Εισαγωγή Εργαστήριο Σχεδίασης Δικτύων Υπολογιστών ΘΕΩΡΙΑ 5 ου ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης (routing protocols) είναι υπεύθυνα για: την επιλογή του καλύτερου δρόμου προς οποιοδήποτε δίκτυο/υποδίκτυο προορισμού την κατάλληλη ενημέρωση των πινάκων δρομολόγησης την ανταλλαγή πληροφοριών δρομολόγησης μεταξύ των δρομολογητών ενός δικτύου. Υπάρχουν δυο βασικά πρωτόκολλα δρομολόγησης: τα εσωτερικά πρωτόκολλα πύλης IGP (Interior Gateway Protocols) τα οποία χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία των δρομολογητών και την ανταλλαγή των πινάκων δρομολόγησης τους σε ένα αυτόνομο σύστημα (autonomous system). ( π.χ RIP, OSPF) Αυτόνομο σύστημα είναι ένα σύνολο δικτύων που εποπτεύονται από μια κοινή αρχή διαχείρησης. τα εξωτερικά πρωτόκολλα πύλης EGP (Exterior Gateway Protocols) τα οποία χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία των δρομολογητών και την ανταλλαγή των πινάκων δρομολόγησης τους μεταξύ αυτόνομων συστημάτων. (π.χ BGP)
Αλγόριθμοι δρομολόγησης (Routing algorithms) Βασική λειτουργία των πρωτοκόλλων δρομολόγησης είναι η εύρεση και η επιλογή του καλύτερου δρόμου για τα δίκτυα προορισμού με τη χρήση κατάλληλων αλγορίθμων δρομολόγησης (routing algorithms). Ο αλγόριθμος δρομολόγησης δημιουργεί έναν αριθμό, τον οποίο ονομάζουμε τιμή κόστους (metric), για κάθε διαδρομή στο δίκτυο. Η διαδρομή με το μικρότερο κόστος για τον ίδιο προορισμό καταχωρείται τελικά στον πίνακα δρομολόγησης. Ανάλογα με την υλοποίηση, ως κόστος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο αριθμός των δρομολογητών (hop count) που περνά το μήνυμα μέχρι να φτάσει στον προορισμό του, το εύρος ζώνης της γραμμής (bandwidth), η καθυστέρηση (delay), το φορτίο της γραμμής (load) και μια σειρά άλλων παραμέτρων ή ένας συνδυασμός από αυτές. Οι αλγόριθμοι δρομολόγησης χωρίζονται σε δυο κατηγορίες: αλγόριθμοι διανύσματος απόστασης (Distance Vector Algorithms), όπου οι πίνακες δρομολόγησης αποτελούνται από μια σειρά από προορισμούς (vectors) και κόστη τις αποστάσεις (distances) που διανύονται για την προσέγγιση του προορισμού. αλγόριθμοι της κατάστασης της σύνδεσης (Link State Algorithms) Routing Information Protocol (RIP) Είναι ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης διανύσματος απόστασης Στέλνει routing-update μηνύματα σε τακτά χρονικά διαστήματα (συνήθως κάθε 30 δευτερόλεπτα) και όταν αλλάζει η τοπολογία του δικτύου. Χρησιμοποιεί ως παράμετρο μέτρησης (μετρικό) τον αριθμό αλμάτων ενδοκομβικών αποστάσεων, η οποία μετρά την απόσταση μεταξύ της πηγής και του προορισμού (σε άλματα). Ο αριθμός των αλμάτων είναι περιορισμένος με μέγιστο το 15. Αυτό σημαίνει ότι ένα δίκτυο δεν μπορεί να εκτελέσει πάνω από 15 άλματα από την πηγή στον προορισμό. Διαφορετικά ο προορισμός θεωρείται μη προσβάσιμος. Χρησιμοποιεί ένα χρονόμετρο timeout, περιοδικά (συνήθως κάθε 30 δευτερόλεπτα) για κάθε γνωστή διαδρομή. Αν ο χρόνος αυτός λήξει τότε σημαίνει ότι το μονοπάτι δεν είναι πλέον διαθέσιμο. Ως εκ τούτου ότι η διαδρομή έχει αφαιρεθεί από τους πίνακες δρομολόγησης.
Δεν υποστηρίζει VLSM Το πρωτόκολλο RIP χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο διανύσματος απόστασης και είναι κατάλληλο για τη λειτουργία μικρών δικτύων. Στους πίνακες δρομολόγησης που προκύπτουν υπάρχουν πληροφορίες για το δρόμο και το κόστος της απόστασης προς τα δίκτυα προορισμού. Ως κόστος χρησιμοποιείται ο αριθμός των ενδιάμεσων δρομολογητών μέχρι να φτάσουμε στο δίκτυο προορισμού (hop count). Ο αριθμός των ενδιάμεσων δρομολογητών μέχρι το δίκτυο προορισμού μπορεί να είναι μέχρι 15. Στο πρωτόκολλο RIP οι δρομολογητές περιοδικά (κάθε 30 δευτερόλεπτα), ανακοινώνουν ολόκληρο το περιεχόμενο του πίνακα δρομολόγησής τους, στους άμεσα γειτονικούς δρομολογητές. Ο πίνακας δρομολόγησης μπορεί να μεταδοθεί κι όταν υπάρξει κάποια αλλαγή στην τοπολογία του δικτύου. Έτσι επιτρέπεται στο κάθε δρομολογητή να βλέπει το δίκτυο του γειτονικού δρομολογητή και να προσθέτει το ανάλογο κόστος στην απόσταση που έχει ήδη προσθέσει ο δεύτερος. Το μειονέκτημα της προσέγγισης αυτής είναι ότι καθώς το δίκτυο μεγαλώνει, ανταλλάσσεται ένα μεγάλο ποσό πληροφορίας ανά τακτά χρονικά διαστήματα, ακόμα κι όταν η τοπολογία του δικτύου δεν έχει αλλάξει, με αποτέλεσμα να περιορίζεται το διαθέσιμο εύρος ζώνης και να αυξάνεται ο χρόνος σύγκλισης. Ως χρόνος σύγκλισης (convergence time), ορίζεται ο χρόνος που περνά μέχρι όλοι οι δρομολογητές να συμφωνήσουν σχετικά με την τοπολογία του δικτύου, από τη στιγμή που θα προκύψει μια αλλαγή. Όταν αλλάζει η τοπολογία του δικτύου, εκτελείται ο αλγόριθμος δρομολόγησης και σταματά η κίνηση των δεδομένων που μεταφέρει ο δρομολογητής προς τα διάφορα interfaces του, γιατί δεν γνωρίζει αν το δίκτυο προορισμού είναι διαθέσιμο ή όχι. Άρα, όσο πιο γρήγορα γίνεται η σύγκλιση τόσο πιο γρήγορα θα μεταφερθούν τελικά τα δεδομένα προς τον προορισμό τους. Σύμφωνα με τα παραπάνω οι πίνακες δρομολόγησης που προκύπτουν στο παραπάνω δίκτυο θα είναι:
network next hop router metric LAN1 connected 0 LAN2 R2 1 LAN3 R3 2 network next hop router metric LAN1 R1 1 LAN2 connected 0 LAN3 R3 1 network next hop router metric LAN1 R2 2 LAN2 R2 1 LAN3 connected 0 Υπάρχουν δυο εκδόσεις του πρωτόκολλου RIP: η έκδοση RIP v1, όπου δεν στέλνεται η μάσκα υποδικτύωσης μαζί με τους πίνακες δρομολόγησης (classful routing). Όλα τα δίκτυα πρέπει να έχουν τη default μάσκα, η έκδοση RIP v2, όπου μαζί με τους πίνακες δρομολόγησης στέλνεται και η μάσκα υποδικτύωσης (classless routing) Ρύθμιση του πρωτόκολλου RIP Η ρύθμιση του πρωτοκόλλου RIP γίνεται με τις παρακάτω εντολές: όπου network number, τα απ ευθείας συνδεδεμένα δίκτυα στα interfaces του δρομολογητή. Για την επαλήθευση του πρωτόκολλου RIP χρησιμοποιείται η εντολή: show ip protocols Για την εμφάνιση του πίνακα δρομολόγησης χρησιμοποιείται η εντολή: show ip route
Κρίσιμοι χρονοδιακόπτες στο RIP Συνήθεις ανανεώσεις πληροφορίας με ανταλλαγή πινάκων δρομολόγησης μεταξύ γειτονικών δρομολογητών γίνεται περιοδικά κάθε 30 sec(rip updates). Ένα έναυσμα ενημέρωσης (triggered updates) αποστέλλεται αμέσως, ανταποκρινόμενο σε κάποια αλλαγή στον πίνακα δρομολόγησης. Ο δρομολογητής που ανιχνεύει μια αλλαγή στην τοπολογία στέλνει αμέσως ένα μήνυμα ενημέρωσης στους γειτονικούς δρομολογητές που, με τη σειρά τους, κοινοποιούν με ενημερώσεις την αλλαγή στους δικούς τους γείτονές κτλ. Όταν μια διαδρομή αποτυγχάνει, η ενημέρωση αποστέλλεται αμέσως αντί να περιμένει την περιοδική ενημέρωση και το χρονόμετρο λήγει. Υπάρχει η δυνατότητα να ρυθμίσουμε τη διάταξη του δρομολογητή για σειριακό interface, να στέλνει έναυσμα ενημέρωσης (triggered updates), με την εντολή ip rip triggered Δηλαδή: router(config-if)# ip rip triggered. Επίσης με την εντολή passive interface ο δρομολογητής παύει να στέλνει ανανεώσεις σε έναν συγκεκριμένο γείτονα, ωστόσο συνεχίζει να ακούει και να δέχεται από τον γείτονα αυτόν ανανεώσεις. Πχ router(config-router)# passive-interface Fa0/0 Ο δρομολογητής εκκινεί το χρονοδιακόπτη κατακράτησης Hold down timer όταν μια σύνδεση του δρομολογητή πέφτει. Είναι μια κατάσταση όπου ο δρομολογητής δεν μπορεί να στείλει ή να δεχτεί διαφήμιση, πληροφορία δρομολόγησης. Ο χρονομετρητής holddown μπορεί να βοηθήσει στην πρόληψη καταμέτρηση στο άπειρο (άπειρα άλματα, τα πακέττα πλανιόνται μόνιμα), αλλά επίσης αυξάνει το χρόνο σύγκλισης. Η holddown προεπιλογή για RIP είναι 180 δευτερόλεπτα. Η τιμή αυτή μπορεί να μειωθεί μειώνοντας το χρόνο σύγκλισης. Όταν ένας router λαμβάνει μια ενημέρωση από ένα γείτονα που δείχνει ότι ένα προηγουμένως προσβάσιμο δικτύο είναι τώρα απρόσιτο, ο δρομολογητής σηματοδοτεί τη διαδρομή ως απρόσιτη και εκκινεί το χρονοδιακόπτη κατακράτησης. Αν σε οποιαδήποτε στιγμή πριν από την λήξη ο router λαμβάνει μια ενημέρωση από τον ίδιο γείτονα που δείχνει ότι το δίκτυο είναι και πάλι προσβάσιμο, ο δρομολογητής σηματοδοτεί το δίκτυο ως προσβάσιμο και καταργεί το χρονοδιακόπτη κατακράτησης. Αν μια ενημέρωση έρχεται στο δρομολογητή από ένα διαφορετικό γειτονικό δρομολογητή με μεγαλύτερη τιμή παραμέτρου (metric), ο δρομολογητής σηματοδοτεί το δίκτυο ως προσιτό και καταργεί το χρονοδιακόπτη κατακράτησης, ενώ αν η τιμή είναι μικρότερη ο χρονοδιακόπτης διατηρείται και η ενημέρωση αγνοείται. Ο χρονοδιακόπτης μη εύχρηστης διαδρομής (Invalid Timer) καθορίζει το χρόνο που ένας δρομολογητής θα πρέπει να διαθέσει για να κρίνει αν μία διαδρομή είναι χρήσιμη ή όχι από τη στιγμή που δεν έχει λάβει κάποια ενημέρωση για τη διαδρομή αυτή. Στη
συνέχεια η διαδρομή αυτή θα μπει σε καθεστώς κατακράτησης με τον αντίστοιχο χρονομετρητή. Τέλος ο χρονοδιακόπτης καθήλωσης (Flush Timer) καθορίζει το χρόνο που ένας δρομολογητής θα πρέπει να διαθέσει για να αφαιρέσει μία μη χρήσιμη διαδρομή από τον πίνακά του.προφανώς η τιμή του θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τους προηγούμενους χρονοδιακόπτες. Άσκηση Σας δίνετε το παρακάτω σενάριο το οποίο και πρέπει να υλοποιήσετε. Ονομάστε τον πρώτο δρομολογητή Router1 και τον δεύτερο Router2. Αποδώστε στο FastEthernet0 interface του πρώτου δρομολογητή διεύθυνση IP 192.168.101.1 με μάσκα υποδικτύου την 255.255.255.0 και στο FastEthernet0 interface του δεύτερου δρομολογητή διεύθυνση IP 192.168.100.1 με μάσκα υποδικτύου την 255.255.255.0. Έπειτα αποδώστε στον υπολογιστή Α διεύθυνση IP 192.168.101.2/24 με προεπιλεγμένη πύλη την 192.168.101.1 και στον υπολογιστή Β διεύθυνση IP 192.168.100.2/24 με προεπιλεγμένη πύλη την 192.168.100.1. Ρυθμίστε τα serial interfaces των δύο δρομολογητών με ip διευθύνσεις 192.168.1.1/24 και 192.168.1.2/24 αντίστοιχα. Να κάνετε το configuration των δρομολογητών με το πρωτόκολλο RIP1 και RIP2 και επαληθεύσετε αρχικά από τους routers, και στη συνέχεια από τους hosts κάνοντας ping από τον υπολογιστή Α στον υπολογιστή Β και αντίστροφα. Λύση υπόδειξη RIPv1 1. Αρχικά διαμορφώνουμε τον κάθε δρομολογητή, ονομάζοντάς τους, και ορίζοντας τα αντίστοιχα interfaces με τις αντίστοιχες ip διευθύνσεις σύμφωνα με τη διάταξη του σχήματος.(υποδειξη: ανατρέξτε σε παλιότερες ασκήσεις)
2. Στη συνέχεια διαμορφώνουμε τον κάθε host: Τις παραμέτρους πχ για τον host A: IP Address: 192.168.101.2 Subnet Mask: 255.255.255.0 Default Gateway: 192.168.101.1 Η καθορισμένη πύλη (Default Gateway) αναφέρεται στην πλησιέστερη διάταξη επιπέδου 3, που κάνει εφικτή την επικοινωνία του κάθε host και εκτός του υποδικτύου που ανήκει. 3. Εφαρμόζουμε RIP δρομολόγηση σε κάθε router: Με την εντολή router rip ενεργοποιούμε τη δρομολόγηση RIP. Με την εντολή network καθορίζουμε ισάριθμες φορές κάθε δίκτυο που ο router είναι άμεσα συνδεδεμένος σε όλη τη διάταξη ώστε να εφαρμοστεί παντού ο υπολογισμός δρομολόγησης βάσει του RIP. Για τον router A έχουμε: router A #config t router A (config)#router rip router A (config-router)#network 192.168.1.0 router A (config-router)#network 192.168.101.0 router A (config-router)#ctrl+z
Ομοίως και για τον router Β. 4.Η επαλήθευση της διάταξης γίνεται με πολλαπλούς τρόπους: 4.1 Αρχικά με την εντολή show ip route, όπως και στην περίπτωση της στατικής δρομολόγησης, μπορούμε να επαληθεύσουμε τον πίνακα δρομολόγησης Για τον router A πολύ απλά έχουμε: router A #show ip route Δείχνει όλα τα υποδίκτυα της διάταξης, με C Connected υποδεικνύει όλα τα δίκτυα που είναι άμεσα συνδεδεμένα με τον δρομολογητή, και R όλα τα δίκτυα που είναι συνδεδεμένα με δρομολόγηση από RIP, μέσω ποιάς θύρας (ip διεύθυνση), και σε αγκύλες της μορφής [120/1], φαίνεται η τιμή της διαχειρίσιμης απόστασης για το RIP, το 120, και η τιμή της παραμέτρου που χρησιμοποιεί το RIP, δηλαδή ο αριθμός αλμάτων από το δρομολογητή μέχρι το δίκτυο προορισμού. Ομοίως και για τον router Β. 4.2 Ένας άλλος τρόπος επαλήθευσης είναι με την εντολή debug ip rip όπου διαφαίνονται οι ανανεώσεις πληροφορίας δρομολόγησης (RIP updates) που στέλνονται και λαμβάνονται από τον router. Για τον router A πολύ απλά έχουμε: router A #debug ip rip RIP protocol debugging is on router A # μετά από λίγο χρόνο... *Oct 13 17:19:25.906: RIP: received v1 update from 192.168.1.1 on Serial0/0 *Oct 13 17:19:25.906: 192.168.100.0 in 2 hops. Για την απενεργοποίηση της εντολής χρησιμοποιούμε την no debug ip rip εντολή ή την undebug all εντολή. router A #undebug all Ομοίως και για τον router Β. 4.3 Ένας τρίτος τρόπος επαλήθευσης είναι με την κλασσική γνώριμη εντολή show ip protocols για αναλυτικά στατιστικά (διακρίνονται οι περιοδικές ανανεώσεις των πινάκων δρομολόγησης κάθε 30 sec, οι μετρητές κατακράτησης hold down κάθε 180 sec, και οι μετρητές απόσυρσης της διαδρομής flush κάθε 240 sec ) ή απλά με την εντολή show protocols.
router A #show ip protocols Routing Protocol is "rip" Sending updates every 30 seconds, next due in 19 seconds Invalid after 180 seconds, hold down 180, flushed after 240 Outgoing update filter list for all interfaces is not set Incoming update filter list for all interfaces is not set Redistributing: rip Default version control: send version 1, receive any version Interface Send Recv Triggered RIP Key-chain Serial0/0 1 1 2 Automatic network summarization is in effect.. 4.4 Η: router A #show protocols Global values: Internet protocol routing is enabled Serial0/1 is administratively down, line protocol is down Serial0/0 is up, line protocol is up Internet address is 192.18.101.2/24 FastEthernet0/1 is administratively down, line protocol is down FastEthernet0/0 is administratively down, line protocol is down router A # Ομοίως και για τον router Β. 5. Τέλος, η επαλήθευση μπορεί να γίνει και σε επίπεδο host κάνοντας απλά ping από τον Α στον Β: C:\>ping 192.168.100.2 Γίνεται ping στο 192.168.100.2 με 32 bytes δεδομένων Απάντηση από: 192.168.100.2: bytes=32 χρόνος=26ms TTL=57 Απάντηση από: 192.168.100.2: bytes=32 χρόνος=26ms TTL=57 Απάντηση από: 192.168.100.2: bytes=32 χρόνος=26ms TTL=57 Απάντηση από: 192.168.100.2: bytes=32 χρόνος=26ms TTL=57
RIP v2 ΠΡΟΣΟΧΗ!! Σαν συμπεριφορά στη συγκεκριμένη διάταξη η εφαρμογή δρομολόγησης με RIPv2 έναντι RIPv1 δεν παρουσιάζει αισθητή διαφορά. ΓΙΑΤΙ; Η βασική διαφορά του RIPv2 από το RIPv1, είναι ότι το τελευταίο δε διαθέτει πληροφορία υποδικτύωσης, δηλαδή μάσκα υποδικτύωσης, σε αντίθεση με το RIPv2 που διαθέτει και μπορεί να υποστηρίξει VLSM. Η διαφορά γίνεται αισθητή σε περιπτώσεις υποδικτύωσης ενός δικτύου, κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα υποδίκτυά του να έχουν διαφορετικές μάσκες υποδικτύου. Για παράδειγμα, υποδικτυώνοντας το δίκτυο με ip διεύθυνση 192.168.10.0/24 έστω έτσι ώστε να δημιουργήσουμε υποδίκτυα με διαφορετικές μάσκες υποδικτύου, έστω τα 192.168.10.36/30 και 192.168.10.80/29. Έτσι πχ το υποδίκτυο 192.168.10.36/30 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για WAN συνδέσεις ενώ το 192.168.10.80/29 να χρησιμοποιηθεί σε ένα τμήμα LAN. Με το VLSM λοιπόν και χρήση δρομολόγησης RIPv2 μπορούμε να κατανέμουμε διαφορετικούς αριθμούς δικτύωσης σε καθένα από τους κόμβους του δικτύου ανάλογα στο υποδίκτυο που ανήκουν δίδοντας την ευχέρεια στο διαχειριστή για αποδοτικότερη και πιο ευέλικτη κατανομή των ip διευθύνσεων. Ανάλογη περίπτωση εφαρμογής των παραπάνω θα χαρακτηρίζαμε μια περίπτωση ασυνεχών αριθμητικά δικτύων (discontiguous networking), όταν δηλαδή ένα βασικό δίκτυο όπως πχ το 192.168.10.0 διαχωρίζεται από ένα άλλο βασικό δίκτυο το 10.0.0.0. Για παράδειγμα, το δίκτυο με ip διεύθυνση 192.168.10.0/24 υποδικτυώνεται στα 192.168.10.36/30 και 192.168.10.80/29 τα οποία καταλαμβάνονται από διαφορετικούς δρομολογητές. Οι δρομολογητές χρησιμοποιούν το άλλο βασικό δίκτυο το 10.0.0.0 για να συνδεθούν μεταξύ τους, οπότε όντως, ένα βασικό δίκτυο το 192.168.10.0 διαχωρίζεται από ένα άλλο βασικό δίκτυο το 10.0.0.0. Πίσω στα εργαστηριακά τώρα, με όμοιο τρόπο υλοποιούμε τη δρομολόγηση για την παραπάνω διάταξη με το RIPv2, με τη διαφορά της εντολής ενεργοποίησης του RIPv2 δηλαδή για τον router A: router A #config t router A (config)#router rip router A (config-router)#version 2
router A (config-router)#ctrl+z Παρατηρούμε ότι εφόσον έχει προηγηθεί το RIPv1 και έχουν οριστεί για κάθε router τα δίκτυα προς δρομολόγηση, που δεν είναι άμεσα συνδεδεμένα με αυτόν, δεν χρειάζεται να επαναλάβουμε πάλι τον ορισμό αυτόν με την εντολή network. Ομοίως και για τον router Β. Ακολουθεί η επαλήθευση της δρομολόγησης (ΕΡΩΤΗΣΗ: ΠΑΡΑΤΗΡΕΙΤΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΣΤΙΣ ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΜΕ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΤΟΥ RIPV1; ): router A #show ip route H router A #debug ip rip router A #undebug all (απενεργοποίηση) Η router A #show ip protocols Η router A #show protocols Ομοίως και για τον router Β. Εξάσκηση στο σπίτι (προαιρετική) Υλοποιήστε την παρακάτω διάταξη με τα στοιχεία (interfaces, ip addresses etc) όπως διαφαίνονται στο σχήμα.
Είναι ακριβώς οι ίδιες ρυθμίσεις όπως στην προηγούμενη άσκηση, μόνο που είναι 4 δρομολογητές. Προαιρετικά όποιος θέλει μπορεί να αποθηκεύσει σε.txt αρχείο τις ρυθμίσεις κονσόλας της διάταξης για τους δρομολογητές και τους host και να το στείλει στο email: elallas@teilam.gr