ROUTERY y y to węzły sieci operujące w warstwie trzeciej modelu OSI Są to urządzenia posiadające z reguły kilka interfejsów sieci LAN, porty przyłączeniowe do sieci WAN. Istotą działania routerów jest oprogramowanie sterujące ruchem pakietów przepływających poprzez router. Wykorzystywane zarówno w sieciach LAN (routery lokalne) jak i sieciach WAN (routery dostępowe) y lokalne separacja segmentów sieci LAN y dostępowe węzły sieci kierujące ruchem sieci WAN 1
Model warstwowy OSI Warstwa aplikacji AH Dane Warstwa prezentacji PH AH Dane Warstwa sesji Warstwa transportowa Warstwa sieci Warstwa łącza danych Warstwa fizyczna DH NH NH SH PH TH SH PH TH SH PH TH SH PH Bity danych AH AH AH AH Dane Dane Dane Dane Ramka Bridge DH, NH, TH, SH, PH, AH nagłówki poszczególnych warstw Odbiór ramki przez router A1 A2 A3 A4 A5 Sieć A (149.156.222.0) B4 B3 B2 B1 B5 Sieć B (149.156.121.0) Port E1 Port E0 łaczący dwie sieci LAN: Sieć A: 149.156.222.0 Sieć B: 149.156.121.0 Transmisja z A1 <-> B4 (...1 <->...4) Stos protokołu z A1 rozpoznaje, że adres B jest z innej sieci Wysyła dane z adresem docelowym portu E1 Ramka Ethernetowa trafia do routera odbiera ramkę i rozpakowuje ją Rozpoznaje adres docelowy sieci B Wysyła ramkę bezpośrednio do B4 nigdy nie otrzymuje ramek z adresem docelowym z tej samej sieci co adres źródłowy 2
Transmisje odległe Transmisja pomiędzy sieciami odległymi przebiega poprzez sieć routerów. Parametr hop count określa ilość urządzeń na trasie transmisji Architektura routingu ES end system (host) IS intermediate system (router) y wewnętrzne y brzegowe y zewnętrzne Level 1 routing ograniczony do jednego obszaru Level 2 routing routing w ramach jedenej domeny (systemu autonomicznego) Routing międzydomenowy komunikacja pomiędzy systemami autonomicznymi 3
y w sieciach LAN Domena rozgłoszniowa Domena kolizyjna może w pełni zastąpić most w warstwie drugiej Różnice: router operuje na ramkach warstwy 3 (IP) most 2 (Ethernet) router dekoduje ramkę Ethernet i analizuje jej pole danych router może pracować w sieciach WAN y w sieciach rozległych Funkcje fizyczne: zapewnienie połączenia pomiędzy wieloma sieciami lokalnymi bezpośrednio przyłączonymi i zdalnymi W tym celu należy skonfigurować każdy port (interfejs) routera numer portu w routerze, technologia transmisji, typ protokołów, szerokość pasma Funkcje logiczne: tworzenie logicznych połączeń z urządzeniami komunikacyjnymi wyznaczanie i obsługa tras bezpieczeństwo transmisji Po uruchomieniu portu router monitoruje wszystkie pakiety z danej sieci lokalnej, zbierając informacje o adresach IP hostów. Tworzy w ten sposób lokalną tablicę routingu wiążącą numer portu z adresami warstwy sieciowej, które mogą być przez niego obsłużone 4
10.0.0.1 20.0.0.1 Tablica routingu dla węzłą R2 Komputery w Trasa sieci 20.0.0.0 bezpośrednio 30.0.0.0 bezpośrednio 10.0.0.0 20.0.0.1 40.0.0.0 30.0.0.3 Sieć 1 10.0.0.0 R1 Sieć 4 40.0.0.0 R3 20.0.0.2 30.0.0.2 40.0.0.3 30.0.0.3 Sieć 2 20.0.0.0 R2 Sieć 3 30.0.0.0 Tablica routingu dla węzłą R1 Komputery w Trasa sieci 10.0.0.0 bezpośrednio 20.0.0.0 bezpośrednio 30.0.0.0??? R4 czy R5 40.0.0.0??? 5
Algorytm działania Pobierz z datagramu adres odbiorcy i na jego podstawie wyznacz: Adres IP odbiorcy - D Prefiks sieci docelowej - N Jeżeli N odpowiada adresowi którejś z bezpośrednio podłączonych sieci wyślij datagram bezpośrednio do adresata poprzez tę sieć W przeciwnym razie jeśli tablica tras zawiera trasę specyficzną dla adresu D, wyślij datagram do kolejnego routera W przeciwnym razie jeśli tablica tras zawiera trasę specyficzną dla podsieci N, wyślij datagram do kolejnego routera W przeciwnym razie jeśli tablica tras zawiera trasę domyślną to wyślij datagram do domyślnego routera podanego w tablicy W przeciwnym razie zgłoś błąd trasowania Wyznaczanie i obsługa tras y komunikują się ze sobą, wymieniając informacje o trasach za pośrednictwem protokołów routingu. Zbierają w ten sposób informacje dotyczące tras docelowych do sieci lub hostów. Protokoły routingu dokonują matematycznego porównania optymalności tras Monitorują w sposób ciągły sieci w celu wykrycia wszystkich zmian jej topologii. 6
Wyznaczanie i obsługa tras Kryteria oceny protokołów routingu: 1. Optymalność zdolność do wyboru najlepszej trasy 2. Sprawność badanie fizycznych zasobów routera oraz szerokości pasma wykorzystywanego przez protokół routingu 3. Stabilność działanie niezależne od stanu sieci 4. Zbieżność zdolność do szybkiego aktualizowania tablic tras 5. Skalowalność możliwość obsłużenia rozrastającej się sieci Routing w obrębie sieci A1 A2 A3 A4 Sieć A (149.156.222.0) B4 B3 B2 Sieć B (149.156.121.0) B1 C4 C3 C2 Sieć C (149.156.301.0) C1 Jeden protokół routingu Jedna architektura adresów Minimalna liczba punktów docelowych Znaczne zredukowanie obciążenia każdego z routerów Polepszenie działania sieci 7
Routing sieci dopasowanych A1 A2 A3 A4 Wymiania informacji pomiędzy routerami granicznymi Sieć A (149.156.222.0) B4 B3 B2 B1 Sieć B (149.156.121.0) Internet Zabezpieczenie granic (sieci różnych właścicieli) Jednolity protokół routingu (bądź akceptowalna metryka) C4 C3 C2 Sieć C (149.156.301.0) C1 Routing sieci niedopasowanych A1 A2 A3 A4 Sieć A (149.156.222.0) graniczny chroni zasoby swojej sieci Internet B4 B3 B2 Sieć B (149.156.121.0) B1 C4 C3 C2 Sieć C (149.156.301.0) C1 8
Routing pakietów -protokoły Protokoły routowalne Zawierają informacje identyfikujące nadawcę i adresata IP Apple Talk IPX Protokoły routujące Obsługują proces przesyłania pakietu pomiędzy urządzeniami sieciowymi Wybór odpowiedniej trasy dla pakietu Komunikacja między routerami wymiana informacji o trasach Mechanizmy protokołów routingu Routing statyczny Routing dynamiczny: distance-vector link-state hybrydowe 9
Routing statyczny Sieć A Pojedyncze łącze które nie wymaga uaktualnień routingu B Sieć szczątkowa Routing statyczny jest zarządzany w sposób ręczny, to znaczy konfigurowany przez administratora sieci. Jeśli topologia sieci ulegnie zmianie administrator sieci musi w sposób ręczny dokonać uaktualnienia poszczególnych pozycji tablic routingu. Routing dynamiczny Protokół routingu Protokół routingu Tablica routingu Tablica routingu Główne zadania obsługa tablic routingu dystrybucja uaktualnień tabel routingu do innych routerów. Routing dynamiczny korzysta z protokołów routingu w celu dzielenia się informacjami. Protokół routingu definiuje zbiór reguł, stosowanych przez router podczas komunikowania się z routerami sąsiadującymi. Protokół routingu opisuje: sposób wysyłania uaktualnień, jaka jest zawartość uaktualnień, kiedy wysłać uaktualnienia jak zlokalizować odbiorców uaktualnień. 10
Wyrażanie odległości za pomocą metryki Algorytmy routingu generują liczbę - zwaną metryką -odpowiadającą każdej ścieżce w sieci. Najczęściej im mniejsza metryka, tym lepsza jest ścieżka. Metryki mogą być wyznaczone w oparciu o pojedyncze charakterystyki ścieżki. Poprzez łączenie kilku charakterystyk można tworzyć bardziej złożone metryki. Najczęściej stosowane metryki obejmują: Liczbę skoków liczba routerów, przez które musi przejść pakiet w drodze do celu Pasmo - pojemność transmisyjna łącza Opóźnienie - czas potrzebny do przesiania pakietu z punktu źródłowego do miejsca przeznaczenia. Obciążenie - aktywność urządzeń w zasobach sieciowych Niezawodność - stopa błędu każdego łącza w sieci. Opóźnienie - opóźnienie łącza danych wyrażone w taktach zegara Koszt - dowolna wartość, wyznaczona w oparciu o pasmo, wydatki pieniężne lub inne miary, przyporządkowywana przez administratora sieci. Protokół distance-vector Decyzja o dalszej trasie pakietu zostaje podjęta w oparciu o liczbę skoków lub koszt związany z przesłaniem pakietu do miejsca przeznaczenia dostarczane poprzez wymianę informacji pomiędzy sąsiednimi routerami C sumuje koszty dotyczące portów sąsiednich routerów: dla portu nr 1: 10 (koszt portu nr 1)+17 (koszt sąsiedniego routera)=27 dla portu nr 2: 20 + 5 = 25 dla portu nr 3: 30 + 7 = 37 11
Cechy protokołu distance-vector WADY Uszkodzenie lub wszelka zmiana w sieci wymaga czasu potrzebnego routerom na aktualizację tablic Długi czas aktualizacji (słaba zbieżność) powoduje że nie jest on najlepszym rozwiązaniem dla złożonych sieci WAN Przydatność: łatwy w konfiguracji łatwy w użyciu zastosowania w małych sieciach Protokół Link-state Protokoły tego typu wymagają większej mocy przetwarzania, umożliwiają jednak większą kontrolę routingu i szybciej dostosowują się do zmian. Wybór trasy może być podyktowany chęcią ominięcia przeciążonych obszarów, szybkością łącza, kosztem użycia łącza lub też różnymi priorytetami. Trasy wyznaczane są w oparciu o algorytm Dijkstry, z uwzględnieniem: -liczby routerów pośredniczących w przekazywaniu pakietu do miejsca przeznaczenia (skoki); -szybkości transmisji linii łączących poszczególne sieci LAN; -opóźnień spowodowanych przeciążeniem sieci; -kosztu trasy określanego przez administratora; 12
Cechy protokołu Link - state WADY duża ilość informacji podlegających wymianie w pierwszym okresie gromadzenia informacji (znaczne obciążenie) sieci skomplikowane procedury obliczeniowe większe ilości pamięci wyższe koszty eksploatacji Przydatność: przydatny dla sieci o każdym rozmiarze szybka zbieżność dobry dla sieci o zmieniających się parametrach obciążenia łączy i wysoce skalowalnych Routing hybrydowy Protokół będący połączeniem routingu wektora odległości i routingu stanu łącza. Protokół zrównoważonego routingu hybrydowego stosuje wektor odległości dla wyznaczenia najlepszych ścieżek do punktu docelowego. Różni się od protokołów wektora odległości uaktualnieniem bazy danych Wyzwalanym przez zmiany topologii sieci Wybór ścieżki routingu w oparciu o wektory odległości Zrównoważony routing hybrydowy Szybka zbieznośc za pomocą uaktualnień bazujących na zmianach topologii sieci 13
Schemat ogólny RIP (Routing Information Protocol) Zasada działania: Wykorzystuje protokół routingu typu distance vector, okresowo wymieniając informacje z sąsiednimi routerami Wykorzystuje pojedynczą metrykę d-v do wyznaczania trasy liczba skoków (koszt) Automatyczne uaktualnianie tablic (co 30 sec) Usuwanie nieważnych tras (jeśli sąsiedni router opóźnia się z przekazaniem swojej tablicy kierunków o 180s) Wykorzystuje trasy domyślne Wady protokołu RIP: Niezdolność do obsługi ścieżek dłuższych niż 15 skoków Poleganie na stałych metrykach w wyznaczaniu tras Wolny proces zbieżności Brak obsługi dynamicznego zrównoważenia obciążenia Nie wykorzystuje masek podsieci 14
RIP2 Zasada działania - Nowe cechy: Obsługa podsieci Zmienna metryka decyzyjna Wady protokołu RIP2 Maksymalnie 15 skoków Statyczne metryki distance vector Brak alternatywnych tras Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) Cechy charakterystyczne Bazuje na technice distance-vector z metrykami O Liczba skoków o Rozmiar pakietu (MTU) o Przepustowość łącza o Opóźnienie o Obciążenie o Niezawodność Posługuje się serią metryk jako wyznacznikiem trasy Obsługuje routing wielościeżkowy Równoważy obciążenia łączy o równym koszcie Rozgłaszanie informacji o dostępności tras (wraz z parametrami łącz) Cykliczne co 90 sekund Po zmianie stanu sieci 15
Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) Cechy charakterystyczne Automatyczne dopasowanie metryk wcześniejszych Minimalne zużycie pasma gdy sieć jest stabilna Propaguje zmiany w tablicach routingu a nie całe tablice Niezależność od rutowanych protokołów Używany w sieciach do 50 routerów Wykorzystuje protokół RTP do transportu pakietów Open Shortests Path First - RFC 2322 dla IPv4 (1998r.) Każdy router pracujący z protokołem OSPF musi znać strukturę sieci, w której pracuje Wykonuje on dwa podstawowe zadania : - testowanie stanów sąsiednich routerów i własnych linii wyjściowych w celu potwierdzenia ich sprawności. Wymiana informacji między sąsiednimi routerami jest dokonywana z użyciem protokołu LSA ( hello ). - okresowe przesyłanie (rozgłaszanie) informacji o stanie połączeń sąsiednimi routerami do wszystkich routerów pracujących w sieci. Przeznaczony do sieci zawierających do 500 routerów w obszarze trasowania Każdy router wewnątrz sytemu autonomicznego do wyznaczania najkrótszych tras korzysta z tych samych danych i stosuje ten sam algorytm, co zapobiega to występowaniu pętli na trasach 16
Open Shortests Path First Hierarchiczna struktura sieci Centralny obszar zerowy Area0 Obszary podrzędne Wymiana tras pomiędzy obszarami zawsze poprzez Area0 (brak pętli) wewnątrz obszaru link state między obszarami distance vector (gotowe trasy - wymieniane przez routery brzegowe) Schemat ogólny 17
Switche TNETX4080 ThunderSWITCH II 8-PORT 10-/100-MBIT/S ETHERNET SWITCH Single-Chip 100-Mbit/s Device Table Memory for 1-K Addresses Supports IEEE Std 802.1Q Virtual-LAN (VLAN) Tagging Scheme Full-Duplex IEEE Std 802.3 Flow Control Half-Duplex Back-Pressure Flow Control EEPROM Interface for Autoconfiguration Provides Direct Input/Output (DIO) Interface for Configuration and Statistics Information Supports Spanning Tree Packaged in 352-Pin Ball Grid Array Package Przełączający router Single-chip, 24-port 10/100 and 4-port Gigabit Ethernet Layer 2/3/4 switch/router Hardware assistance for several Layer 2 and Layer 2/3/4 protocols such as STP, Multiple Spanning Trees (802.1s), Port-based Network Access Control (802.1x), GVRP, GMRP packets Enables the convergence of voice, video, and data traffic of Ethernet/IP networks Fully compliant with VLAN implementation standards based on ports, tags, and addresses Advanced multicast, broadcast, and filtering capabilities Protects from broadcast storms Enables high-performance intranet firewalls Intel IXE24242 18
19