Задачи маршрутизации

2.1.2. Таблицы маршрутизации
Цель маршрутизации – это выбор оптимального маршрута доставки данных из одной сети в другую.
Для обеспечения маршрутизации строятся специальные таблицы, которые называются таблицами маршрутизации.
На рисунке представлен пример таблицы маршрутизации маршрутизатора фирмы “Cisco”.
Давайте рассмотрим ее содержимое.
В верхней части, выделенная зеленым, находится справочная информация об источниках маршрутной информации (как запись о маршруте попала в таблицу).
Строка, выделенная желтым цветом, указывает на наличие маршрута по умолчанию.
Остальные строки указывают номера «известных» маршрутизатору сетей с определением способа получения маршрутной информации и параметрами маршрута.

2.1.3. Маршрутная информация
Информация о маршруте, которая находится в таблице маршрутизации, содержит следующие данные:
1. Источник получения маршрутной информации.
2. Номер (IP–адрес) сети назначения и префикс (маску) .
3. Параметры маршрута (метрика и административная дистанция).
Административная дистанция определяет степень доверия к источнику маршрутной информации.
Метрика определяет стоимость маршрута до сети назначения и формируется источником маршрутной информации.
Если один источник маршрутной информации получит несколько маршрутов до сети назначения, то в таблицу маршрутизации будет занесен маршрут с наименьшей метрикой.
Если до сети назначения будет получено несколько маршрутов от разных источников, то в таблицу маршрутизации будет занесен маршрут с наименьшим значением данного параметра.
4. IP–адрес интерфейса соседнего маршрутизатора по пути к сети назначения (next hop).
5. Время, прошедшее с момента обновления информации по данному маршруту.
6. Имя выходного интерфейса данного маршрутизатора для передачи пакета к сети назначения.

2.1.4. Источники маршрутной информации
Можно выделить три пути, по которым маршрутная информация попадает в таблицу:
В первую очередь, в таблицу маршрутизации заносятся записи о сетях, которые непосредственно подключены к интерфейсам маршрутизатора. Они определяются как «C» - connected (выделено зеленым). Указывается, что данная сеть является непосредственно подключенной (is directly connected).
Обратите внимание на то, что в этих маршрутах не указаны значения метрики и административной дистанции. Для маршрутов данного типа значения этих параметров равны нулю.
Второй путь – с помощью статической маршрутизации (выделено желтым).
Маршрутизатор узнает о маршруте, когда администратор настраивает маршрут вручную (статически). В этом случае при изменении топологии сети записи о маршрутах должны обновляться вручную.
Здесь так же не указаны значения метрики и административной дистанции. Для маршрутов данного типа значение метрики – «0», а административной дистанции (по умолчанию) – «1».
Третий путь – с помощью динамической маршрутизации (выделено голубым).
Маршрутизатор динамически изучает маршруты, после того как на нем настроен протокол маршрутизации. Протокол маршрутизации автоматически обновляет маршруты при получении информации о смене сетевой топологии. Маршрутизатор изучает и поддерживает маршруты к удаленным сетям, обмениваясь обновлениями маршрутной информации с другими маршрутизаторами в сети.

2.1.5. Формирование таблиц маршрутизации
Теперь рассмотрим, в каком порядке устанавливаются записи о маршрутах в таблице маршрутизации.
Все записи устанавливаются в порядке возрастания номера сети назначения.
При этом, если префикс (маска) номера сети соответствует классу сети, то такой маршрут записывается в таблицу без дополнений.
В нашем примере это маршруты в сети 10.0.0.0, 11.0.0.0 и 192.168.3.0.
Если префикс больше классовой маски сети, то в таблице создается дополнительная запись с классовой маской и указанием количества подсетей, которые «известны маршрутизатору» и принадлежат данному классу. Такую запись можно назвать родительский маршрут.
В нашем примере это 150.160.0.0/24 и 172.1.0.0/16.
Те маршруты, номера сетей которых являются подсетями для родительских, называются – наследники.
В префиксе родительского маршрута указывается значение префикса наследников (подсетей), если у всех наследников префиксы равны. Если у наследников префиксы разные, то родителю записывается классовый префикс. В нашем примере посмотрите на фрагмент, выделенный зеленым цветом.
Если до сети назначения известно несколько маршрутов с одинаковой метрикой, то они записываются друг за другом. В нашем примере посмотрите на фрагмент, выделенный желтым цветом.

2.1.6. Поиск маршрутов в таблице маршрутизации
Как же маршрутизатор выбирает маршрут из таблицы маршрутизации?
Когда на интерфейс маршрутизатора приходит информация, то он распаковывает ее до уровня пакета и извлекает адрес назначения.
После этого начинается побитное сравнение этого адреса с номерами сетей в таблице маршрутизации по порядку сверху вниз.
Как только находится строка, в которой номер сети полностью совпадает с адресом назначения в пределах, определяемых префиксом этой сети, то пакет будет передан на соответствующий выходной интерфейс.
Если нет ни одного совпадения, то при наличии маршрута по умолчанию, пакет будет передан на соответствующий выходной интерфейс. Если маршрут по умолчанию не настроен, то пакет будет уничтожен.

2.1.7. Оптимизация поиска маршрутов в таблице маршрутизации
На предыдущем слайде мы рассмотрели принцип обработки маршрутизатором таблицы маршрутизации.
Но что, если в таблице маршрутизации будет много записей? Это приведет к значительным задержкам при обработке таблицы маршрутизации.
Но тут срабатывает механизм «родитель-наследник».
Если произошло совпадение адреса назначения с номером сети в строке «родителе», то дальше выполняется проверка по строкам наследникам, и если совпадения не было ни с одним из «наследников», то пакет сразу передается на маршрут по умолчанию, если он есть. Если маршрута по умолчанию нет, то пакет будет отброшен.

2.2. Статическая маршрутизация.
2.2.1. Статические маршруты.
Статические маршруты обычно используются, когда необходимо обеспечить маршрут в сеть, достижимую только по одному маршруту.
Статические маршруты также используются для определения «маршрута по умолчанию» (default gateway) на граничном маршрутизаторе.
Так же статическая маршрутизация может использоваться для формирования транзитного маршрута через сеть в целях обеспечения безопасности в данной сети.
Статический маршрут настраивается для соединения с удаленными сетями непосредственно не подключенными к маршрутизатору. Для двухстороннего взаимодействия статический маршрут должен быть настроен в обоих направлениях

2.2.2. Настройка маршрутизаторов для работы в сети.

R1#config t
R1(config)#interface fa0/0
R1(config-if)#ip address 172.1.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#exit
R1(config)#interface serial 0/0/0
R1(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)#clock rate 64000
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#exit
R1(config)#interface serial 0/0/1
R1(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown
R1#show run
Building configuration...
!
version 12.4
!
hostname R1
!
interface FastEthernet0/0
ip address 172.1.1.1 255.255.255.0
!
interface Serial0/0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
clock rate 64000
!
interface Serial0/0/1
ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
…
end
R2#config t
R2(config)#interface fa0/0
R2(config-if)#ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface serial 0/0/0
R2(config-if)#ip address 192.168.3.1 255.255.255.0
R2(config-if)#clock rate 64000
R2(config-if)#no shutdown
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface serial 0/0/1
R2(config-if)#ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown
R2#show run
Building configuration...
!
version 12.4
!
hostname R2
!
interface FastEthernet0/0
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
!
interface Serial0/0/0
ip address 192.168.3.1 255.255.255.0
clock rate 64000
!
interface Serial0/0/1
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
…
end
Настроим маршрутизаторы в соответствии со схемой
Для просмотра настройки маршрутизаторов нажмите кнопки R1 R2 R3
R3#config t
R3(config)#interface fa0/0
R3(config-if)#ip address 11.1.1.1 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown
R3(config-if)#exit
R3(config)#interface serial 0/0/0
R3(config-if)#ip address 192.168.2.2 255.255.255.0
R3(config-if)#clock rate 64000
R3(config-if)#no shutdown
R3(config-if)#exit
R3(config)#interface serial 0/0/1
R3(config-if)#ip address 192.168.3.2 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown
R3#show run
Building configuration...
!
version 12.4
!
hostname R3
!
interface FastEthernet0/0
ip address 11.1.1.1 255.255.255.0
!
interface Serial0/0/0
ip address 192.168.2.2 255.255.255.0
clock rate 64000
!
interface Serial0/0/1
ip address 192.168.3.2 255.255.255.0
…
end

2.2.3. Начальное состояние таблиц маршрутизации.
Пока на маршрутизаторах не настроены маршруты, то таблице маршрутизации будут только те сети, которые непосредственно к ним подсоединены.
R1#show ip route
Codes: C - connected,…
…
172.1.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
C 172.1.1.0 is directly connected, FastEthernet0/0
C 192.168.1.0/24 is directly connected, Serial0/0/0
C 192.168.2.0/24 is directly connected, Serial0/0/1
R2#show ip route
Codes: C - connected,…
…
10.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
C 10.1.1.0 is directly connected, FastEthernet0/0
C 192.168.1.0/24 is directly connected, Serial0/0/1
C 192.168.3.0/24 is directly connected, Serial0/0/0
R3#show ip route
Codes: C - connected, …
…
11.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
C 11.1.1.0 is directly connected, FastEthernet0/0
C 192.168.2.0/24 is directly connected, Serial0/0/0
C 192.168.3.0/24 is directly connected, Serial0/0/1

2.2.4. Проверка связи с соседним маршрутизатором.
C маршрутизатора R1 выполним команду ping 192.168.1.2. Так как эта сеть непосредственно подсоединена к R1, то на ICMP echo request получены отклики ICMP echo replay.
R1#ping 192.168.1.2
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.1.2, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 32/33/36 ms
R1#

2.2.5. Проверка связи с удаленной сетью.
Теперь с WS1 выполним команду ping 10.1.1.1. Так как эта сеть непосредственно не подсоединена к R1, то на ICMP echo request отклики получены не были.
R1#ping 10.1.1.1
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 10.1.1.1, timeout is 2 seconds:
.....
Success rate is 0 percent (0/5)
R1#

2.2.6. Конфигурирование статического маршрута.
Для настройки статического маршрута необходимо ввести команду ip route в режиме глобальной конфигурации.
Router(config)#ip route network [mask] {address| interface} [distance] [permanent]
В поле {address| interface} указывается ip-адрес интерфейса соседнего маршрутизатора, на который надо передавать пакет для достижения сети назначения. Для ускорения процесса анализа таблиц маршрутизации предпочтительно использовать вместо адреса тип исходящего интерфейса текущего маршрутизатора. В соединении точка-точка проблем не возникает.
Одним из параметров статического маршрута является административная дистанция. Значением административной дистанции являются целые числа в диапазоне от 0 до 255. Маршрут с меньшим значением административной дистанции заслуживает большего доверия, чем с большим значением.

2.2.7. Статический маршрут с исходящим интерфейсом.
Если используется технология множественного доступа (Ethernet), то для передачи данных необходим физический адрес, который определяется с помощью протокола разрешения адреса (address resolution protocol – ARP) по ip-адресу.
В таком случае, необходимо использовать команду формирования статического маршрута следующего вида
Router(config)#ip route network [mask] interface address [distance] [permanent]

2.2.8. Демонстрационный пример конфигурирования статических маршрутов.
Настроим на маршрутизаторе R1 статические маршруты из сети 172.1.1.0 в сети 10.1.1.0 и 11.1.1.0 (маска 255.255.255.0). Так как маршрутизаторы соединены между собой по последовательным интерфейсам, то один маршрут настроим, используя ip-адрес следующего маршрутизатора (next hop), а другой с использованием имени исходящего интерфейса.
R1(config)#ip route 10.1.1.0 255.255.255.0 192.168.1.2
R1(config)#ip route 11.1.1.0 255.255.255.0 serial 0/0/1
R1(config)#^Z
R1#show ip route
Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP
D - EIGRP, EX - 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, E - EGP
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
10.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
S 10.1.1.0 [1/0] via 192.168.1.2
11.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
S 11.1.1.0 is directly connected, Serial0/0/1
172.1.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
C 172.1.1.0 is directly connected, FastEthernet0/0
C 192.168.1.0/24 is directly connected, Serial0/0/0
C 192.168.2.0/24 is directly connected, Serial0/0/1
R1#

2.2.9. Проверка связи с удаленной сетью после настройки R1.
Теперь с WS1 выполним команду ping на WS4 с ip-адресом 10.1.1.2.
C:\>ping 10.1.1.2
Обмен пакетами с 192.168.2.2 по 32 байт:
Превышен интервал ожидания для запроса.
Превышен интервал ожидания для запроса.
Превышен интервал ожидания для запроса.
Превышен интервал ожидания для запроса.
Статистика Ping для 10.1.1.2:
Пакетов: отправлено = 4, получено = 0, потеряно = 4 (100% потерь),
Ответ получен не был, так как на маршрутизаторе R2 не был прописан обратный маршрут с WS4 к WS1, и он не знал, на какой интерфейс отправлять пакеты для сети 172.1.1.0.
Для R1

2.2.10 Целостность маршрутной информации.
Теперь настоим на маршрутизаторе R2 маршрут в сеть 172.1.1.0:
R2(config)#ip route 172.1.1.0 255.255.255.0 serial 0/0/1
R2(config)#^Z
R2#show ip route
…
10.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
C 10.1.1.0 is directly connected, FastEthernet0/0
172.1.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
S 172.1.1.0 is directly connected, Serial0/0/1
C 192.168.1.0/24 is directly connected, Serial0/0/1
C 192.168.3.0/24 is directly connected, Serial0/0/0
R2#
После этого опять выполним команду ping с WS1 на WS4
C:\>ping 10.1.1.2
Обмен пакетами с 10.1.1.2 по 32 байт:
Ответ от 10.1.1.2: число байт=32 время=20мс TTL = 126
Ответ от 10.1.1.2: число байт=32 время=20мс TTL=126
Ответ от 10.1.1.2: число байт=32 время=20мс TTL=126
Ответ от 10.1.1.2: число байт=32 время=20мс TTL=126
Статистика Ping для 10.1.1.2:
Пакетов: отправлено = 4, получено = 4, потеряно = 0 (0% потерь),
Приблизительное время передачи и приема:
наименьшее = 20мс, наибольшее = 20мс, среднее = 20мс
C:\>
В результате был получен ответ. Теперь рабочие станции из сетей 172.1.1.0 и 10.1.1.0 могут обмениваться информацией.

2.3. Динамические дистанционно векторные протоколы маршрутизации.
2.3.1. Основные концепции дистанционно векторных протоколов.
При использовании дистанционно векторных протоколов маршрутизации, маршрутизаторы строят таблицы маршрутизации путем периодических обменов своими таблицами маршрутизации с соседями (соседними маршрутизаторами).
Соседние маршрутизаторы - это маршрутизаторы, интерфейсы которых физически находятся в одной сети. При этом наиболее часто используются широковещательные адреса.
Маршрутизаторы, на которых работают дистанционно векторные протоколы, отправляют периодические обновления, даже если не было изменения топологии сети.
После получения таблицы маршрутизации от соседа, маршрутизатор проверяет все известные маршруты и делает изменения в собственной таблице маршрутизации, основываясь на информации в обновлении.
Маршрутизаторы добавляют непосредственно подключенные сети в свои таблицы маршрутизации даже без включения протокола маршрутизации.
В обновление маршрутной информации включается как о непосредственно подсоединенных сетях, так и информацию о сетях полученную, от других маршрутизаторов. Поэтому каждый маршрутизатор знает обо всех сетях даже, если он связан с ними не непосредственно, а через другие маршрутизаторы.

2.3.2. Метрики, используемые дистанционно векторными протоколами маршрутизации.
Маршрутная информация включает номер сети и метрику. Если маршрутизатор имеет информацию о нескольких маршрутах в одну сеть, то он выбирает маршрут с наименьшей метрикой.
Для каждой сети маршрутизатор устанавливает интерфейс того маршрутизатора, с которого он получил информацию об этой сети.
• Счетчик хопов (hop count): число раз, которое пакет проходит через исходящий порт маршрутизаторов до сети назначения.
• Полоса пропускания (bandwidth - BW): скорость передачи данных по сегменту сети. Например, Еthernet предпочтительнее, чем 64-kbps выделенная линия.
• Задержка (delay): время, необходимое для перемещения пакета от источника к приемнику.
• Загрузка (load): объем загруженности сетевого ресурса, например, маршрутизатора или соединения на пути от источника к приемнику.
• Надежность (reliability): оценка количества ошибок на каждом сегменте сети на пути от источника к приемнику.
• Махimum Transmission Unit (МTU): Максимальный размер сообщения в октетах, который возможен на всех соединениях на пути от источника к приемнику.

2.3.5. Нарушение целостности маршрутизации в дистанционно векторных протоколах маршрутизации
При работе дистанционно векторных протоколов маршрутизации может возникать нарушение целостности маршрутизации, когда из-за низкой скорости сходимости этих протоколов появляются некорректные записи о маршрутах.
До отказа какой либо сети все маршрутизаторы находились в состоянии конвергенции (на всех маршрутизаторах была полная и достоверная информация о всех сетях).
Затем произошел отказ сети 172.1.1.0.
Маршрутизатор R1 был непосредственно подключен к сети 172.1.1.0 с метрикой 0 и исключил из таблицы маршрутизации маршрут через fa0/0. Для маршрутизаторов R2 и R3 путь к сети 172.1.1.0 лежит через маршрутизатор R1 с числом хопов равным 1.
Но маршрутизаторы R2 и R3 еще не получили информации об отказе, и R2 рассылает периодическое обновление. R1 обнаруживает, что сеть 172.1.1.0 достижима через R2 с метрикой 2 и заносит эту запись в свою таблицу маршрутизации. Затем R1 отправляет обновление, в котором указывает, что сеть 172.1.1.0 достижима с метрикой 2. Маршрутизаторы R2 и R3 изменяют записи в своих таблицах маршрутизации о сети 172.1.1.0. Когда приходит время посылки обновления маршрутизатором R3, то он передает информацию о достижимости сети 172.1.1.0 с метрикой 3 для R1 и R2. Таким образом, обновления таблиц маршрутизации будут продолжаться, и счетчик хопов будет расти (счет до бесконечности). Пакеты, предназначенные для сети 172.1.1.0, никогда не достигнут пункта назначения. Они будут перемещаться между маршрутизаторами (петля маршрутизации).

2.3.13. Механизмы удаления петель маршрутизации. Счетчик ожидания сходимости.
Счетчик ожидания сходимости (Hold-Down Timer) предотвращают использование информации из регулярного обновления, которая может содержать неверные данные относительно недоступного маршрута и запрещает маршрутизаторам выполнять изменения относительно маршрутов некоторый период времени.
Счетчики ожидания сходимости работают следующим образом:
• Когда маршрутизатор получает обновление от соседа, которое указывает, что ранее доступная сеть больше недоступна, то он помечает этот маршрут как “возможно недоступный” и запускает счетчик ожидания сходимости.
• В период работы счетчика ожидания сходимости, маршруты показываются в таблице маршрутизации как “возможно недоступные”. Маршрутизатор, тем не менее, будет пытаться отправлять пакеты в такие сети (возможно сеть имеет проблемы с соединением к маршрутизатору и то работает, то нет).
• Если, в любой момент до истечения срока действия счетчика, получено обновление от другого соседа с той же или худшей метрикой, обновление игнорируется. Игнорирование обновлений с такой же или худшей метрикой в процессе работы счетчика ожидания сходимости дает время, необходимое для того, чтобы информация об изменении топологии распространилась по всей сети.
• Если, в любой момент до истечения срока действия счетчика, приходит обновление от соседнего маршрутизатора с лучшей метрикой, чем в исходной записи для этой сети в таблице маршрутизации, то счетчик останавливается и маршрутизатор помечает сеть как “доступную”.