The Power When You Need It Effect. Wstęp do routingu. Marek Moskal. Zespół doradczy d/s technologii szkieletowych. Warszawa, 11/10/2011

Transkrypt

1 The Power When You Need It Effect Wstęp do routingu Marek Moskal Zespół doradczy d/s technologii szkieletowych Warszawa, 11/10/2011 1

2 Zakres szkolenia Droga do sieci pakietowych telekomunikacja w telegraficznym skrócie Zadania urządzeń sieciowych kable, bridge, przełączniki, routery Podstawy routingu teoria wyszukiwania najlepszych tras RIP (Routing Information Protocol) implementacja 2

3 Droga do sieci pakietowych 3

4 Rozwój telekomunikacji Telekomunikacja? Dedykowane łącza (kable) Współdzielenie czasowe (TDM) Komutacja połączeń Komutacja pakietów...same fachowe nazwy 4

5 Współdzielone i dedykowane Niektóre technologie mają dedykowane zasoby kabel lub światłowód punkt-punkt dedykowana częstotliwość radiowa Wiele współdzieli zasoby radio i współdzielona częstotliwość światłowód i wiele długości fali (WDM) 5

6 Ethernet Oryginalnie technologia współdzielona jeden kabel - szyna - do której podłączeni (elektrycznie) są wszyscy kabel zastąpiony przez urządzenie (ang. hub) Obecnie dedykowana kable punkt-punkt dla każdego hub zastąpiony przez przełącznik, który łączy lecz i separuje ruch... poza odcinkiem dostępowym wciąż współdzielenie łącza 6

7 Komunikacja? 7

8 Skąd wiadomo kto do kogo? Sala pełna ludzi jeden mówi, wszyscy słyszą początek wypowiedzi (np. imię) pozwala zidentyfikować odbiorcę wzrok i słuch pozwalają zidentyfikować także nadawcę inni moga jednak podsłuchiwać! W sieciach konieczne jest adresowanie wypowiedzi adres nadawcy adres odbiorcy 8

9 Adresacja Adresacja warstwy drugiej (L2) na przykład Ethernet komu w tym pokoju przekazać ramkę z danymi Adresacja warstwy trzeciej (L3) na przykład IP lub IPv6 do którego pokoju przekazać pakiet z danymi Ramka (L2) vs pakiet (L3) 9

10 IPv6 = większa przestrzeń adresowa IPv4 = 32 bity IPv6 = 128 bitów IPv4 32 bity = 4,294,967,296 możliwych hostów IPv6 128 bitów: 4 razy więcej = 3.4 x możliwych hostów, albo... = 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 po 5 x adresów dla każdej osoby na planecie 10

11 Adresy IP, sieci Adres to ciąg bitów dla IPv4 tradycyjnie zapisywany z podziałem na cztery bajty po osiem bitów: A.B.C.D Adres IP jest dzielony na dwie części: adres sieci w której znajduje się stacja pierwsze X bitów adres stacji w sieci (ang. host address) ostatnie 32-X bitów dla IPv4 lub 128 X bitów dla IPv6 X to długość adresu sieci dawniej ustalona na 8, 16 lub 24 bity (1, 2 lub 3 bajty) obecnie dowolna (ang. classless routing) 11

12 Legenda W pakiecie IP (L3) Nagłówek IPv4 Nagłówek IPv6 Version IHL Type of Service Total Length Version Traffic Class Flow Label Identification Flags Fragment Offset Payload Length Next Header Hop Limit Time to Live Protocol Header Checksum Adres źródłowy (SA) 32 bity Adres docelowy (DA) 32 bity Adres źródłowy (128 bitów) Options Padding Nazwa utrzymana pomiędzy IPv4 a IPv6 Pole które znika w IPv6 Nazwa i pozycja zmieniona w IPv6 Nowe pole w IPv6 Adres docelowy (128 bitów) 12

13 W ramce Ethernet (L2) Nagłówek Ethernet Adres źródłowy MAC (48 bitów) Adres docelowy MAC (48 bitów) Typ ramki (16 bitów) Dane... 13

14 Hub, bridge, przełącznik Ethernet Hub kabel w pudełku Przełącznik (czyli bridge z więcej niż dwoma portami) pamięta kto na jakim porcie uczy się tego z adresów nadawców wysyła ruch na właściwy port według adresu docelowego jeżeli nie wie rozsyła do wszystkich zmienia przepustowości, np. 10 Mbit/s <> 100Mbit/s Tablica adresów Ethernet tablice to sedno wszelkich urządzeń sieciowych Prosta logika, realizowana sprzętowo 14

15 MAC: Z Przełączanie ruchu Ethernet Sprawdź adres docelowy Ethernet (MAC) X Zadecyduj do którego portu wysłać ramkę, by dotarła do celu Wyślij ramkę bez modyfikacji Przełącz na podstawie adresu L2 X Zignoruj adresy IP i inne L MAC: Y MAC: X 15

16 Sieć Sieć, czyli w dzisiejszym rozumieniu sieć lokalna dawniej (30-40 lat temu) nie było innych każda sieć sobie ruch wykracza jednak poza sieć lokalną Dwie sieci są połączone przez bramkę (ang. gateway) obecnie rolę bramki pełnią zwykle routery Catenet zbiór sieci (lokalnych) połączonych między sobą nazwa pochodzi z 1974 roku, ukuł ją Louis Pouzin 16

17 MAC: Z Przełączanie pakietów Sprawdź adres docelowy IP ( ) Sprawdź do którego portu i której bramki należy wysłać pakiet by dotarł do celu Zmień adres docelowy Ethernet na adres kolejnej bramki, lub celu Z Przełącz na podstawie adresu L3 X MAC: Y MAC: X 17

18 Przełącznik warstwy 3? Funkcjonalnie router Różnica w implementacji i dodatkowych funkcjach 18

19 Zadania urządzeń sieciowych 19

20 Zadania urządzeń sieciowych 1. Przesłać otrzymywany ruch do właściwego odbiorcy 2. Utrzymywać tablice danych pozwalające realizować punkt 1. *)...obecnie także setki innych funkcji, zgodnie z ideałem szwajcarskiego scyzoryka 20

21 A konkretnie te tabele... Przełącznik X.25 port/vc wejściowe -> port/vc wyjściowy Przełącznik Frame Relay port/dlci wejściowe -> port/dlci wyjściowe Przełącznik ATM port/vc wejściowe -> port/vc wyjściowe Przełącznik Ethernet adres MAC docelowy -> port wyjściowy Przełącznik MPLS port/etykieta wejściowa -> port/etykieta wyjściowa X.25/FR/ATM to tabele tworzone ręcznie lub przez system zarządzania Ethernet i MPLS to tabele tworzone dynamicznie przez samo urządzenie 21

22 ...i w routerze Adres docelowy IP -> port i bramka docelowa Port = którym z portów routera wysłać pakiet dalej Bramka = do którego kolejnego urządzenia zaadresować taki pakiet. Tabele tworzone dynamicznie, przy współpracy z innymi routerami w sieci plus duże możliwości ingerencji administratora 22

23 Tabele, tabele... Topologia sieci zależy od protokołu routingu Baza informacji routingowych (RIB) Routing Information Base Baza informacji do przełączania (FIB) Forwarding Information Base 23

24 Tablice topologii Jak są budowane? Protokoły wymieniają informacje o dostępności sieci Każdy protokół routingu buduje swoją bazę z odpowiednimi danymi Dostępność sieci /24 via x.x.x.x /24 via y.y.y.y... Baza topologii 24

25 Tablice routingu (RIB) Następnie najlepsza ścieżka jest wybierana i umieszczana w tablicy routingu (RIB, Routing Information Base) Silnie zależy to od protokołu i konfiguracji urządzenia RIB zawiera Zestaw sieci docelowych Adres kolejnej bramki (ang. next hop) dla każdej z nich Port którym należy do tej bramki wysłać ruch Dostępność sieci /24 via x.x.x.x /24 via y.y.y.y... Baza topologii /24 via x.x.x.x (RIP) /24 via y.y.y.y (EIGRP)... RIB 25

26 Tablice przełączania (FIB) Tablice przełączania tworzy się na podstawie tablic routingu i innych danych RIB służy ludziom i protokołom routingu FIB służy urządzeniu sieciowemu FIB zawiera Sieć docelową Adres MAC kolejnej bramki (by zastąpić nim poprzedni adres w ramce) Port którym należy wysłać ruch dalej Szereg innych informacji o przetwarzaniu ruchu Dostępność sieci /24 via x.x.x.x /24 via y.y.y.y... Baza topologii /24 via x.x.x.x /24 via y.y.y.y... RIB /24 via x.x.x.x L2 a:b:c:d /24 via y.y.y.y L2 e:f:g:h... FIB 26

27 Jak wygląda taka tablica? Codes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP router#show D - EIGRP, EX ip - route EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2... E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2 i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR P - periodic downloaded static route Gateway of last resort is not set C /24 is directly connected, Serial0/ /24 is subnetted, 2 subnets S [1/0] via C is directly connected, FastEthernet0/ /16 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks S /24 [1/0] via S /23 [1/0] via C /24 is directly connected, Serial0/1 S /16 is directly connected, Null0 27

28 Tablica na routerze Sieć + trasa router#show ip route... Sieć Gateway of last resort is not set Trasa C /24 is directly connected, Serial0/ /24 is subnetted, 2 subnets S [1/0] via C is directly connected, FastEthernet0/ /16 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks S /24 [1/0] via S /23 [1/0] via C /24 is directly connected, Serial0/1 S /16 is directly connected, Null0 28

29 Router w środku Porty (do odbierania i wysyłania pakietów) Pamięć (by przechowywać tabele i pakiety) Moduł zarządzający (buduje tabele) Moduł przełączający (na podstawie tabel) 29

30 A może pecet? Gigabit Ethernet to pakietów na sekundę 671 ns na przetworzenie jednego pakietu Czas dostępu do pamięci rzędu 60 ns Wystarczy na 10 operacji (sic!) dla każdego pakietu...sprawdza się, ale nie wszędzie 30

31 Przykład: router CRS-1 Projektowany przez ponad 4 lata 10 specjalizowanych układów scalonych specjalnie dla tego routera najbardziej złożone układy scalone na świecie może z wyjątkiem kart graficznych ;-) Moose Sea Squirt Sprayer Sponge Metro Sharq Reindeer QLink Bambi 31

32 Podstawa przełączania (1) Pakiet z portu jest kopiowany do pamięci buforowej Zamiana sygnału elektrycznego, rozpoznanie początku i końca pakietu lub ramki X

33 Podstawa przełączania (2) Klasyfikacja pakietu i decyzja co z nim dalej robić X Device driver Packet Type Table 33

34 Podstawa przełączania (3) Sprawdzenie w tablicy FIB dokąd wysłać pakiet zarówno adres L3 (IP) jak i L2 (Ethernet) Device driver X Packet Type Table Lookup Routing Table Find L3 next hop ARP Cache Find L2 next hop 34

35 Podstawa przełączania (4) Podmiana adresów MAC Wysłanie pakietu/ramki z bufora do portu Device driver X Packet Type Table Lookup Routing Table Find L3 next hop Rewrite ARP Cache Find L2 next hop Y

36 Szukanie najlepszej trasy 36

37 Inny przykład szukania trasy 37

38 Skąd wiadomo którą trasę wybrać? Którą trasę umieścić w tablicy, jeśli są dwie? /24 Koszt: 100 AD: 90 vs /25 Koszt: 30 AD: 115 Obydwie! sieci mają różną długość? Routing Table 38

39 Najdłuższa pasująca trasa Którą wykorzystamy do wysłania pakietu do ? /25 Ponieważ leży w zakresie /25 Zawsze wybiera się najdłuższy pasujący prefiks spośród wielu możliwych /24 Cost: 100 AD: 90 Routing Table /25 Cost: 30 AD: 115?

40 /24 Agregacja Routery nie przechowują tras do każdego komputera, tylko do sieci Dlatego prefiks /24 oznacza każdy adres od , aż do

41 / / /29 Agregacja (2) Tak samo jak adresy komputerów łączone są całe sieci /29 oraz /29 mogą być zagregowane jako /28 Z punktu widzenia urządzeń poza punktem agregacji wszystkie komputery są dostępne przez tą samą ścieżkę A

42 Podstawy routingu 42

43 Routing, czyli... Proste zadanie znaleźć najlepszą drogę przez sieć Skąd te informacje? Jakie konkretnie informacje? Jaki algorytm do ich przetwarzania? Jakie możliwości manipulacji parametrami? 43

44 Skąd informacje? Mogą być wskazane przez administratora metoda statyczna, nie pozwala wykorzystać w pełni dynamiki Mogą pochodzić od sąsiednich urządzeń wymiana z sąsiadami 44

45 Jakie informacje? Te, które pozwalają wytyczyć najlepsze trasy wg pewnych przyjętych kryteriów Typ i rodzaj informacji zależy od algorytmu wektor odległości (ang. Distance Vector) stan łączy (ang. Link State) 45

46 Przykład informacji dodatkowych Metryka, czyli sieciowa miara odległości A także na przykład liczniki czasu służące algorytmowi do określania co zrobić z trasą Metryka Czas ostatniej zmiany D EX /24 [170/ ] via , 00:58:45, Serial3/0 46

47 Wybór trasy Skąd wiadomo która trasa jest najlepsza? Nie wiadomo! Decyzja jest podejmowana na zasadzie ważności protokołów Parametr administrative distance) RIP /24 EIGRP / /25 Identyczne trasy EIGRP EIGRP internal = 90 RIP = 110 wybrana trasa EIGRP internal 47

48 Jaki algorytm? Istnieje wiele algorytmów Niektóre są (wystarczająco) proste nie zużywają zbyt wielu zasobów (pamięć, moc obliczeniowa) działają w większości sytuacji nadają się do niewielkich sieci (kilkanaście bramek) Niektóre mogą być arbitralnie trudne dziesiątki parametrów do sterowania ruchem nadają się do wielkich sieci wymagają dedykowanych zasobów do przeliczania danych 48

49 Podstawy Sieć składa się (ogólnie) z urządzeń końcowych (komputerów), które się chcą komunikować ze sobą, połączonych w sieci lokalne łączy między bramkami pozwalającymi łączyć wiele sieci lokalnych w większą sieć bramek pośredniczących w przekazywaniu danych między sieciami lokalnymi Odległa analogia ludzie w pomieszczeniach drzwi łączące pomieszczenia pośrednicy przekazujący wiadomości 49

50 Wektor odległości (1) D rozgłasza sieć /24 z odległością 10 A B C D /24 50

51 Wektor odległości (2) D rozgłasza sieć /24 z odległością 10 B i C rozgłaszają sieć /24 odległości zsumowane 15 A B C D /24 51

52 Wektor odległości (3) D rozgłasza sieć /24 z odległością 10 B i C rozgłaszają sieć /24 odległości zsumowane A określa całkowitą odległość jako sumę otrzymanej odległości oraz odległości do rozgłaszającego sąsiada Od B: == 35 Od V: == B C A D /

53 Wektor odległości (4) I teraz Sieć /24 jest osiągalna Najlepsza odległośc do /24 to 30 I co dalej? Wiemy także że najkrótszy dystans nie jest pętlą B C A D /24 53

54 Wektor odległości (5) Czy także trasa alternatywna, przez B, nie tworzy pętli? Algorytmy wektora odległości nie potrafią tego określić A B C D /24 54

55 Zapobieganie pętlom (1) D ogłasza /24 do B i C z odległością10 B ogłasza /24 do A z odległością 15 C ogłasza /24 do A z odległością 20 S0 A S B C 5 D /24 55

56 Zapobieganie pętlom (2) A ogłasza /24 do C z odległością 35 C ogłasza /24 do D z odległością 35 S0 A S B C 5 D /24 56

57 Zapobieganie pętlom (3) D traci połączenie do /24, ale D ma ścieżkę przez C z odległością 35 D ogłasza /24 do B z odległością 25 B ogłasza /24 do A z odległością 30 A ogłasza /24 do C z odległością 50 C ogłasza /24 do D z odległością 60 D ogłasza /24 do B z odległością 70 S0 5 A 10 S B C D /24 57

58 Zapobieganie pętlom (4) Mechanizm Split Horizon Nigdy nie ogłaszaj trasy do tego, od kogo ją otrzymałeś Tak więc C nigdy nie ogłosi /24 do D, dzięki czemu nie powstanie pętla Oczywiście są wyjątki ;-) S0 A S B C 5 D /24 58

59 Zapobieganie pętlom (5) Mechanizm Poison Reverse Podobny do poprzedniego, ale zamiast nie rozgłaszać trasy, jest ona rozgłaszana z metryką równą nieskończoności Dzięki temu trasa jest efektywnie usuwana z tablic S0 A S B C 5 D /24 59

60 RIP z bliska Routing Information Protocol 60

61 Protokół RIP (1) Wykorzystuje algorytm wektor odległości Działa w sposób opisany w poprzedniej sekcji Informacje o trasach rozsyłane co 30 sekund...plus minus ułamek...ale także natychmiastowo w razie zmiany topologii Trasy usuwane jeśli nie były otrzymane przez 180 sekund 61

62 Protokół RIP (2) Prosta metryka liczba łączy zaczyna się od 1, zwiększa o 1 maksymalna wartość to 15 (czyli małe sieci) wartość 16 to nieskończoność Wykorzystuj Split Horizon i Poison Reverse RIP nie posiada informacji o długości prefiksów domyślnie klasy adresowe A/B/C RIPv2 dodaje taką informację 62

63 Protokół RIP (3) komenda (1) wersja (1) zawsze zero (2) address family identifier (2) zawsze zero (2) sieć(4) zawsze zero (4) zawsze zero (4) metryka (4)

64 Protokół RIPv2 (1) Dodaje informację o długości prefiksu Wprowadza możliwość uwierzytelniania sąsiadów za pomocą hasła 64

65 Protokół RIPv2 (2) komenda(1) wersja (1) niewykorzystane Address Family Identifier (2) znacznik trasy (2) sieć (4) maska sieci (4) następna bramka (4) metryka (4)

66 Informacje o protokole RIP w IOS router# show ip protocols Routing Protocol is "rip" Sending updates every 30 seconds, next due in 8 seconds Invalid after 180 seconds, hold down 180, flushed after 240 Outgoing update filter list for all interfaces is Incoming update filter list for all interfaces is Redistributing: rip Default version control: send version 2, receive version 2 Interface Send Recv Triggered RIP Key-chain Ethernet2 2 2 Ethernet3 2 2 Ethernet4 2 2 Ethernet5 2 2 Automatic network summarization is not in effect Address Summarization: /16 for Ethernet2 66

67 Informacje o topologii RIP w IOS router# show ip rip database /8 auto-summary /24 directly connected, Ethernet /8 auto-summary /16 int-summary ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ /24 directly connected, Ethernet /24 directly connected, Ethernet /24 directly connected, Ethernet5 67

68 Konfiguracja RIP w IOS router rip version 2 timers basic redistribute connected network default-metric 10 no auto-summary interface ethernet1 ip address no ip split-horizon 68

69 Na zakończenie......pierwszej części 69

70 Podsumowując Podstawy routingu są jednakowe dla szeregu urządzeń i protokołów RIP jest najprostszym przykładem by poznać te podstawy zachęcam do przeczytania RFC 1058 (i 2453) W kolejnych sesjach: inna rodzina algorytmów routingu (Link State) inne protokoły routingu 70

71 71