Ip Routing Protocols

Есть несколько протоколов динамической маршрутизации для IP. Вот некоторые из наиболее распространенных протоколов динамической маршрутизации для маршрутизации IP-пакетов: RIP (Routing Information Protocol) IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) OSPF (Open Shortest Path First) IS-IS (Intermediate System-на-Intermediate System) BGP (Border Gateway Protocol) Еще раз, помните, что в большинстве случаев, маршрутизаторы содержат комбинацию статических маршрутов и динамические маршруты в таблице маршрутизации. Протоколы динамической маршрутизации будет обсуждаться более подробно в главе 3, "Введение в протоколы динамической маршрутизации".

Routing Table Principles

Порой в этом курсе мы будем ссылаться на три принципа в отношении таблиц маршрутизации, которые помогут вам понять, настроить и устранить проблем ыс маршрутизацией. Эти принципы из книги Алекса Зинина, Cisco IP-маршрутизации. 1. Каждый маршрутизатор принимает решение только на основе информации, которую он имеет в своей таблице маршрутизации. 2. Тот факт, что один маршрутизатор имеет определенную информацию в своей таблицу маршрутизации, не означает, что другие маршрутизаторы имеют ту же информацию. 3. Информация о маршрутизации пути из одной сети в другую не обеспечивает маршрутизацию информацией об обратном пути. Asymmetric Routing

Поскольку маршрутизаторы не обязательно содержат ту же информацию в своих таблицах маршрутизации, пакеты могут проходить по сети в одном направлении, используя один путь, и вернуться через другой путь. Это называется асимметричной маршрутизацией. Асимметричная маршрутизация является более распространенной в Интернете, который использует протокол BGP маршрутизации, чем в большинстве внутренних сетей. Из этого примера следует, что при проектировании и устранении неполадок сети, сетевой администратор должен проверить следующую информацию о маршрутизации: Доступен ли путь от источника к месту назначения в обоих направлениях? Является ли путь в обоих направлениях по тому же пути?

Packet Fields and Frame Fields

Как мы уже обсуждали ранее, маршрутизаторы принимают основное решение, изучая адрес назначения IP-пакета. Перед отправкой из пакета соответствующий интерфейс выход, IP-пакетов должна быть воплощен в Layer 2 кадра канала передачи данных. Далее в этом разделе мы будем следовать IP-пакета от источника к месту назначения, рассматривая инкапсуляцию и декапсуляцию на каждом маршрутизаторе. Но сначала мы рассмотрим формат Layer 3 IP пакетов и Ethernet уровня 2 кадра.

Internet Protocol (ip) Packet Format

Интернет-протокол, указанный в RFC 791, определяет формат пакетов IP. IP-заголовке пакета есть определенные поля, содержащие информацию о пакете и об отправке и получении хозяев. Ниже приведен список полей в заголовке IP и краткое описание для каждого из них. Вы уже должны быть знакомы с назначения IP-адреса, IP-адрес источника, версия, и время жизни (TTL) областях. Остальные поля являются важными, но выходят за рамки этого курса.

Версия - номер версии (4 бита), преобладает версия IP версии 4 (IPv4) IP длина заголовка - заголовок длиной в 32-разрядных слов (4 бита) Приоритет и вид услуг - как пакет должен быть обработан (8 бит), первые 3 бита приоритета бит (это использование было заменено Дифференцированные Point Code услуг [DSCP], который использует первые 6 бит [последние 2 зарезервировано] ) Длина пакета - Общая длина (заголовок + данные) (16 бит) Идентификация - уникальный IP-датаграммы значения (16 бит) Флаги - Управление фрагментации (3 бита) Смещение фрагмента - Поддержка фрагментации дейтаграммы, чтобы различные максимальной единицы передачи (MTU) в сети Интернет (13 бит) Время жизни (TTL) - определяет, сколько маршрутизаторов можно обращаться по дейтаграммы перед снизился (8 бит) Протокол - Верхний слой протокол отправки датаграмм (8 бит) Контрольная сумма заголовка - Проверка целостности в заголовке (16 бит) Исходный IP-адрес - 32-разрядный IP-адрес источника (32 бита) Назначение IP-адреса - 32-битный IP-адреса (32 бита) IP-опций - сеть тестирования, отладки, безопасность и другие (0 или 32 бита, если таковые имеются)

MAC Layer Frame Format Layer 3 IP-пакет инкапсулируется в Layer 2 передачи данных кадров, связанных с этим интерфейсом. В этом примере мы покажем, Layer 2 Ethernet кадр. На рисунке показаны два совместимых версий Ethernet. Ниже приведен список полей в кадр Ethernet и краткое описание каждого из них. Преамбула - Семь байт переменный 1 и 0, используется для синхронизации сигналов Запуск из кадра (SOF) разделитель - 1 байт сигнализирует о начале кадра Адрес назначения - 6 байт MAC-адрес этого устройства в локальном сегменте Исходный адрес - 6 байт MAC-адреса принимающего устройства в локальном сегменте Тип / длина - 2 байта указать либо тип верхнего слоя протоколов (Ethernet II формат кадра) или длину поля данных (IEEE 802.3 формат кадра) Данные и колодки - от 46 до 1500 байт данных; нули использовать, чтобы дополнить данные пакеты менее 46 байт Последовательность проверки кадра (FCS) - 4 байта используются для циклического избыточного контроля, чтобы убедиться в кадр не поврежден.

Best Path

Определение наилучшего пути маршрутизатора включает в себя оценку нескольких путей к той же сети назначения и выбора оптимального или "кратчайший" путь для достижения этой сети. Всякий раз, когда несколько путей для достижения той же сети существует, каждый путь использует другой выходной интерфейс на маршрутизатор для достижения этой сети. Некоторые протоколы маршрутизации, такие как RIP, используют простые хоп-граф, которые показывают число маршрутизаторов между маршрутизатором и сети назначения. Другие протоколы маршрутизации, такие как OSPF, определяют кратчайший путь к изучению пропускной способности связи, а также использование связей с быстрой пропускной способностью от маршрутизатора к сети назначения. Динамические протоколы маршрутизации, как правило, используют свои собственные правила и метрики для построения и обновления таблиц маршрутизации. Метрика - количественные значения, используемые для измерения расстояния до заданного маршрута. Лучший путь к сети -путь с наименьшей метрикой. Например, маршрутизатор предпочтет путь, который находится в 5 скачках от пути, нежели 10 прыжков. Основная цель протокола маршрутизации - определить наилучший путь для каждого маршрута и включить его в таблицу маршрутизации. Алгоритм маршрутизации генерирует стоимость, или метрику, для каждого пути через сеть. Метрики могут быть основаны на одной или нескольких характерных характеристик пути. Некоторые протоколы маршрутизации могут основывать выбор маршрута по нескольким метрикам, объединив их в единую метрику. Чем меньше значение метрики, тем лучше путь.

Comparing Hop Count and Bandwidth Metrics

Две метрики, которые используются в некоторых протоколов динамической маршрутизации, являются: count-Hop подсчет числа маршрутизаторов, которые пакет должен пройти, не дойдя до места назначения. Каждый маршрутизатор равен одному-хопу. Число переходов из четырех указывает, что пакет должен пройти через четыре маршрутизатора для достижения своей цели. Если несколько путей доступны для назначения, протокол маршрутизации, такие как RIP, выбирает путь с наименьшим количеством прыжков. Bandwidth-Пропускная способность передачи данных по ссылке, которую иногда называют, как скорость связи. Например, внедрение в Cisco OSPF протокол маршрутизации использует пропускную способность в качестве метрики. Лучший путь к сети определяется путем накоплением ссылки, которые имеют самые высокие скорости передачи, или самые быстрые ссылки. Использование полосы пропускания в OSPF будет объяснено в главе 11. Примечание: Скорость технически не точное описание пропускной способности, потому что все биты путешествовать с той же скоростью по сравнению с аналогичным физической среде. Пропускная способность более точно определяется как количество бит, которые могут быть переданы по ссылке в секунду. Когда счетчик переходов используется в качестве метрики, полученный путь иногда может быть неоптимальным. Если RIP является протоколом маршрутизации, используемый тремя маршрутизаторами, то R1 выберет неоптимальный маршрут через R3 для достижения PC2 потому что этот путь имеет меньше hop. Пропускная способность не рассматривается. Однако, если OSPF используется в качестве протокола маршрутизации, то R1 будет выбрать маршрут на основе пропускной способности. Пакеты смогут добраться до места назначения быстрее.

Equal Cost Load Balancing

Вы можете быть удивлены, что произойдет, если в таблице маршрутизации есть два или несколько путей с одинаковой метрикой к той же сети назначения. Когда маршрутизатор имеет несколько путей к сети назначения и значение этой метрики (число переходов, пропускной способности и т.д.) то же самое, это называется равной стоимостью метрики, и маршрутизатор будет выполнять балансировку нагрузки равной стоимости. Таблица маршрутизации будет содержать единую сеть назначения, но будет иметь несколько интерфейсов выхода, по одному для каждого пути с равной стоимостью. Маршрутизатор будет перенаправлять пакеты с несколькими интерфейсами выхода, перечисленными в таблице маршрутизации. Если правильно настроить, балансировка нагрузки позволяет повысить эффективность и производительность сети. Равное распределение нагрузки стоимость может быть настроено на использование обоих протоколов динамической маршрутизации и статические маршруты.

Equal Cost Paths and Unequal Cost Paths

Только в случае, если вам интересно, то маршрутизатор может посылать пакеты через несколько сетей, даже если метрика не та же самая, если он использует протокол маршрутизации, который имеет такую ​​возможность. Это известно как неравное распределение нагрузки стоимости. EIGRP (равно как и IGRP) является единственным протоколом маршрутизации, который может быть сконфигурирован для неравного распределения нагрузки стоимости.

Path Determination

Пересылка пакетов включает в себя две функции: Функция определения путей функция переключения Функция определения пути представляет собой процесс, как маршрутизатор определяет, какой путь будет использоваться при пересылке пакетов. Для того чтобы определить наилучший путь, маршрутизатор просматривает свою таблицу маршрутизации для сетевого адреса, который соответствует назначения IP-пакета адрес. Один из трех путей определения результатов этого поиска: Непосредственно подключен к сети - Если адрес назначения пакета относится к устройству по сети, которое напрямую связано с одним из интерфейсов маршрутизатора, пакет пересылается непосредственно к этому устройству. Это означает, что адрес назначения пакета является адресом хоста в той же сети. Удаленной сети - Если адрес назначения пакета принадлежит к удаленной сети, то пакет пересылается на другой маршрутизатор. Удаленная сеть может быть достигнута только путем пересылки пакетов на другой маршрутизатор. Если адрес назначения пакета не принадлежит связанной или удаленной сети, и если маршрутизатор не имеет маршрута по умолчанию, то пакет отбрасывается. Маршрутизатор отправляет ICMP сообщение о недоступности для IP-адреса источника пакета. Switching Function

После того, как маршрутизатор определил выходной интерфейс, используя функцию определения пути, маршрутизатор должен инкапсулировать пакеты в кадре передачи данных исходящего интерфейса. Функция переключения - процесс, используемый маршрутизатором, чтобы принять пакет на одном интерфейсе и направить его на другой интерфейс. Ключевой обязанностью переключение функции для инкапсуляции пакетов в соответствующих передачи данных типа кадра для исходящего канала передачи данных. Что делать с пакетом, полученным из одной сети и предназначенным для другой сети? Маршрутизатор выполняет следующие три основных этапа: 1. Декапсулирует Layer 3 пакета, удалив Layer 2 заголовок кадра и трейлер. 2. Рассматривает адрес назначения в IP-пакет, чтобы найти лучший путь в таблице маршрутизации. 3. Инкапсулирует Layer 3 пакета в новый 2-го уровня кадров и передает кадр из выходного интерфейса.

Как Layer 3 IP-пакет пересылается от одного маршрутизатора к другому, IP-пакета остается неизменным, за исключением Time To Live (TTL) области. Когда маршрутизатор получает IP-пакет, он уменьшает TTL на единицу. Если полученное значение TTL равно нулю, то маршрутизатор отбрасывает пакет. TTL используется для предотвращения IP-пакетов из путешествия по сети бесконечно из-за маршрутной петли . Вполне вероятно, что пакет будет заключена в другой тип уровня 2 кадра, чем тот, в котором он был получен. Например, пакет может быть получен маршрутизатором на интерфейсе FastEthernet, инкапсулироваться в кадр Ethernet, и направляться из последовательного интерфейса инкапсулируется в кадр PPP. Помните, как пакет проходит от источника к устройству конечного устройства назначения, Layer 3 IP адреса не меняются. Тем не менее, 2-го уровня передачи данных адресов изменения на каждом хоп как пакет декапсулируются и вновь заключены в новый кадр каждого маршрутизатора.

Path Determination and Switching Function Details

Шаг 1: PC1 имеет пакет для отправки PC2 PC1 инкапсулирует IP-пакет в кадр Ethernet с адресом назначения МАС FastEthernet R1 в 0/0 интерфейс. Как PC1 узнает, что направить пакет на R1, а не непосредственно к PC2? PC1 определил, что IP источника и IP-адреса назначения находятся в разных сетях. ПК1 знает какой сети он принадлежит, делая операцию на свой собственный адрес IP и маску подсети, в результате чего его сетевой адрес. PC1 делает это же и операции с использованием IP-адреса назначения пакета и PC1 маску подсети. Если результат такой же, как своя собственная сеть, ПК1 знает, что адрес назначения на собственной сети и не нужно направить пакет на шлюз по умолчанию, маршрутизатор. Если и результатов деятельности в различных сетевых адресов, ПК1 знает, что адрес назначения не по своей собственной сети, и что он должен направить этот пакет на шлюз по умолчанию, маршрутизатор. Примечание: Если и работы с IP-адреса назначения пакета и маску подсети PC1 результатов в разных сетевых адресов, чем PC1 определил в качестве своего сетевого адреса, этот адрес не обязательно отражает фактические адреса удаленной сети. PC1 только знает, что если адрес назначения на собственной сети, маски будут такими же и сетевых адресов будет то же самое. Маска из удаленной сети может быть различным маску. Если IP-адрес назначения приводит к различным сетевым адресом, PC1 не будет знать фактический адрес удаленного сети - он знает только, что это не по своей собственной сети. Как PC1 определяет МАС-адрес шлюза по умолчанию, маршрутизатор R1? PC1 проверяет свою ARP таблицу IP-адрес шлюза по умолчанию и связанные МАС-адреса. Что делать, если эта запись не существует в таблице ARP? ПК1 посылает запрос ARP и маршрутизатор R1 посылает обратно ответ ARP. Шаг 2: маршрутизатор R1 получает фрейм Ethernet 1. Маршрутизатор R1 проверяет MAC адрес назначения, который соответствует МАС-адрес принимающей интерфейс FastEthernet 0/0. R1 поэтому копирует кадр в свой буфер. 2. R1 видит, что поле Ethernet типа является 0x800, что означает, что кадр Ethernet содержит IP-пакетов в информационной части кадра. 3. R1 декапсулирует кадра Ethernet. 4. Поскольку IP-адреса назначения пакета не соответствуют ни одному из непосредственно подключенных сетей R1, то маршрутизатор консультируется со своей таблицей маршрутизации, чтобы направить этот пакет. R1 ищет в таблице маршрутизации для сетевого адреса и маски подсети, который будет включать в себя назначение IP этого пакета адрес в качестве адреса хоста в этой сети. В этом примере в таблице маршрутизации есть маршрут 192.168.4.0/24 сети. IP-адреса назначения пакета является 192.168.4.10, что IP-адрес хоста в этой сети. Маршрут R1 к 192.168.4.0/24 сеть имеет следующий IP-хоп-адрес 192.168.2.2 и выход интерфейса FastEthernet 0/1. Это означает, что IP-пакет будет заключена в новый кадр Ethernet с адресом назначения IP-МАС-адрес следующего узла маршрутизатора. Потому что выход на интерфейс сети Ethernet, R1 должен решить следующий IP-хоп адрес с MAC-адресом назначения. 5. R1 ищет следующего прыжка IP-адрес 192.168.2.2 в своем ARP кэше для FastEthernet 0/1 интерфейс. Если запись не находится в кэше ARP, R1 посылает запрос ARP свою FastEthernet 0/1 интерфейс. R2 посылает обратно ответ ARP. R1 затем обновляет ARP кэш записи для 192.168.2.2 и адреса соответствующему МАС.

Шаг 3: пакет прибывает на маршрутизатор R2 1. Маршрутизатор R2 рассматривает MAC-адрес получателя, который соответствует МАС-адрес принимающего интерфейса FastEthernet 0/0. R1 поэтому скопировать кадр в свой ​​буфер. 2. R2 видит, что поле Ethernet типа является 0x800, что означает, что кадр Ethernet содержит IP-пакет в информационной части кадра. 3. R2 декапсулирует кадр Ethernet. 4. Поскольку IP-адрес назначения пакета не соответствует ни одному из адресов R2 интерфейса, маршрутизатор консультируется со своей таблицей маршрутизации, чтобы направить этот пакет. R2 ищет в таблице маршрутизации для назначения пакета IP-адрес, используя тот же процесс, используемый R1. Таблица маршрутизации R2 имеет маршрут 192.168.4.0/24 маршрут следующего прыжка IP адрес 192.168.3.2 и выход Интерфейс последовательного 0/0/0. Поскольку выход интерфейс не сеть Ethernet, R2 не решить следующего прыжка IP-адрес с MAC-адресом назначения. Когда интерфейс точка-точка, последовательный порт, R2 инкапсулирует IP-пакет в соответствующий канал передачи данных формат кадра используется выход интерфейс (HDLC, PPP, и т.д.). В этом случае 2-го уровня инкапсуляции PPP, поэтому назначения канального адреса устанавливается в эфире. Помните, что нет MAC адреса на последовательных интерфейсах. 5.IP-пакет в настоящее время заключен в новой системе передачи данных, PPP, и разослал серийный 0/0/0 выход интерфейса.

6. IP-пакет в настоящее время заключен в новый кадр Ethernet и передается из R1 в FastEthernet 0/1 интерфейс.

Шаг 4: пакет прибывает в R3 1. R3 получает и копирует данные PPP кадра в свой буфер. 2. R3 декапсулирует передачу данных PPP кадра. 3. R3 ищет в таблице маршрутизации адреса назначения IP-пакета. Это означает, что пакет может быть отправлен непосредственно к приемнику и не должен быть отправлен на другой маршрутизатор. Поскольку выход интерфейс Ethernet напрямую связаны сети, R3 необходимо решить адрес назначения пакета с адресом назначения MAC. 4. R3 поиск назначения пакета IP-адрес 192.168.4.10 в кэше ARP. Если запись не находится в кэше ARP, R3 посылает запрос ARP на свой FastEthernet 0/0 интерфейса. PC2 посылает обратно ответ ARP с МАС-адресом. R3 обновляет ARP кэш записи для 192.168.4.10 и МАС-адрес, который был возвращен в ответ ARP. 5. IP-пакет инкапсулируется в новый канал передачи данных, Ethernet кадров и рассылается R3 на FastEthernet 0/0 интерфейса. Шаг 5: кадр Ethernet с инкапсулированных IP-пакет прибывает на PC2 1. PC2 рассматривает MAC-адрес получателя, который соответствует MAC-адресупринимающего интерфейса, его Ethernet NIC. PC2 поэтому копирует остальную часть кадра в свой буфер. 2. PC2 видит, что поле Ethernet типа является 0x800, что означает, что кадр Ethernet содержит IP-пакет в информационной части кадра. 3. PC2 декапсулирует кадр Ethernet и передает IP-пакет на IP процессе его операционной системы. Резюме Мы только что рассмотрели инкапсуляцию и декапсуляцию пакета как он передается от маршрутизатора к маршрутизатору, от исходного источника до конечного устройства назначения. Мы были также введены в таблицу маршрутизации процесса поиска, который будет обсуждаться более подробно в следующей главе. Мы видели, что маршрутизаторы не участвует только в 3-го уровня маршрутизации, они также участвуют в процессах 2-го уровня, включая герметизацию, а на Ethernet сетей, ARP. Маршрутизаторы также участвуют в Layer 1, который используется для передачи и приема битов данных в физической среде. Таблицы маршрутизации содержат как непосредственно подключенные сети , так и удаленные сети. Именно потому, что маршрутизаторы содержат адреса для удаленных сетей в своих таблицах маршрутизации, маршрутизаторы знают, куда посылать пакеты, предназначенные другой сети, включая Интернет. В следующих главах будет, как маршрутизаторы создают и поддерживают эти таблицы маршрутизации - либо с помощью введенных вручную статических маршрутов или за счет использования протоколов динамической маршрутизации.

Резюме Эта глава представила маршрутизатор. Маршрутизаторы как компьютеры включают многие из тех же аппаратных и программных компонентов, типичные для ПК, такие как центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ, а также операционной системы. Основная цель маршрутизатора –подключение нескольких сетей и пересылка пакетов из одной сети в другую. Это означает, что маршрутизатор, как правило, имеет несколько интерфейсов. Каждый интерфейс является членом или хостом на другой IP-сети. Маршрутизатор имеет таблицу маршрутизации, которая представляет собой список сетей, известных маршрутизатору. Таблица маршрутизации содержит сетевые адреса для собственных интерфейсов, которые непосредственно связаны сетями, а также сетевые адреса для удаленных сетей. Удаленную сеть представляет собой сеть, которая может быть достигнута только путем пересылки пакетов на другой маршрутизатор. Удаленные сети будут добавлены в таблицу маршрутизации двумя способами: либо администратор сети вручную настроит статические маршруты или за счет реализации динамического протокола маршрутизации. Статические маршруты не имеют много накладных расходов в виде динамических протоколов маршрутизации, однако, статические маршруты могут потребовать большего обслуживания, если топология постоянно меняется или неустойчива. Динамические протоколы маршрутизации автоматически адаптируются к изменениям без какого-либо вмешательства со стороны администратора сети. Протоколы динамической маршрутизации требуют больше ресурсов процессора обработки, а также используют определенное количество пропускной способности канала для обновления маршрутов и сообщений. Во многих случаях в таблице маршрутизации будут содержаться статические и динамические маршруты.