Vše o směrovačích: typy směrovačů, směrovací tabulka a směrování IP

Role a význam směrovačů v systému počítačových sítí:

náš předchozí tutoriál v této sérii školení o celé síti nám podrobně vysvětlil přepínače Layer 2 a Layer 3. V tomto tutoriálu se podrobně seznámíme s routery.

směrovače jsou široce používány všude v našem každodenním životě, protože spojují různé sítě dohromady rozložené na velké vzdálenosti.

vzhledem k tomu, že název je samovysvětlující, routery získávají svou nomenklaturu z práce, kterou vykonávají, což znamená, že směrují datové pakety ze zdrojového konce na cílový konec pomocí nějakého směrovacího algoritmu v systémech počítačových sítí.

co jsou směrovače?

Pokud u měl telekomunikační společnost, která má jednu pobočku v Bangalore a další v Hyderabad, pak navázat spojení mezi nimi používáme směrovače na obou koncích, které byly připojeny přes optický kabel přes vysokou šířku pásma STM odkazy nebo DS3 odkazy.

podle tohoto scénáře bude přenos ve formě dat, hlasu nebo videa proudit z obou konců mezi nimi bez zásahu jakéhokoli třetího nežádoucího provozu. Tento proces je nákladově efektivní a časově efektivní.

podobně tento router také hraje klíčovou roli při vytváření spojení mezi testery softwaru, což dále prozkoumáme v tutoriálu.

níže je schéma routerové sítě, kde dva směrovače, jmenovitě R1 a R2, spojují tři různé sítě.

V tomto tutoriálu budeme studovat různé aspekty, funkce a aplikace směrovačů.

typy směrovačů

v zásadě existují dva typy směrovačů:

hardwarové směrovače: Jedná se o hardware s výraznou vestavěnou softwarovou kompetencí poskytovanou výrobci. Používají své směrovací schopnosti k provádění směrování. Mají některé další speciální funkce také kromě základní funkce směrování.

Cisco 2900 router, ZTE zxt1200, zxt600 routery jsou příkladem běžně používaných hardwarových směrovačů.

softwarové směrovače: fungují stejným způsobem jako hardwarové směrovače, ale nemají žádnou samostatnou hardwarovou krabici. Možná je to server window, Netware nebo Linux. Všichni mají vestavěné směrovací schopnosti.

přestože se softwarové směrovače obecně používají jako brány a brány firewall ve velkých počítačových sítích, oba typy směrovačů mají své vlastní vlastnosti a význam.

softwarové směrovače mají omezený port pro připojení WAN a další port nebo karta podporují připojení LAN, proto nemohou nahradit hardwarové směrovače.

vzhledem k vestavěným funkcím směrování budou všechny karty a porty provádět směrování WAN a další také v závislosti na jeho konfiguraci a kapacitě.

vlastnosti směrovačů

• pracuje na síťové vrstvě referenčního modelu OSI a komunikuje se sousedními zařízeními o konceptu adresování IP a podsítí.
• hlavními součástmi směrovačů jsou centrální procesorová jednotka (CPU), flash paměť, energeticky nezávislá RAM, RAM, karta síťového rozhraní a konzola.
• směrovače mají jiný druh více portů, jako je port fast-Ethernet, gigabit a Port STM link. Všechny porty podporují vysokorychlostní připojení k síti.
• v závislosti na typu portu potřebného v síti je uživatel může odpovídajícím způsobem nakonfigurovat.
• směrovače provádějí proces zapouzdření a dekapsulace dat, aby odfiltrovaly nežádoucí rušení.
• směrovače mají vestavěnou inteligenci pro směrování provozu ve velkém síťovém systému tím, že zpracovávají sub-sítě jako neporušenou síť. Mají schopnost analyzovat typ dalšího spojení a hop s ním spojený, což z nich dělá lepší než ostatní zařízení layer-3, jako jsou spínače a mosty.
• směrovače vždy pracují v režimu master a slave, což poskytuje redundanci. Oba směrovače budou mít stejné konfigurace na úrovni softwaru a hardwaru, pokud master selže, pak slave bude fungovat jako Master a bude plnit celé své úkoly. Tím se uloží úplné selhání sítě.

směrování IP

jedná se o postup přenosu paketů z koncového zařízení jedné sítě do vzdáleného koncového zařízení jiné sítě. Toho je dosaženo směrovači.

směrovače zkontrolují cílovou IP adresu a adresu next-hop a podle výsledků předají datový paket do cíle.

směrovací tabulky se používají ke zjištění dalších hop adres a cílových adres.

Výchozí brána: výchozí brána není nic jiného než samotný router. Je nasazen v síti, kde hostitel koncového zařízení nemá další vstup trasy nějaké explicitní cílové sítě a není schopen rozeznat způsob, jak do této sítě dorazit.

proto jsou hostitelská zařízení nakonfigurována tak, aby datové pakety, které jsou směrovány do vzdálené sítě, byly předurčeny nejprve k výchozí bráně.

poté výchozí brána poskytne trasu směrem k cílové síti ke zdrojovému koncovému hostitelskému zařízení.

směrovací tabulka

směrovače mají vnitřní paměť nazývanou jako RAM. Všechny informace, které směrovací tabulka shromažďuje, budou uloženy v paměti RAM směrovačů. Směrovací tabulka identifikuje cestu pro paket učením IP adresy a dalších souvisejících informací z tabulky a předáním paketu do požadovaného cíle nebo sítě.

níže jsou uvedeny entity obsažené ve směrovací tabulce:

1. IP adresy a maska podsítě cílového hostitele a sítě
2. IP adresy všech směrovačů, které jsou potřebné k dosažení cílové sítě.
3. informace o extrovertním rozhraní

existují tři různé postupy pro vyplnění směrovací tabulky:

• přímo připojené podsítě
• statické směrování
• Dynamické směrování

připojené trasy: v ideálním režimu zůstanou všechna rozhraní směrovačů ve stavu „dolů“. Takže rozhraní, na kterých uživatel bude implementovat libovolnou konfiguraci, nejprve změní stav z „dolů“ na „nahoru“. Dalším krokem konfigurace bude přiřazení IP adres všem rozhraním.

Nyní bude router dostatečně chytrý, aby směroval datové pakety do cílové sítě prostřednictvím přímo připojených aktivních rozhraní. Podsítě jsou také přidány do směrovací tabulky.

statické směrování: pomocí statického směrování může směrovač shromáždit trasu do vzdálené sítě, která není fyzicky nebo přímo připojena k jednomu ze svých rozhraní.

směrování se provádí ručně při spuštění konkrétního příkazu, který je globálně používán.

příkaz je následující:

IP route destination_network _IP subnet_mask_ IP next_hop_IP_address.

obvykle se používá v malých sítích pouze jako potřeba spousty ruční konfigurace a celý proces je velmi zdlouhavý.

příkladem je následující:

Router 1 je fyzicky spojen s routerem 2 na rozhraní Fast Ethernet. Router 2 je také přímo připojen k podsíti 10.0.2.0 / 24. Vzhledem k tomu, podsíť není fyzicky připojen k routeru 1, Proto to není rozeznat způsob, jak směrovat paket do cílové podsítě.

nyní ji musíme nakonfigurovat ručně, což je následující:

• přejděte na příkazový řádek routeru 1.
• zadejte zobrazit trasu IP, směrovací tabulka má níže uvedený typ konfigurace.

Router # show ip route

C 192.164.0.0/24 je přímo připojen, FastEthernet0 / 0, C znamená connected.

• nyní používáme příkaz statické trasy pro konfiguraci, takže Router 1 může být schopen dorazit do podsítě 10.0.0.0 / 24.

Router # conf t

Router (config) # ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 192.164.0.2

Router (config) # exit

Router # show ip route

10.0.0.0/24 je subnetted, 1 podsítě

s 10.0.0.0 přes 192.164.0.2

C 192.164.0.0 / 24 je přímo připojen, FastEthernet0 / 0

S je zkratka pro static.

Poznámka: Příkazový řádek routeru má také mnoho dalších informací, ale vysvětlil jsem zde pouze ten příkaz a informace, které jsou relevantní pro dané téma.

Dynamické směrování: tento typ směrování pracuje s alespoň jedním typem směrovacího protokolu. Směrovací protokol je praktikován směrovači, aby mezi nimi mohli sdílet směrovací informace. Tímto procesem se každý ze směrovačů v síti může naučit tyto informace a nasadit je při vytváření vlastních směrovacích tabulek.

Routing protocol funguje tak, že pokud dojde k propojení, na kterém byla směrována data, dynamicky změní jejich cestu pro směrovací paket, což je činí odolnými vůči poruchám.

Dynamické směrování také nepotřebuje žádnou ruční konfiguraci, která šetří čas a administrativní zátěž.

potřebujeme pouze definovat trasy a jejich odpovídající podsítě, které router bude používat, a o zbytek se postarají směrovací protokoly.

administrativní vzdálenost

síť může praktikovat větší než jeden směrovací protokol a směrovače mohou shromažďovat informace o trase o síti z různých zdrojů. Směrovače hlavním úkolem je hledat nejlepší cestu. Číslo administrativní vzdálenosti je praktikováno směrovači, aby zjistili, která cesta je nejvhodnější pro směrování provozu. Pro použití je nejvhodnější protokol označující nižší počet administrativních vzdáleností.

metrika

Vezměme si, že router zjistit dvě rozlišovací cesty, aby se dospělo k cílovému hostiteli stejné sítě ze stejného protokolu, pak se musí rozhodnout vybrat nejlepší cestu k trasování provozu a ukládání do směrovací tabulky.

metrika je parametr měření, který je nasazen pro stanovení nejvhodnější cesty. Opět nižší bude počet metrických lepší bude cesta.

typy směrovacích protokolů

existují dva druhy směrovacích protokolů:

1. distanční vektor
2. Stav spojení

oba výše uvedené typy směrovacích protokolů jsou vnitřní směrovací protokoly (IGP), které označují, že používaly k obchodování směrovacích dat uvnitř jednoho samosprávného síťového systému. Zatímco Border gateway protocol (BGP) je typ externího směrovacího protokolu (EGP), který označuje, že se používá k obchodování směrovacích dat mezi dvěma odlišnými síťovými systémy na internetu.

Distance vector Protocol

RIP (Routing Information protocol): RIP je druh distančního vektorového protokolu. Podle názvu, vzdálenost vector routing protocol zaměstnávají vzdálenost získat nejvhodnější cestu k dosažení vzdálené sítě. Vzdálenost je v podstatě počet směrovačů existují mezi tím, když se blíží vzdálené síti. RIP má dvě verze, ale verze 2 se nejčastěji používá všude.

verze 2 má schopnost prezentovat masky podsítě a postupy multicast pro odesílání aktualizací směrování. Hop count se praktikuje jako metrika a má administrativní počet 120.

RIP verze 2 Spusťte směrovací tabulky v každém intervalu 30 sekund, čímž se v tomto procesu využívá spousta šířky pásma. Využívá adresu multicast 224.0.0.9 ke spuštění směrovacích informací.

EIGRP (Enhanced interior gateway routing protocol): jedná se o progresivní typ distančního vektorového protokolu.

Různé typy směrovacích aspektů, které podporuje, jsou:

• beztřídní směrování a VLSM
• vyrovnávání zátěže
• inkrementální aktualizace
• shrnutí trasy

směrovače, které používají EIGRP jako směrovací protokol, používají multicastovou adresu 224.0.0.10. Směrovače EIGRP udržují tři druhy směrovacích tabulek, které mají všechny potřebné informace.

administrativní vzdálenost EIGRP je 90 a určuje metriku pomocí šířky pásma a zpoždění.

Link State Protocol

cílem link state protocol je také podobný jako u distance vector protocol, najít nejvhodnější cestu k cíli, ale nasadit rozlišovací techniky k jeho provedení.

Link state protocol nespustí celkovou směrovací tabulku, místo toho spouští informace týkající se topologie sítě, v důsledku čehož by všechny směrovače používající link state protocol měly mít podobnou statistiku topologie sítě.

ty jsou obtížně konfigurovatelné a vyžadují mnoho paměti a paměti CPU než protokol vektoru vzdálenosti.

to funguje rychleji než u protokolů vektorových vzdáleností. Oni také udržovat směrovací tabulku tří typů a provést nejkratší cestu první algoritmus zjistit nejlepší cestu.

OSPF je druh protokolu stavu spojení.

OSPF (nejprve otevřete nejkratší cestu):

• jedná se o beztřídní směrovací protokol a podporuje VLSM, přírůstkové aktualizace, manuální sumarizaci trasy a vyrovnávání zatížení rovnými náklady.
• jako metrický parametr v OSPF se používá pouze cena rozhraní. Číslo administrativní vzdálenosti je nastaveno na 110. Multicast IP nasazené pro aktualizace směrování jsou 224.0.0.5 a 224.0.0.6.
• spojení mezi sousedními směrovači pomocí protokolu OSPF je nejprve nastaveno před sdílením aktualizací směrování. Protože se jedná o protokol stavu spojení, směrovače neplavou celou směrovací tabulku, ale sdílejí pouze statistiky týkající se topologie sítě.
• pak každý router provede algoritmus SFP pro určení superlativní cesty a zahrne ji do směrovací tabulky. Při použití tohoto procesu je možnost chyby směrování smyčky nejmenší.
• směrovače OSPF odesílají pakety hello na multicast IP 224.0.0.5 pro nastavení spojení se sousedy. Poté, co je navázán odkaz, začne plovoucí aktualizace směrování sousedům.
• směrovač OSPF odesílá hello pakety každých 10 sekund v síti. Pokud neobdrží návratový hello paket od souseda za 40 sekund, pak prohlásí, že soused je dole. Směrovače, které se mají stát sousedy, by měly mít některá pole tak běžná jako ID podsítě, ID oblasti, časovače hello a dead interval, autentizace a MTU.
• OSPF má proces ověřování každé zprávy. To se používá, aby se zabránilo směrovačům přenášet nepravdivé informace o směrování. Nepravdivé informace mohou vést k útoku na odmítnutí služby.
• existují dvě metody ověřování, MD5 a ověřování jasného textu. Nejčastěji se používá MD5. Podporuje ruční sumarizace proces tras, zatímco plovoucí ve směrovacích tabulkách.

BGP (Border Gateway Protocol):

dosud jsme diskutovali vnitřní směrovací protokoly, které se používají pro malé sítě. Ale pro rozsáhlé sítě, BGP se používá, protože má schopnost zvládnout provoz přes internet pro velké sítě.

• průmyslová odvětví, která používají BGP, mají exkluzivní číslo autonomního systému, které je sdíleno s jinou sítí, aby se vytvořilo spojení mezi dvěma samosprávnými systémy(autonomní systémy).
• s pomocí tohoto společného podniku mohou průmyslová odvětví a poskytovatelé síťových služeb, jako jsou mobilní operátoři, poskytovat trasy přikázané BGP, a proto systémy získají zesílenou rychlost a efektivitu internetu s vynikající redundancí.
• konstruuje hodnocení směrování na základě síťových zásad, sady nakonfigurovaných pravidel a směrovacích cest a také se podílí na přijímání hlavních hlavních směrovacích závěrů.
• BGP dělá své sousedy manuální konfigurací mezi směrovači, aby vytvořil relaci TCP na portu 179. BGP presenter odesílá 19-bajtové zprávy každých 60 sekund svým sousedům, aby navázali spojení.
• mechanismus mapy tras zpracovává tok tras v BGP. Není to nic jiného než soubor pravidel. Každé pravidlo vysvětluje, pro trasy odpovídající specifikovaným kritériím, jaké rozhodnutí má být provedeno. Rozhodnutí je zrušit trasu nebo provést úpravy několika atributů trasy, než ji konečně uložíte do směrovací tabulky.
• kritéria výběru cesty BGP se liší od ostatních. Nejprve zjistí atributy cesty pro synchronizované trasy bez smyčky k dosažení cíle následujícím způsobem.

práce routeru

• v hardwarové části routeru jsou fyzická připojení prováděna prostřednictvím vstupních portů; také uchovává kopii tabulky předávání. Spínací tkanina je druh IC (integrovaný obvod), který říká routeru, na kterém z výstupního portu by měl paket předat.
• směrovací procesor ukládá směrovací tabulku v něm a implementuje několik směrovacích protokolů, které mají být použity v přeposílání paketů.
• výstupní port přenáší datové pakety zpět na své místo.

práce je rozdělena do dvou různých rovin,

• řídicí rovina: směrovače udržují směrovací tabulku, která ukládá všechny statické a dynamické trasy, které mají být použity k určení datového paketu ke vzdálenému hostiteli. Řídicí rovina je logika, která vytváří informační základnu pro předávání (FIB), která má být využita letounem pro předávání, a také má informace týkající se fyzického rozhraní směrovačů, které mají být připojeny.
• Forwarding Plane: na základě informací, které shromažďuje z řídicí roviny na základě záznamů ve směrovacích tabulkách, předává datový paket k opravě vzdáleného hostitele sítě. Stará se také o správné vnitřní a vnější fyzické spojení.
• Forwarding: protože víme,že hlavním účelem směrovačů je připojení velkých sítí, jako jsou sítě WAN. Jak to funguje na layer-3, tak to trvá rozhodnutí o předávání na základě cílové IP adresy a masky podsítě uložené v paketu směrovaného pro vzdálenou síť.

• podle obrázku může Router a oslovit Router C dvěma cestami, jedna je přímo přes podsíť B a druhá přes Router B pomocí podsítě a a podsítě C. Tímto způsobem se síť stala nadbytečnou.
• když paket dorazí na router, nejprve se podívá do směrovací tabulky, aby našel nejvhodnější cestu k dosažení cíle, a jakmile získá IP adresu dalšího hopu, zapouzdří datový paket. Chcete-li zjistit nejlepší cestu směrovací protokol se používá.
• trasa se učí shromažďováním informací z hlavičky přidružené ke každému datovému paketu, který dorazí do každého uzlu. Hlavička obsahuje informace o IP adrese dalšího hopu cílové sítě.
• pro dosažení cíle je ve směrovací tabulce uvedeno několik cest; pomocí zmíněného algoritmu používá nejvhodnější cestu k předávání dat.
• také kontroluje, zda je rozhraní, na kterém je paket připraven k předání, přístupné nebo ne. Jakmile shromáždí všechny potřebné informace, odešle paket podle zvolené trasy.
• router také dohlíží na přetížení, když pakety dosáhnou jakékoli naděje sítě tempem větším, než je router schopen zpracovat. Použité postupy jsou pokles ocasu, náhodná včasná detekce (červená) a vážená náhodná včasná detekce(WRED).
• myšlenka za nimi je router drop datový paket, když je velikost fronty překročena, co je předdefinováno během konfigurace a může být uloženo do vyrovnávací paměti. Směrovač tak zahodí nově příchozí pakety.
• kromě tohoto routeru se rozhoduje o výběru, který paket má být předán jako první nebo na jakém čísle, když existuje několik front. To je implementováno parametrem QoS (quality of service).
• provádění směrování založených na zásadách je také funkcí směrovačů. To se provádí obcházením všech pravidel a tras definovaných ve směrovací tabulce a vytvořením nové sady pravidel pro okamžité nebo prioritní předávání datových paketů. To se provádí na základě požadavku.
• provedením různých úkolů v routeru je využití CPU velmi vysoké. Některé z jeho funkcí jsou tedy prováděny aplikačně specifickými integrovanými obvody (ASIC).
• porty Ethernet a STM se používají pro připojení optického kabelu nebo jiného přenosového média pro fyzické připojení.
• port ADSL se používá k připojení routeru k ISP pomocí kabelů CAT5 nebo CAT6.

aplikace směrovačů

• směrovače jsou stavebními kameny poskytovatelů telekomunikačních služeb. Používají se pro připojení základního hardwarového zařízení, jako jsou MGW, BSC, SGSN, IN a další servery, do sítě vzdáleného umístění. Fungují tak jako páteř mobilních operací.
• směrovače se používají při nasazení centra provozu a údržby organizace, které lze nazvat jako centrum NOC. Všechna zařízení na vzdáleném konci jsou spojena s centrálním umístěním přes optický kabel přes směrovače, což také poskytuje redundanci tím, že pracuje v topologii hlavního spojení a ochrany.
• podporuje rychlou rychlost přenosu dat, protože využívá spojení STM s vysokou šířkou pásma pro připojení, které se tak používá pro kabelovou i bezdrátovou komunikaci.
• softwaroví testeři také používají směrovače pro komunikaci WAN. Předpokládejme, že manažer softwarové organizace se nachází v Dillí a její výkonný pracovník se nachází na různých jiných místech, jako je Bangalore a Chennai. Poté mohou vedoucí pracovníci sdílet své softwarové nástroje a další aplikace se svým manažerem prostřednictvím směrovačů připojením svých počítačů k routeru pomocí architektury WAN.
• moderní směrovače mají funkci USB portů zabudovaných v hardwaru. Mají vnitřní paměť s dostatečnou úložnou kapacitou. Externí úložná zařízení lze použít v kombinaci se směrovači pro ukládání a sdílení dat.
• směrovače mají funkci omezení přístupu. Správce nakonfiguruje router takovým způsobem, že pouze několik klientů nebo osoba může přistupovat k celkovým datům routeru, zatímco jiní mohou přistupovat pouze k těm datům, která jsou pro ně definována, aby vyhledali.
• kromě toho mohou být směrovače konfigurovány tak, že pouze jedna osoba má práva, tj. vlastník nebo správce provádět modifikaci, přidání nebo odstranění funkce v softwarové části, zatímco ostatní mohou mít pouze práva zobrazení. Díky tomu je vysoce bezpečný a může být použit ve vojenských operacích a finančních společnostech, kde je důvěrnost údajů hlavním zájmem.
• v bezdrátových sítích lze pomocí konfigurace VPN ve směrovačích použít v modelu klient-server, pomocí kterého lze sdílet internet, hardwarové prostředky, video, data a hlas daleko od sebe. Příklad je znázorněn na obrázku níže.

• směrovače jsou široce používány poskytovatelem internetových služeb k odesílání dat ze zdroje do cíle ve formě e-mailu, jako webové stránky, hlasu, obrazu nebo video souboru. Data mohou být zasílána všude na světě za předpokladu, že cíl by měl mít IP adresu.

závěr

V tomto tutoriálu jsme podrobně studovali různé funkce, typy, práci a aplikaci směrovačů. Viděli jsme také práci a vlastnosti několika druhů směrovacích protokolů používaných směrovači k nalezení nejlepší cesty pro směrování datových paketů do cílové sítě ze zdrojové sítě.

Další čtení => jak aktualizovat Firmware na routeru

analýzou všech různých aspektů směrovačů jsme si uvědomili skutečnost, že směrovače hrají velmi důležitou roli v moderních komunikačních systémech. Je široce používán téměř všude od malých domácích sítí po sítě WAN.

Při použití směrovačů se komunikace na dlouhé vzdálenosti, ať už je to ve formě dat, hlasu, videa nebo obrazu, stává spolehlivější, rychlejší, bezpečnější a nákladově efektivnější.

předchozí Tutorial / další Tutorial