Методичка мдк 0202. Основные концепции и настройка коммутации. Основные концепции и настройка коммутации Концепции маршрутизации
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
С» рядом с маршрутом означает, что это сеть с прямым подключением. Когда интерфейс маршрутизатора настраивается с глобальным индивидуальным адресом и находится в активном состоянии (up/up), IPv6-префикс и длина префикса добавляются в таблицу IPv6-маршрутизации в качестве подключенного маршрута. Глобальный индивидуальный адрес IPv6, настраиваемый на интерфейсе, также заносится в таблицу маршрутизации в качестве локального маршрута. Локальный маршрут имеет префикс /128. Локальные маршруты используются таблицами маршрутизации для эффективной обработки пакетов с адресом интерфейса маршрутизатора в качестве назначения. Команда ping для IPv6 идентична команде, используемой для IPv4, за исключением того, что используется IPv6-адрес. Команда ping используется для проверки подключения уровня 3 между маршрутизатором R1 и компьютером PC1. Фильтрация выходных данных команды show. Команды, которые производят несколько экранов выходных данных, по умолчанию приостанавливаются после 24 строк. В конце приостановленных выходных данных отображается текст --More--. Для вывода следующей строки нажмите ВВОД, а для отображения набора строк нажмите ПРОБЕЛ. Для указания количества отображаемых строк используйте команду terminal length. Значение 0 (ноль) позволяет просмотреть выходные данные без приостановки в процессе вывода данных на экран. Удобство работы с интерфейсом командной строки также можно повысить с помощью фильтрации выходных данных команды show. Для отображения определенных разделов выходных данных можно использовать команды фильтрации. Чтобы включить фильтрацию, введите вертикальную черту (|) после команды show, а затем введите параметр и выражение фильтрации. К параметрам фильтрации, которые следует указывать после вертикальной черты, относятся: section — показать целый раздел, который начинается с заданного фильтра. include — включить все строки выходных данных, которые соответствуют заданному фильтру. exclude — исключить все строки выходных данных, которые соответствуют заданному фильтру. begin — показать все строки выходных данных от конкретного места, начиная с линии, которая соответствует заданному фильтру. Примечание. Фильтры выходных данных можно использовать в сочетании с любой командой show. Функция истории команд. Функция истории команд обеспечивает возможность временного хранения списка выполненных команд для последующего просмотра. Для вызова команды из буфера команд нажмите комбинацию клавиш Ctrl+P или клавишу СТРЕЛКА ВВЕРХ. Отображение команд начинается с последней выполненной команды. Повторяйте это сочетание клавиш для вызова каждой последующей, более старой команды. Для возврата к последним выполненным командам нажмите комбинацию клавиш Ctrl+N или клавишу СТРЕЛКА ВНИЗ. Повторяйте это сочетание клавиш для вызова каждой последующей, более новой команды. Функция истории команд включена по умолчанию; система записывает последние десять командных строк в своем буфере. Чтобы отобразить содержимое буфера, используйте команду привилегированного режима show history. На время текущего сеанса можно увеличить количество командных строк, записываемых в буфер. Для того чтобы увеличить или уменьшить размер буфера, используйте команду пользовательского режима terminal history size. Функция коммутации маршрутизатора Основная функция маршрутизатора — пересылка пакетов до места назначения. Для этого используется функция коммутации, т. е. процесс, применяемый маршрутизатором для приема пакета на одном интерфейсе и его пересылки из другого интерфейса. Основное назначение коммутации заключается в инкапсуляции пакетов в нужный тип кадра канала передачи данных для исходящего канала. Примечание. В настоящем контексте термин «коммутация» означает перемещение пакетов от источника до места назначения; его не следует путать с работой коммутатора 2-го уровня. После того, как маршрутизатор определил выходной интерфейс с помощью функции определения пути, маршрутизатор должен инкапсулировать пакет в кадр канала передачи данных выходного интерфейса. Какую операцию выполняет маршрутизатор с пакетом, полученным из одной сети и адресованным для другой? Маршрутизатор выполняет три основных шага: Шаг 1. Деинкапсулирует заголовок кадра на уровне 2 и концевую метку для обработки пакета на уровне 3. Шаг 2. Поиск оптимального пути в таблице маршрутизации в соответствии с IP-адресом места назначения. Шаг 3. Если маршрутизатор находит путь до места назначения, он инкапсулирует пакет 3-го уровня в новый кадр 2-го уровня и пересылает кадр из выходного интерфейса. Как показано на рисунке, устройства имеют IPv4-адреса 3-го уровня, в то время как интерфейсы Ethernet имеют адреса каналов передачи данных 2-го уровня. Например, на компьютере PC1 настроен IPv4-адрес 192.168.1.10 и пример MAC-адреса 0A-10. По мере прохождения пакета от устройства- источника до устройства назначения IP-адреса 3-го уровня не меняются. Это происходит, потому что PDU на 3 уровне не меняется. Однако адреса каналов передачи данных 2-го уровня меняются на каждом переходе, т. к. каждый маршрутизатор деинкапсулирует и повторно инкапсулирует пакет в новый кадр 2 уровня. Обычно для пакетов требуется выполнить инкапсуляцию в кадр 2 уровня, а не первого, где он был получен. Например, маршрутизатор может получить инкапсулированный кадр Ethernet на интерфейс FastEthernet, а затем обработать этот кадр, чтобы перенаправить на последовательный интерфейс. Обратите внимание, на рисунке порты между R2 и R3 не имеют связанные MAC-адреса. Это связано с тем, что используется последовательное соединение. MAC-адреса необходимы только в сетях с множественным доступом, таких как Ethernet. Последовательное подключение является подключением типа точка-точка и использует разные кадры 2 уровня, поэтому MAC-адрес не требуется. Например, когда на R2 с интерфейса Fa0/0 получены кадры Ethernet, которые адресованы для PC2, выполняется деинкапсуляция, а затем повторная инкапсуляция для последовательного интерфейса, то есть в инкапсулированный кадр протокола (PPP). Когда R3 получает кадр PPP, снова выполняется деинкапсуляция, а затем повторная инкапсуляция в кадр Ethernet с MAC-адресом назначения 0B-20, прежде чем перенаправлять этот кадр на интерфейс Fa0/0. Отправка пакета При отправке компьютером PC1 пакета компьютеру PC2 компьютер PC1 должен определить, находится ли IPv4-адрес назначения в той же сети. Компьютер PC1 определяет собственную подсеть, совершая операцию AND со своим собственным IPv4-адресом и маской подсети. В результате этой операции будет получен сетевой адрес, которому принадлежит компьютер PC1. Далее PC1 выполняет ту же операцию AND с IPv4-адресом назначения пакета и маской подсети компьютера PC1. Если сетевой адрес назначения находится в той же сети, что и PC1, то данный компьютер не использует шлюз по умолчанию. Вместо этого компьютер PC1 обращается к своему ARP-кэшу, чтобы найти MAC-адрес устройства с этим IPv4-адресом назначения. Если в ARP-кэше MAC-адрес не найден, PC1 создает ARP-запрос на получение адреса, чтобы успешно отправить пакет до места назначения. Если сетевой адрес назначения находится в другой сети, компьютер PC1 пересылает пакет на свой шлюз по умолчанию. Чтобы определить MAC-адрес шлюза по умолчанию, PC1 ищет в своей таблице ARP IPv4-адрес шлюза по умолчанию и соответствующий MAC- адрес. Если в таблице ARP нет записи для шлюза по умолчанию, PC1 отправляет ARP-запрос. Маршрутизатор R1 отправляет ARP-ответ. Затем PC1 может переслать пакет на MAC-адрес шлюза по умолчанию, интерфейс Fa0/0 маршрутизатора R1. Аналогичный процесс выполняется для IPv6-пакетов. Вместо протокола ARP разрешение адресов IPv6 использует ICMPv6-сообщения типа Neighbor Solicitation и Neighbor Advertisement (запрос и объявление о соседях). Сопоставления IPv6-адресов с MAC-адресами хранятся в схожей с ARP-кэшем таблице, которая называется Neighbor cache (кэш информации о соседях). Пересылка на следующий переход Когда маршрутизатор R1 получает кадр Ethernet от компьютера PC1, выполняются следующие операции: 1. Маршрутизатор R1 проверяет MAC-адрес места назначения, который соответствует MAC-адресу интерфейса-получателя FastEthernet 0/0. Таким образом, маршрутизатор R1 копирует кадр в свой буфер. 2. Маршрутизатор R1 определяет поле типа Ethernet в виде 0x800, и это означает, что кадр Ethernet содержит IPv4-пакет в части данных кадра. 3. Маршрутизатор R1 деинкапсулирует кадр Ethernet. 4. Поскольку IPv4-адрес места назначения пакета не соответствует ни одной из сетей с прямым подключением маршрутизатора R1, для отправки этого пакета R1 сверяется со своей таблицей маршрутизации. Маршрутизатор R1 ищет в таблице маршрутизации сетевой адрес, который добавит в эту сеть IPv4-адрес места назначения пакета в качестве узлового адреса. В данном примере таблица маршрутизации содержит путь для сети 192.168.4.0/24. IPv4- адрес места назначения пакета — 192.168.4.10. Это узловой IPv4-адрес в этой сети. Маршрут к сети 192.168.4.0/24, найденный маршрутизатором R1, содержит IPv4-адрес следующего перехода 192.168.2.2 и выходной интерфейс FastEthernet 0/1. Это означает, что пакет IPv4 инкапсулируется в новый кадр Ethernet с MAC-адресом места назначения IPv4-адреса маршрутизатора следующего перехода. Поскольку выходной интерфейс находится в сети Ethernet, маршрутизатор R1 должен преобразовать IPv4-адрес следующего перехода в MAC-адрес места назначения с помощью протокола ARP: 1. Маршрутизатор R1 ищет в своем ARP-кэше IPv4-адрес следующего перехода 192.168.2.2. Если в ARP-кэше записи нет, маршрутизатор R1 отправит ARP-запрос из своего интерфейса FastEthernet 0/1, а маршрутизатор R2 отправит ARP-ответ. Затем маршрутизатор R1 добавит в свой ARP-кэш запись для сети 192.168.2.2 и соответствующий MAC-адрес. 2. После этого IPv4-пакет инкапсулируется в новый кадр Ethernet и пересылается из интерфейса FastEthernet 0/1 маршрутизатора R1. Маршрутизация пакетов Когда маршрутизатор R2 получает кадр на своем интерфейсе Fa0/0, выполняются следующие операции: 1. Маршрутизатор R2 проверяет MAC-адрес назначения, который соответствует MAC-адресу принимающего интерфейса FastEthernet 0/0. Таким образом, маршрутизатор R2 копирует кадр в свой буфер. 2. Маршрутизатор R2 определяет поле типа Ethernet в виде 0x800, и это означает, что кадр Ethernet содержит IPv4-пакет в части данных кадра. 3. Маршрутизатор R2 деинкапсулирует кадр Ethernet. 4. Поскольку IPv4-адрес назначения пакета не соответствует ни одному из адресов интерфейса маршрутизатора R2, для отправки этого пакета маршрутизатор R2 сверяется со своей таблицей маршрутизации. Маршрутизатор R2 ищет в таблице маршрутизации IPv4-адрес места назначения пакета, используя тот же процесс, что и маршрутизатор R1. Таблица маршрутизации R2 содержит сеть 192.168.4.0/24 с IPv4-адресом следующего перехода 192.168.3.2, а также выходной интерфейс Serial 0/0/0. Поскольку выходной интерфейс не находится в сети Ethernet, маршрутизатор R2 не должен преобразовывать IPv4-адрес следующего перехода в MAC-адрес места назначения. 5. После этого пакет IPv4 инкапсулируется в новый кадр канала передачи данных и отправляется из последовательного выходного интерфейса 0/0/0. Если интерфейс представляет собой последовательное одноранговое соединение (p2p), маршрутизатор инкапсулирует пакет IPv4 в соответствующий формат кадра канального уровня, используемый выходным интерфейсом (HDLC, PPP и т. д.). Поскольку на последовательных интерфейсах нет MAC-адресов, маршрутизатор R2 устанавливает канальный адрес назначения равным широковещательному адресу. Достижение места назначения Когда маршрутизатор R3 получает кадр, выполняются следующие операции: 1. Маршрутизатор R3 копирует в свой буфер кадр канала передачи данных по протоколу PPP. 2. Маршрутизатор R3 деинкапсулирует кадр канала передачи данных PPP. 3. Маршрутизатор R3 ищет в таблице маршрутизации IPv4-адрес места назначения пакета. Таблица маршрутизации R3 содержит маршрут к сети с прямым подключением. Это означает, что пакет можно отправить непосредственно на устройство назначения без необходимости отправления на другой маршрутизатор. Поскольку выходной интерфейс относится к сети с прямым подключением, маршрутизатор R3 должен преобразовать IPv4-адрес назначения пакета в MAC-адрес места назначения: 1. Маршрутизатор R3 ищет IPv4-адрес назначения пакета в своем ARP-кэше. Если в ARP-кэше нет записи, маршрутизатор R3 посылает ARP-запрос через свой интерфейс FastEthernet 0/0. Компьютер PC2 отправляет ARP-ответ со своим MAC-адресом. Маршрутизатор R3 добавляет в свой ARP-кэш запись для сети 192.168.4.10 и MAC-адрес, полученный из ARP-ответа. 2. IPv4-пакет инкапсулируется в новый кадр Ethernet канала передачи данных и отправляется из интерфейса FastEthernet 0/0 маршрутизатора R3. 3. Когда компьютер PC2 получает кадр, он проверяет MAC-адрес места назначения, который соответствует MAC-адресу принимающего интерфейса, т. е. сетевой интерфейсной платы (NIC) Ethernet. Таким образом, компьютер PC2 копирует остаток кадра в свой буфер. 4. Компьютер PC2 определяет поле типа Ethernet в виде 0x800, и это означает, что кадр Ethernet содержит IPv4-пакет в части данных кадра. 5. Компьютер PC2 деинкапсулирует кадр Ethernet и передает пакет IPv4 в процесс IPv4 своей операционной системы. Решения маршрутизации Основная функция маршрутизатора заключается в определении оптимального пути для отправки пакетов. Для определения оптимального пути маршрутизатор ищет в своей таблице маршрутизации сетевой адрес, соответствующий IP-адресу места назначения пакета. Результаты поиска могут вывести один из трех видов путей: Сеть с прямым подключением — если IP-адрес назначения пакета принадлежит устройству в сети с прямым подключением к одному из интерфейсов маршрутизатора, то этот пакет пересылается напрямую в устройство назначения. Это означает, что IP-адрес назначения пакета — это узловой адрес в той же подсети, что и интерфейс маршрутизатора. Удаленная сеть — если IP-адрес назначения пакета принадлежит удаленной сети, пакет пересылается на другой маршрутизатор. Отправить пакет в удаленные сети можно только с помощью пересылки на другой маршрутизатор. Маршрут не определен — если IP-адрес назначения пакета не принадлежит подключенной или удаленной сети, маршрутизатору нужно определить, доступен ли «шлюз последней надежды». «Шлюз последней надежды» задается, когда на маршрутизаторе настроен или известен маршрут по умолчанию. Если есть маршрут по умолчанию, то пакет пересылается на «шлюз последней надежды». Если маршрутизатор не располагает маршрутом по умолчанию, то пакет отбрасывается. Логическая рабочая диаграмма на рисунке показывает процесс принятия решения о пересылке пакетов на маршрутизаторе. Оптимальный путь Определение оптимального пути подразумевает оценку нескольких путей в одну и ту же сеть назначения и выбор оптимального или кратчайшего пути для прохождения этого маршрута. Когда существует несколько путей до одной сети, каждый путь использует различный выходной интерфейс маршрутизатора для достижения сети. Протокол маршрутизации выбирает наилучший путь, исходя из значения или метрики, используемых для определения расстояния до сети. Метрика — это числовое значение, используемое для измерения расстояния до заданной сети. Наиболее оптимальным путем к сети является путь с наименьшей метрикой. Протоколы динамической маршрутизации обычно используют собственные правила и метрики для построения и обновления таблиц маршрутизации. Алгоритм маршрутизации генерирует значение (или метрику) для каждого пути через сеть. Метрики могут основываться на одной или нескольких характеристиках пути. Некоторые протоколы маршрутизации выбирают маршрут на основе нескольких метрик, объединяя их в одну метрику. Далее приведен список динамических протоколов и используемых ими метрик: Протокол RIP — количество переходов. Протокол OSPF («алгоритм кратчайшего пути») — метрика компании Cisco, основанная на суммарной полосе пропускания от источника до места назначения. Протокол EIGRP (усовершенствованный протокол внутренней маршрутизации между шлюзами, EIGRP) — пропускная способность, задержка, нагрузка и надежность. Балансировка нагрузки. Что происходит, когда в таблице маршрутизации содержатся два или более пути с идентичными показателями алгоритмов достижения одной и той же сети назначения? Если маршрутизатор располагает двумя или более путями к пункту назначения с метриками равной стоимости, он отправляет пакеты по обоим путям. Это называется распределением нагрузки в соответствии с равной стоимостью. Таблица маршрутизации содержит одну сеть назначения, но несколько выходных интерфейсов — по одному для каждого пути с равной стоимостью. Маршрутизатор пересылает пакеты через несколько выходных интерфейсов, указанных в таблице маршрутизации. При правильной конфигурации распределение нагрузки может повысить эффективность и производительность сети. Распределение нагрузки с равной стоимостью можно настроить на использование как динамических протоколов маршрутизации, так и статических маршрутов. Примечание. Только протокол EIGRP поддерживает распределение нагрузки с неравной стоимостью. Административное расстояние Маршрутизатор можно настроить, используя несколько протоколов маршрутизации и статических маршрутов. В этом случае таблица маршрутизации может содержать несколько источников маршрута для одной сети назначения. Например, если на маршрутизаторе настроены протоколы RIP и EIGRP, оба протокола маршрутизации могут получить одну и ту же сеть назначения. Однако, исходя из метрики протокола маршрутизации, каждый протокол маршрутизации может выбирать разные пути для достижения места назначения. Протокол RIP выбирает путь, исходя из количества переходов, а протокол EIGRP руководствуется сведениями о его составной метрике. Каким образом маршрутизатор решает, какой маршрут использовать? В операционной системе Cisco IOS для определения маршрута и занесения его в таблицу IP-маршрутизации применяется так называемое административное расстояние (AD). Административное расстояние представляет «надежность» маршрута; чем меньше его значение, тем более надежным является источник маршрута. Например, значение AD статического маршрута равно 1, а значение AD маршрута, рассчитанного по протоколу EIGRP, составляет 90. Имея два разных маршрута до одного и того же места назначения, маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшим значением AD. При условии выбора между статическим маршрутом и маршрутом, рассчитанным по EIGRP, выбирается статический маршрут. По аналогии, маршрут до сети с прямым подключением с AD, равным 0, «выигрывает» у статического маршрута с AD, равным 1. На рисунке приведены различные протоколы маршрутизации и соответствующие им значения AD. |