3.2. Краткие теоретические сведения
Маршрутизатор (раутер, роутер, рутер) - специализированный сетевой компьютер, имеющий два или более сетевых интерфейсов и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором.
Внешний вид маршрутизатора представлен на рис.2.1.
Рис. 3.1. Схематичное изображение маршрутизатора
Модели OSI TCP/IP
Структура семиуровневой сетевая модель OSI представлена на рис. 1.3.
Инкапсуляция в компьютерных сетях - это метод построения модульных сетевых протоколов, при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путём включения или инкапсулирования этих механизмов в более высокоуровневые объекты.
Инкапсуляция - упаковка пакетов (возможно, разного протокола) в пакеты одного протокола, включая адрес. Деинкапсуляция – обратный процесс.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС, англ. LAN) – компьютерная сеть предприятия (домашняя, офисная и др.), все хосты которой объединены территориальным признаком. Однако, бывают и разнесенные локальные сети. В этом случае основными признаками такой сети будут единая структура адресации, принадлежность одному владельцу, единая доверенная зона.
В общем случае, локальная сеть – это сеть, до всех хостов которой можно добраться, не используя сеть Интернет.
Компоненты, составляющие локальную сеть:
хосты (конечные устройства);
хабы;
мосты;
маршрутизаторы;
точки доступа (wi-fi).
По мере роста сетей появилась необходимость маршрутизации пакетов, то есть передачи данных на большие расстояния между разными сетями, разделёнными физически. В этом случае не подходит использование MAC-адресов из-за невозможности их объединения по группам (в одной сети могут использоваться разные устройства). Для решения этой проблемы был создан протокол IPv4. Его суть заключается в использовании IP-адресов – логических адресов устройств, которые можно было бы использовать поверх физических адресов и объединять в подсети, не опираясь на физические параметры локации, в которой находится сегмент сети.
Адрес формата IPv4 состоит из 4-х октетов, записывающихся через точку, каждый из которых (кроме самого первого) может принимать значения от 0 до 255 (первый октет принимает значения от 1 до 255). Также существуют двоичные типы записи, восьми- и шестнадцатиричные. Адрес имеет формат типа 192.168.0.1. Изначально планировалось, что каждый хост во Всемирной Сети будет иметь свой уникальный адрес, т.к. количество доступных адресов при такой схеме = 4 294 967 296 (232).
Адреса вводились для упрощения задачи раутинга и предполагали использование маски подсети (логически выделенного сегмента сети).
Маска подсети – это битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса указывает на адрес сети, а какая – на определённый узел сети.
В сущности, проводя аналогии и обычными городскими адресами, одна часть маски указывает на улицу, а вторая – на дом.
Использование масок необходимо для решения проблемы глобальной маршрутизации, т.к. при их отсутствии магистральным маршрутизаторам пришлось бы хранить все 4 294 967 296 адресов, что серьезно сокращало бы ресурсы, необходимые для непосредственно раутинга трафика.
Вместо этого магистральные маршрутизаторы запоминают т.н. «дорогу» только до сети, оставляя локальную маршрутизацию раутерам, младшим по иерархии. Список подсетей, а также формы их записи представлены в лабораторной работе №2 (табл.1).
Общий вид и расположение органов управления и индикации режимов работы маршрутизатора типа Cisco 2900 представлены на рис. 2.1.
Принцип работы маршрутизатора.
Маршрутизатор использует таблицу маршрутизации для пересылки пакета данных вплоть до пункта назначения.
Таблица маршрутизации (Routing Table) – это набор записей, содержащий варианты достижения той или иной подсети при помощи известного пути. Содержание Routing Table на оборудовании Cisco показано на рис.3.1.
Обычно, таблица маршрутизации содержит в себе:
обозначение протокола, по которому был получен маршрут (R, C, S);
сеть, до которой известен путь с указанием маски (172.16.0.0/16);
адрес следующего хопа (устройства, через которое пойдет трафик для достижения указанной сети назначения – via 209.165.200.1);
интерфейс (физический порт), через который будет отправлен трафик (Serial1/0);
административное расстояние (Administrative distance, цена марщрута) и метрика (120/1).
В таблицу маршрутизации заносятся лишь оптимальные маршруты, выбранные маршрутизатором для пересылки пакетов. Выбор происходит по двум параметрам: метрика и административное расстояние.
Рис.3.1. Содержание Routing Table сетевого
маршрутизатора Cisco
Административное расстояние является доминирующим параметром, так как имеет разное значение в зависимости от используемого протокола. Так, например, сети, известные при помощи статического маршрута, имеют административное расстояние 1. Меньше только у напрямую (физически) подсоединённых сетей (0). Протоколы динамической маршрутизации имеют административное расстояние 90, 120 и так далее. Чем меньше административное расстояние, тем лучшим считается маршрут.
Bonus: административное расстояние в статичных маршрутах можно менять вручную.
В случае, если административное расстояние совпадает у двух маршрутов, в дело вступает метрика. Метрика - это величина, определяющая выбор оптимального маршрута в пределах одного протокола маршрутизации. В простейшем случае (при работе со статической маршрутизацией) метрика задаётся вручную и её принцип совпадает с принципом работы административного расстояния. В случаях применения протоколом динамической маршрутизации метрика – сложный параметр, зависящий от самого протокола.
Статическая маршрутизация имеет свои преимущества, но и не лишена недостатков.
Преимущества статической маршрутизации:
минимальные затраты процессора и памяти;
отсутствие нагрузки на линию связи на обновления между маршрутизаторами;
детальный контроль маршрутизации трафика.
Недостатки статической маршрутизации:
настройки изменяются только вручную;
нет динамической отказоустойчивости если какой-либо канал связи перестанет работать;
не практично для больших сетей.
Конфигурация статической маршрутизации:
Router(config)#ip route [сеть назначения ] [маска сети назначения ] [адрес следующего перехода / интерфейс через который должен выходить трафик].
Базовая конфигурация статической маршрутизации на маршрутизаторах:
- конфигурация на RouterА для маршрута к сети 10.0.1.0 /24 через адрес следующего перехода:
RouterA(config)#ip route 10.0.1.0 255.255.255.0 192.168.0.2
- конфигурация на RouterВ для маршрута к сети 10.0.0.0 /24 через адрес следующего перехода:
RouterВ(config)#ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 192.168.0.1
Рис. 3.2. Схема конфигурации статической маршрутизации.
Маршрут по умолчанию (Default route or Gateway of the last resort)
Обычно, если на маршрутизаторе отсутствует маршрут к сети назначения, то маршрутизатор сбрасывает весь трафик предназначенный для этой сети. Чтобы этого не произошло, используется маршрут по умолчанию, который позволят передавать трафик даже если в таблице маршрутизации отсутствует маршрут к сети назначения.
Маршрут по умолчанию записывается с использованием нулей во всех октетах в адресе сети назначения и маске подсети. Такой маршрут необходим для того чтобы обеспечить возможность передать трафик до сети назначения маршрут к которой не известен.
Обычно маршрут по умолчанию настраивается по направлению к провайдеру, так как на его маршрутизаторах имеется больше маршрутов к разным сетям , на нем так же так же настраивается маршрут по умолчанию, на случай, если не будет найден соответствующий маршрут.
Конфигурация маршрута по умолчанию:
Router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 [ адрес следующего перехода / интерфейс выхода ]