Ειδικά Θέματα Δικτύων Ι Ενότητα 1: Εισαγωγή στους δρομολογητές Νικολάου Σπύρος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Σε αυτή την ενότητα πραγματοποιείται εισαγωγή στους δρομολογητές. 4
Περιεχόμενα ενότητας (1/2) Εισαγωγή. Ο ρόλος του δρομολογητή. Τοπολογία. Οι συνδέσεις του δρομολογητή. Τεχνολογίες δρομολόγησης IP (Internet Protocol). 5
Περιεχόμενα ενότητας (2/2) Βασικά στοιχεία δρομολόγησης. Βιβλιογραφία. 6
Εισαγωγή στους δρομολογητές
Εισαγωγή Σε αυτό το κεφάλαιο θα αναφερθούμε στην στατική δρομολόγηση. Οι δρομολογητές ενημερώνονται για τα απομακρυσμένα δίκτυα είτε δυναμικά χρησιμοποιώντας πρωτόκολλά δρομολόγησης είτε χειροκίνητα (με μη αυτόματο τρόπο) χρησιμοποιώντας στατικές διαδρομές. Σε πολλές περιπτώσεις οι δρομολογητές χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό και των δύο, δηλαδή πρωτόκολλα δυναμικής δρομολόγησης και στατικές διαδρομές. 8
Ο ρόλος του δρομολογητή (1/3) Οι δρομολογητές είναι πρωτίστως υπεύθυνοι για τα διασυνδεδεμένα δίκτυα με το να: Προσδιορίζουν το καλύτερο μονοπάτι για να στείλουν τα πακέτα. Προωθούν τα πακέτα προς τον προορισμό τους. Οι δρομολογητές προωθούν τα πακέτα αφού έχουν ενημερωθεί για τα απομακρυσμένα δίκτυα και έχουν διατηρήσει την πληροφορία της δρομολόγησης. 9
Ο ρόλος του δρομολογητή (2/3) Ο δρομολογητής είναι ο κόμβος ή η διασταύρωση που συνδέει πολλαπλά IP δίκτυα. Οι βασικές αποφάσεις προώθησης των δρομολογητών βασίζονται στην IP διεύθυνση του προορισμού που είναι πληροφορία του 3 ου στρώματος. Ο πίνακας δρομολόγησης του δρομολογητή χρησιμοποιείται για να βρούμε το καλύτερο ταίριασμα μεταξύ της IP διεύθυνσης προορισμού ενός πακέτου και μιας διεύθυνσης δικτύου από τον πίνακα δρομολόγησης. 10
Ο ρόλος του δρομολογητή (3/3) Ο πίνακας δρομολόγησης θα καθορίσει τελικά την διεπαφή εξόδου για να προωθήσει το πακέτο και ο δρομολογητής θα ενθυλακώσει αυτό το πακέτο στο κατάλληλο πλαίσιο συνδέσμου δεδομένων για αυτήν την διεπαφή εξόδου. 11
Τοπολογία (1/4) Εικόνα 1: Η τοπολογία. Πηγή: Διδάσκων (2015). 12
Τοπολογία (2/4) Πίνακας 1: Ο πίνακας δρομολόγησης. Πηγή: Διδάσκων (2015). 13
Τοπολογία (3/4) Παραπάνω βλέπουμε την τοπολογία που θα χρησιμοποιηθεί ως παράδειγμα καθώς και τον πίνακα διευθύνσεων αυτής της τοπολογίας. Η τοπολογία αποτελείται από τρείς δρομολογητές, που ονομάζονται δρομολογητής R1, R2 και R3. Ο δρομολογητής R1 και ο δρομολογητής R2 είναι συνδεδεμένοι με μια σύνδεση ευρυζωνικού δικτύου, και ο δρομολογητής R2 και ο R3 είναι συνδεδεμένοι με μια άλλη σύνδεση ευρυζωνικού δικτύου. 14
Τοπολογία (4/4) Ο κάθε δρομολογητής είναι συνδεδεμένος σε διαφορετικό τοπικό δίκτυο Ethernet, που το καθένα αποτελείται από έναν διακλαδωτή και έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Ο κάθε δρομολογητής στο παράδειγμα είναι μοντέλο Cisco 1841. Ένας δρομολογητής Cisco 1841 έχει τις ακόλουθες διεπαφές: Δυο διεπαφές FastEthernet : την FastEthernet 0/0 και την FastEthernet 0/1. Δυο σειριακές διεπαφές: την σειριακή2/0(serial 2/0) και την σειριακή3/0(serial 3/0). 15
Οι συνδέσεις του δρομολογητή (1/7) Για να συνδεθεί έναν δρομολογητή σε ένα δίκτυο χρειάζεται μια υποδοχή διεπαφής δρομολογητή για να συζευχθεί με ένα καλώδιο σύνδεσης. Σειριακές θύρες. Για τις συνδέσεις ευρυζωνικού δικτύου, οι δρομολογητές Cisco υποστηρίζουν για τις σειριακές συνδέσεις τα πρότυπα EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, V.35, X.21 και EIA/TIA-530. Ένας δρομολογητής έχει μια θύρα DB-60 που μπορεί να υποστηρίξει πέντε διαφορετικά πρότυπα καλωδίωσης. 16
Οι συνδέσεις του δρομολογητή Σειριακές θύρες - Συνέχεια. (2/7) Επειδή υποστηρίζονται πέντε διαφορετικοί τύποι καλωδίων σε αυτή την θύρα, για αυτό τον λόγο αυτή η θύρα μερικές φορές ονομάζεται σειριακή θύρα πέντε-σε-ένα. Στο άλλο άκρο του σειριακού καλωδίου έχει τοποθετηθεί μια υποδοχή που είναι κατάλληλη για ένα από τα πέντε πιθανά πρότυπα. Οι καινούργιοι δρομολογητές υποστηρίζουν την έξυπνη σειριακή διεπαφή που επιτρέπει να προωθούνται περισσότερα δεδομένα διαμέσου λιγότερων ακίδων καλωδίου. 17
Οι συνδέσεις του δρομολογητή Σειριακές θύρες - Συνέχεια. (3/7) Η σειριακή άκρη του έξυπνου σειριακού καλωδίου μια υποδοχή με 26 pins. Είναι πιο μικρή από την υποδοχή DB-60 που χρησιμοποιείται για να συνδέεται με την σειριακή θύρα πέντε-σε-ένα. Αυτά τα καλώδια υποστηρίζουν τα ίδια πέντε σειριακά πρότυπα και είναι διαθέσιμα είτε σε DTE είτε σε DCE διαμορφώσεις. 18
Οι συνδέσεις του δρομολογητή Θύρες Ethernet. (4/7) Μια διαφορετική υποδοχή χρησιμοποιείται σε περιβάλλον τοπικού δικτύου Ethernet. Η υποδοχή RJ-45 για το καλώδιο UTP (συστρεφόμενου ζεύγους άνευ θωράκισης) χρησιμοποιείται συχνότερα στις συνδέσεις διεπαφών τοπικού δικτύου. Σε κάθε άκρη ενός καλωδίου RJ-45, μπορείς να δεις οκτώ χρωματιστές λωρίδες ή ακίδες. Ένα καλώδιο Ethernet χρησιμοποιεί τις ακίδες 1,2,3 και 6 για να μεταδίδει και να λαμβάνει δεδομένα. 19
Οι συνδέσεις του δρομολογητή Θύρες Ethernet - Συνέχεια. (5/7) Για τις διεπαφές τοπικού δικτύου Ethernet μπορεί να χρησιμοποιηθούν δυο ειδών καλώδια: Είτε ένα καλώδιο ευθείας σύνδεσης είτε ένα καλώδιο patch, με την ίδια σειρά από χρωματιστά pins σε κάθε άκρη του καλωδίου. Είτε ένα διασταυρωμένο καλώδιο(crossover cable), με το pin 1 να συνδέεται με το pin 3 και το pin 2 να συνδέεται με το pin 6. 20
Οι συνδέσεις του δρομολογητή Θύρες Ethernet - Συνέχεια. (6/7) Τα καλώδια ευθείας σύνδεσης χρησιμοποιούνται για σύνδεση: Διακλαδωτή σε δρομολογητή. Διακλαδωτή σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Διανομέα (κόμβο) σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Διανομέα (κόμβο) σε εξυπηρετητή. 21
Οι συνδέσεις του δρομολογητή (7/7) Θύρες Ethernet - Συνέχεια. Τα διασταυρωμένα καλώδια χρησιμοποιούνται για σύνδεση: Διακλαδωτή σε διακλαδωτή. Ηλεκτρονικού υπολογιστή σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Διακλαδωτή σε διανομέα (κόμβο). Διανομέα (κόμβο) σε διανομέα (κόμβο). Δρομολογητή σε δρομολογητή και δρομολογητή σε εξυπηρετητή. 22
Τεχνολογίες δρομολόγησης IP (1/4) Η διαδικασία δρομολόγησης IP είναι αναπόσπαστο μέρος της δικτύωσης διότι αφορά όλους τους δρομολογητές και τις διαμορφώσεις που χρησιμοποιούνται στα δίκτυα, κάτι το οποίο αποτελεί μεγάλο κομμάτι. Η δρομολόγηση IP είναι βασικά, η διαδικασία της μετάβασης πακέτων από το ένα δίκτυο στο άλλο δίκτυο χρησιμοποιώντας δρομολογητές. Ωστόσο, οι όροι δρομολογητής (router) και συσκευή επιπέδου 3 (Layer 3 device) είναι εναλλάξιμοι, όταν χρησιμοποιείται ο όρος δρομολογητής, θα αναφερόμαστε σε οποιαδήποτε συσκευή επιπέδου 3. 23
Τεχνολογίες δρομολόγησης IP (2/4) Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη διαφορά ανάμεσα σε ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης (routing protocol) και ένα πρωτόκολλο δικτύου (routed protocol). Οι δρομολογητές χρησιμοποιούν πρωτόκολλα δρομολόγησης για να βρούνε δυναμικά όλα τα δίκτυα στο εσωτερικό των διασυνδεδεμένων δικτύων (internetworks) και να διασφαλίσουν ότι όλοι οι δρομολογητές έχουν τον ίδιο πίνακα δρομολόγησης. 24
Τεχνολογίες δρομολόγησης IP (3/4) Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης χρησιμοποιούνται επίσης για να καθορίσουν το καλύτερο μονοπάτι που θα πρέπει να ακολουθήσει ένα πακέτο μέσα σε ένα διασυνδεμένο δίκτυο για να φτάσει στον προορισμό του, πιο αποτελεσματικά. Τα RIPv1 (Routing Information Protocol), RIPv2, EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) και OSPF (open shortest path first) είναι μερικά από τα πιο κοινά πρωτόκολλα δρομολόγησης. 25
Τεχνολογίες δρομολόγησης IP (4/4) Μόλις όλοι οι δρομολογητές ενημερωθούν για όλα τα γειτονικά δίκτυα, ένα πρωτόκολλο δικτύου (routed protocol) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να στείλει τα δεδομένα των χρηστών (πακέτα) μέσω της καθιερωμένης λειτουργίας. Τα πρωτόκολλα έχουν εκχωρηθεί σε μια διεπαφή και καθορίζουν τη μέθοδο της παράδοσης πακέτων. Παραδείγματα από πρωτόκολλα δικτύου είναι το IPv4 και IPv6. 26
Βασικά στοιχεία δρομολόγησης (1/7) Μόλις δημιουργηθεί ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο (internetwork) συνδέοντας τα WANs και τα LANs σε ένα δρομολογητή, θα χρειαστεί να ρυθμιστούν οι λογικές διευθύνσεις δικτύου, όπως και οι διευθύνσεις IP σε όλους τους hosts, για να επικοινωνούν μεταξύ τους με επιτυχία. Ο όρος δρομολόγηση αναφέρεται στη λήψη ενός πακέτου από μια συσκευή και την αποστολή του μέσω του δικτύου σε άλλη συσκευή σε ένα διαφορετικό δίκτυο. 27
Βασικά στοιχεία δρομολόγησης (2/7) Οι δρομολογητές δεν ενδιαφέρονται πραγματικά για τους hosts, το μόνο που νοιάζονται είναι για τα δίκτυα και την καλύτερη διαδρομή για κάθε ένα από αυτά. Η λογική διεύθυνση δικτύου του host προορισμού είναι το κλειδί για να παραλάβει τα πακέτα μέσα σε ένα δίκτυο δρομολόγησης. Η φυσική διεύθυνση του host προορισμού χρησιμοποιείται για την παράδοση του πακέτου από το δρομολογητή προορισμού. 28
Βασικά στοιχεία δρομολόγησης (3/7) Mια σημαντική λίστα των ελάχιστων παραμέτρων που πρέπει να γνωρίζει ένας δρομολογητής για να είναι σε θέση να δρομολογεί πακέτα: Διεύθυνση προορισμού. Γειτονικοί δρομολογητές από τους οποίους μαθαίνει για απομακρυσμένα δίκτυα. Πιθανές διαδρομές για όλα τα απομακρυσμένα δίκτυα. Καλύτερη διαδρομή για κάθε απομακρυσμένο δίκτυο. Πώς να διατηρεί και να επαληθεύει τις πληροφορίες δρομολόγησης. 29
Βασικά στοιχεία δρομολόγησης (4/7) Ένας δρομολογητής μαθαίνει για τα απομακρυσμένα δίκτυα από γειτονικούς δρομολογητές ή από ένα διαχειριστή. Τότε ο δρομολογητής δημιουργεί έναν πίνακα δρομολόγησης, ο οποίος είναι ουσιαστικά ένας χάρτης του διασυνδεμένου δικτύου (internetwork) και περιγράφει πώς θα βρεθούν τα απομακρυσμένα δίκτυα. Εάν ένα δίκτυο συνδέεται άμεσα, τότε ο δρομολογητής ξέρει ήδη πώς να προωθήσει πακέτα σε αυτό. 30
Βασικά στοιχεία δρομολόγησης (5/7) Αλλά αν ένα δίκτυο δεν είναι άμεσα συνδεδεμένο με το δρομολογητή προορισμού, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας από τους δύο τρόπους για να μάθει πώς να προωθήσει τα πακέτα στο απομακρυσμένο δίκτυο. Η στατική μέθοδος δρομολόγησης απαιτεί χειροκίνητη καταγραφή όλων των τοποθεσιών του δικτύου στον πίνακα δρομολόγησης, το οποίο μπορεί να είναι μια πολύ επίπονη εργασία όταν χρησιμοποιείται σε μεγάλα δίκτυα! 31
Βασικά στοιχεία δρομολόγησης (6/7) Αντίθετα, όταν χρησιμοποιείται η δυναμική δρομολόγηση, ένα πρωτόκολλο σε ένα δρομολογητή πηγής επικοινωνεί με το ίδιο πρωτόκολλο που εκτελείται σε γειτονικούς δρομολογητές. Οι δρομολογητές στη συνέχεια θα ενημερώσουν ο ένας τον άλλο για όλα τα δίκτυα που γνωρίζουν και θα τοποθετήσουν τις πληροφορίες στον πίνακα δρομολόγησης. Αν συμβεί μια αλλαγή στο δίκτυο, τα πρωτόκολλα δυναμικής δρομολόγησης ενημερώνουν αυτόματα όλους τους δρομολογητές σχετικά με το συμβάν. 32
Βασικά στοιχεία δρομολόγησης (7/7) Εάν χρησιμοποιείται στατική δρομολόγηση, ο διαχειριστής είναι υπεύθυνος για την ενημέρωση όλων των αλλαγών, χειροκίνητα σε όλους τους δρομολογητές. Οι περισσότεροι διαχειριστές δικτύων συνήθως χρησιμοποιούν ένα συνδυασμό δυναμικής και στατικής δρομολόγησης για να διαχειριστούν ένα μεγάλο δίκτυο. 33
Βιβλιογραφία 1. CCNA αυτοδιδασκαλία: Διασύνδεση συσκευών δικτύου Cisco (ICND), (Επιμέλεια) Steve McQuerry. 2. Δίκτυα υπολογιστών: Το πρώτο βώμα, Wendell Odom. 3. Ασκήσεις προσομοίωσης δικτύων, Emad Aboelela. 4. Εργαστηριακά μαθήματα στα δίκτυα και διαδίκτυα υπολογιστών, Βασίλειος Τσαουσίδης, Ελευθέριος Μαμάτας, Ιωάννης Ψαρράς, Ευστράτιος Κοσμίδης, Στυλιανός Δημητρίου. 34
Τέλος Ενότητας
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Νικολάου Σπύρος. «Ειδικά Θέματα Δικτύων Ι». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: 36
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 37
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 38
Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες. Βιβλιογραφικές Πηγές. 39