дистанционно-векторных (то есть определяющих для каждого пакета по IP-адресу направление и расстояние пересылки) протоколов маршрутизации – RIP (Routing Information Protocol). Он является одним из наиболее распространённых в небольших локальных сетях, использует в качестве метрики маршрутов число хопов – то есть шагов, переходов пакета от одного маршрутизатора к соседнему. Этот протокол считается простым, так как совершенно игнорирует реальную пропускную способность каналов – под управлением этого протокола путь с одним переходом через «узкий» канал будет предпочтительнее, чем путь в три хопа через канал пусть даже с гораздо большей пропускной способностью, хотя время доставки пакета во втором случае было бы, скорее всего, много меньше.
Следует учитывать следующие факторы, влияющие на работоспособность конфигурируемой сети:
- пропускная способность включенных на роутерах интерфейсов;
- настройка маршрутизируемого протокола сети;
- настройка маршрутизирующего протокола:
- период, через который автоматически между роутерами будет организовываться обмен информацией о состоянии сети;
- максимально допустимое количество хопов для любого пакета (если пакет проходит большее число шагов, что свидетельствует, скорее всего, о зацикливании маршрута из-за «нескооперированности» в работе роутеров сети, то он отбрасывается);
- статические маршруты, по которым будут направляться пакеты с адресом сети, не опознанным в таблице маршрутизации.
Практическая часть
В данной лабораторной работе необходимо разобраться в заданном варианте топологии сети и, конфигурируя все маршрутизаторы и оконечные хосты, добиться их слаженной работы по передаче пакетов.
Лабораторная работа выполняется на эмуляторе сетей компании Cisco – Packet Tracer 4.0. Данное ПО позволяет наглядно представить топологию сети, которую вам предстоит настроить, и в случае необходимости корректировать её. Общий вид окна программы Packet Tracer приведен на рисунке.
Общий вид окна программы Packet Tracer.
При выборе любого узла сети происходит доступ к окну конфигурирования выбранного устройства. Это окно содержит три вкладки:
- Phisycal – здесь перечислены аппаратные параметры выбранного устройства, а также его внешний вид, где при увеличении отчётливо видны все порты, через которые при работе с реальными машинами вам необходимо было бы соединять устройства в сеть;
- Config – в этой вкладке задаётся вся информация, необходимая для работы маршрутизатора или оконечного хоста в сети; всё конфигурирование идёт через графический интерфейс, то есть вы подставляете значения в соответствующие окошки, а ниже эмулятор дублирует процесс вашей работы так, будто вы работаете классическим методом через консоль;
- CLI – эмуляция интерфейса командной строки. Все изменения, которые вы задаёте через эту консоль, немедленно отображаются в графическом интерфейсе второй вкладки, то есть процессы программирования устройства через вторую или третью вкладку для простейших команд, которые изучались в первой лабораторной работе по роутерам, взаимозаменяемы и равнозначны. Однако конфигурировать RIP придётся через консоль, так как для ввода многих нюансов настройки не предусмотрено специальных форм в графическом интерфейсе данного эмулятора.
Также более подробную информацию о портах устройства (список доступных интерфейсов маршрутизатора) можно получить, если навести курсор на устройство на схеме. Иным способом можно просматривать параметры интерфейса с помощью используемой в предыдущей работе команды show interface ... в режиме командной строки.
Наведите курсор на линию связи, чтобы узнать, через какие интерфейсы она установлена.
3.2.1. Создайте схему ЛВС согласно вашему варианту.
3.2.2. Настройте все маршрутизаторы и оконечные устройства.
3.2.3. Для того чтобы сеть могла функционировать, необходимо «поднять» соответствующие интерфейсы маршрутизатора. Если Вы активизировали интерфейсы на обоих концах линии связи, то конечные точки на ней из красных должны стать зелёными. Для удобства работы в качестве сетевого администратора рекомендуется изменить имя маршрутизатора (Hostname), добавив к стандартному имени конкретный номер, которым устройство помечено на карте сети.
3.2.4. Из глобального контекста конфигурирования (Router(config)#) перейдите командой router в режим настройки параметров маршрутизации, указав при этом в качестве подкоманды используемый протокол маршрутизации RIP.
Если к маршрутизатору непосредственно подсоединен оконечный хост или другой маршрутизатор, следует уведомить его об этом командами network A.B.C.D, где A.B.C.D – IP-адрес каждого подключённого к данному маршрутизатору интерфейса других устройств.
IP-адрес компьютера будет таким, каким вы его зададите, щёлкнув по соответствующему компьютеру и назначив IP Configuration на третьей вкладке.
Также для каждого компьютера необходимо прописать IP-адрес шлюза, в качестве которого прописывается адрес непосредственно подключённого к компьютеру интерфейса маршрутизатора (коммутатора).
3.2.5. По такой же схеме настройте остальные устройства сети. Когда вы переключаетесь между терминалами устройств, история введённых вами команд в каждом терминале сохраняется и, вернувшись к некоторому устройству вновь, вы продолжите работу с ним с той точки, в которой закончили его конфигурировать, поэтому можете свободно переключаться для изменения каких-либо настроек устройств. IP-адреса устройств заполняйте согласно заданию, полученному у преподавателя.
3.2.6. Настройте маршруты, которые каждый маршрутизатор будет использовать по умолчанию:
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 …
После нулей нужно указать выходной интерфейс или IP-адрес следующего перехода – так задаётся направление, по которому будут отправляться все пакеты с неопознанными маршрутизатором IP-адресами.
Сделайте так, чтобы неопознанный пакет «ходил по кругу», т.е. на каждом роутере задавайте в качестве адреса следующего перехода непосредственно подсоединённый интерфейс следующего роутера.
Задайте команду ip classless для каждого интерфейса, чтобы обеспечить свободное использование стандартного маршрута.
3.2.7. После настройки сети, маршрутов по умолчанию и протокола RIP вам остаётся протестировать работу сети. Из режима командной строки это можно делать командой ping ip, но гораздо наглядней воспользоваться специальными кнопками 
и 
. Нажав кнопку, щёлкните мышкой по узлу, из которого хотите отправить пакет, а затем по узлу-адресату. В нижней части окна слева отразится статус выполнения пересылки пакета. Вторая из этих двух кнопок соответствует расширенному синтаксису команды ping и позволяет задать TTL (время жизни пакета, по истечении которого он отбрасывается), таймаут пинга и многое другое. ВО ИЗБЕЖАНИЕ ЗАВИСАНИЯ ЭМУЛЯТОРА НЕ УКАЗЫВАЙТЕ ЗНАЧЕНИЙ ТАЙМАУТА, ПРЕВЫШАЮЩИХ МИНУТУ! Нормальное значение его составляет для вашей сети от десятых долей до нескольких секунд.
Контрольные вопросы
3.3.1. В чём состоит назначение маршрутизатора как сетевого устройства?
3.3.2. Приведите примеры маршрутизируемых и маршрутизирующих протоколов.
3.3.3. Приведите пример записи таблицы маршрутизации. Каким образом она может обновляться? Может ли она исчезнуть из таблицы?
3.3.4. На основе чего в изученном вами протоколе маршрутизации один маршрут считается более удачным, чем другой?
3.3.5. Какие недостатки имеет использованный вами протокол?
3.3.6. Поясните роль статических маршрутов в функционировании маршрутизаторов и сети в целом.
Библиографический список
1. http://www.cisco.com/web/RU/about/index.html
2. Бони Дж. «Руководство по Cisco IOS для профессионалов». 2 изд. СПб.: 'Питер'. 2008.
3. Программа сетевой академии Cisco CCNA Cisco Press, Москва, 2005, Т.1.
4. Программа сетевой академии Cisco CCNA Cisco Press, Москва, 2005, Т.2.