Как читать таблицу маршрутизации

0

Таблицы маршрутизации

Статья про таблицу маршрутизации — тема, обещанная около четырех лет тому назад. На самом деле, давно нужно было про нее написать, но никак не мог решиться и только сейчас делаю попытку.

Манипуляции с таблицей маршрутизации позволяют тонко настраивать работу ваших сетей. Чаще всего это не нужно, но иногда требуется сделать что-то необычное, особенно, когда на комрьютере несколько адаптеров, и тогда приходится браться за таблицы маршрутизации.

Просмотр таблицы маршрутизации

Приведу вывод команды route print на моем стаионарном компьютере:

Вот так мы можем просмотреть таблицы маршрутизации. Попробуем описать, что все это означает. Каждая строчка опреедляет, куда отправлять какие пакеты. То есть для диапазона, задаваемого значениями в колонках «сетевой адрес» и «маска сети» создается сетевой маршрут. Например, адрес 192.168.0.1 и маска 255.255.255.0 означают, что имеется в виду диапазон 192.168.0.*. Маска всегда имеет вид, когда вначале стоят 255, в конце — нули, а последним ненулевым числом может быть степень двойки минус один. Например, для маски 255.255.127.0 и того же адреса 192.168.0.1 диапазон будет чуть шире, в него войдут и адреса вида 192.168.1.*. Чтобы описать это точнее, надо представить все числа в двоичном виде, но это не является целью статьи.

Итак, если мы определились с диапазоном, мы должны понять, куда же компьютер будет направлять пакеты, если они предназначены адресам из этого диапазона. Начнем с четвертой колонки. Она определяет тот адаптор, на который нужно отправлять пакеты. Например, в данном случае, в ней встречаются 192.168.1.100 — это адрес моей сетевой карты и 127.0.0.1 — так называемая обратная петля. Пакеты «на этот адаптор» компьютер даже не будет пытаться отправлять куда-либо. Если бы у меня была активна другая карта, например, WiFi, то в четвертой колонке встречался бы и е адрес.

Третья колонка определяет «шлюз» — тот маршрутизатор, которому нужно послать эти пакеты. В случае, когда там написано «On-link», имеется в виду, что никаких маршрутизаторов не нужно — адрес и так находится в прямой досягаемости. Последняя колонка — метрика. Она определяет предпочтение для маршрута, когда есть варианты. Строчки с наименьшей метрикой предпочтительны при совпадении диапазонов.

Итак, давайте разберем описанные маршруты. На самом деле, самой важной является в данном случае первая строчка. Она говорит, что для любого адреса (адрес 0.0.0.0 с маской 0.0.0.0 задает полный диапазон) есть маршрут с использованием моей сетевой карты, и направить можно эти пакеты по адресу 192.168.1.1. Последний адрес является моим роутером, что все и объясняет. Любой адрес, который компьютер не сможет найти где-то рядом, он направит на роутер и предоставит тому с ним разбираться.

Поговорим про остальное. Три строчки про 127 — системные, связаны с тем, что эти адреса всегда должны возвращаться на сам компьютер. Адреса диапазона 192.168.1.* являются локальной сетью, 192.168.1.100 — вообще наш адрес, 192.168.1.255 — специальный адрес для широковещательных пакетов в локальной сети. Адреса 244.0.0.0 — тоже специальные зафиксированные адреса для широкого вещания, а две последние строчки определяют сами адаптеры.

Но этот случай достаточно неинтересный. Посмотрим на таблица на моем роутере. Внешний вид будет немного другой, поскольку на нем Линукс, и я вывожу соответствующие таблицы командой route -n.

Заметим сразу, что колонки немного изменились. На всех мы останавливаться не будем, существенной измененной колонкой является последняя — вместо IP-адреса адаптора мы указываем его имя. Здесь lo — это «петля» (никуда не отправлять), br0 — внутренняя сеть, ppp0 — внешняя, vlan0 — установленное vpn-содениение. Итак, разберем строчки. Также в колонке с флагами буква G означает Gateway — шлюз, а H — Host, наш компьютер.

Последняя строчка — шлюз по умолчанию. Любой пакет мы может отправить на адрес 10.0.20.43. Что интересно, это — наш собственный адрес, полученный при установке VPN — соединения! Так всегда получается, когда установлено VPN-соединения, пакет, в первую очередь отправляем своему виртуальному интерфейсу, где он инкапсулируется в другой пакет, который пойдет до реального шлюза. Естественно, в таблицах маршрутизации этого не видно. Также к описанию этого соединения относится и первая строчка.

Настоящий шлюз мы видим в третей строчке — адресы диапазона 10.22.220.* отправляются на vlan1, шлюз, предоставленный провайдером, коммуникатор, с которым мы соединены сетевым кабелем напрямую. Вторая строчка говорит о том, что адреса диапазона 192.168.1.* — это локальная сеть, и пакеты к ним нужно отправлять внутрь, а не вовне. Пятая — обычная информация про «локальные адреса».

Команды таблицы маршрутизации

Я ничего не сказал про предпоследнюю строчку. А она самая интересная, ведь я ее добавил руками. В чем ее смысл? Адреса диапазона 10.1-32.*.* я отправляю на шлюз 10.22.220.1. Пакеты на эти адреса не пойдут в интернет, а останутся в локалке провайдера. Да, пакеты на диапазон 10.22.220. и так идут туда, но этого мало. Так я не получаю полноценного доступа к локальным ресурсам.

В случае Windows такой маршрут в таблицы маршрутизации был бы добавлен командой route -p add 10.0.0.0 mask 255.224.0.0 10.22.220.1. -p означает, что маршрут постоянный, он не должен удаляться после перезагрузки компьютера.

Статья и так уже получилась намного длинней обычных статей этого блога, так что я заканчиваю. Пишите свои вопросы здесь, а если же вы хотите разобрать какие-то спицифические случаи настройки, лучше обращайтесь на нашем форуме.

Основные принципы работы сетевой маршрутизации

Маршрутизация служит для приема пакета от одного устройства и передачи его по сети другому устройству через другие сети. Если в сети нет маршрутизаторов, то не поддерживается маршрутизация. Маршрутизаторы направляют (перенаправляют) трафик во все сети, составляющие объединенную сеть.

Для маршрутизации пакета маршрутизатор должен владеть следующей информацией:

• Адрес назначения
• Соседний маршрутизатор, от которого он может узнать об удаленных сетях
• Доступные пути ко всем удаленным сетям
• Наилучший путь к каждой удаленной сети
• Методы обслуживания и проверки информации о маршрутизации

Маршрутизатор узнает об удаленных сетях от соседних маршрутизаторов или от сетевого администратора. Затем маршрутизатор строит таблицу маршрутизации, которая описывает, как найти удаленные сети.

Если сеть подключена непосредственно к маршрутизатору, он уже знает, как направить пакет в эту сеть. Если же сеть не подключена напрямую, маршрутизатор должен узнать (изучить) пути доступа к удаленной сети с помощью статической маршрутизации (ввод администратором вручную местоположения всех сетей в таблицу маршрутизации) или с помощью динамической маршрутизации.

Динамическая маршрутизация — это процесс протокола маршрутизации, определяющий взаимодействие устройства с соседними маршрутизаторами. Маршрутизатор будет обновлять сведения о каждой изученной им сети. Если в сети произойдет изменение, протокол динамической маршрутизации автоматически информирует об изменении все маршрутизаторы. Если же используется статическая маршрутизация, обновить таблицы маршрутизации на всех устройствах придется системному администратору.

Что такое маршрутизатор (шлюз, gateway)?

Маршрутизатором, или шлюзом, называется узел сети с несколькими IP-интерфейсами (содержащими свой MAC-адрес и IP-адрес), подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий на основе решения задачи маршрутизации перенаправление дейтаграмм из одной сети в другую для доставки от отправителя к получателю.

Маршрутизаторы представляют собой либо специализированные вычислительные машины, либо компьютеры с несколькими IP-интерфейсами, работа которых управляется специальным программным обеспечением.

Процесс IP-маршрутизации

IP-маршрутизация — простой процесс, который одинаков в сетях любого размера. Например, на рисунке показан процесс пошагового взаимодействия хоста А с хостом В в другой сети. В примере пользователь хоста А запрашивает по ping IP-адрес хоста В. Дальнейшие операции не так просты, поэтому рассмотрим их подробнее:

• В командной строке пользователь вводит ping 172.16.20.2. На хосте А генерируется пакет с помощью протоколов сетевого уровня IP и ICMP.

• IP обращается к протоколу ARP для выяснения сети назначения для пакета, просматривая IP-адрес и маску подсети хоста А. Это запрос к удаленному хосту, т.е. пакет не предназначен хосту локальной сети, поэтому пакет должен быть направлен маршрутизатору для перенаправления в нужную удаленную сеть.
• Чтобы хост А смог послать пакет маршрутизатору, хост должен знать аппаратный адрес интерфейса маршрутизатора, подключенный к локальной сети. Сетевой уровень передает пакет и аппаратный адрес назначения канальному уровню для деления на кадры и пересылки локальному хосту. Для получения аппаратного адреса хост ищет местоположение точки назначения в собственной памяти, называемой кэшем ARP.
• Если IP-адрес еще не был доступен и не присутствует в кэше ARP, хост посылает широковещательную рассылку ARP для поиска аппаратного адреса по IP-адресу 172.16.10.1. Именно поэтому первый запрос Ping обычно заканчивается тайм-аутом, но четыре остальные запроса будут успешны. После кэширования адреса тайм-аута обычно не возникает.
• Маршрутизатор отвечает и сообщает аппаратный адрес интерфейса Ethernet, подключенного к локальной сети. Теперь хост имеет всю информацию для пересылки пакета маршрутизатору по локальной сети. Сетевой уровень спускает пакет вниз для генерации эхо-запроса ICMP (Ping) на канальном уровне, дополняя пакет аппаратным адресом, по которому хост должен послать пакет. Пакет имеет IP-адреса источника и назначения вместе с указанием на тип пакета (ICMP) в поле протокола сетевого уровня.
• Канальный уровень формирует кадр, в котором инкапсулируется пакет вместе с управляющей информацией, необходимой для пересылки по локальной сети. К такой информации относятся аппаратные адреса источника и назначения, а также значение в поле типа, установленное протоколом сетевого уровня (это будет поле типа, поскольку IP по умолчанию пользуется кадрами Ethernet_II). Рисунок 3 показывает кадр, генерируемый на канальном уровне и пересылаемый по локальному носителю. На рисунке 3 показана вся информация, необходимая для взаимодействия с маршрутизатором: аппаратные адреса источника и назначения, IP-адреса источника и назначения, данные, а также контрольная сумма CRC кадра, находящаяся в поле FCS (Frame Check Sequence).
• Канальный уровень хоста А передает кадр физическому уровню. Там выполняется кодирование нулей и единиц в цифровой сигнал с последующей передачей этого сигнала по локальной физической сети.

• Сигнал достигает интерфейса Ethernet 0 маршрутизатора, который синхронизируется по преамбуле цифрового сигнала для извлечения кадра. Интерфейс маршрутизатора после построения кадра проверяет CRC, а в конце приема кадра сравнивает полученное значение с содержимым поля FCS. Кроме того, он проверяет процесс передачи на отсутствие фрагментации и конфликтов носителя.
• Проверяется аппаратный адрес назначения. Поскольку он совпадает с адресом маршрутизатора, анализируется поле типа кадра для определения дальнейших действий с этим пакетом данных. В поле типа указан протокол IP, поэтому маршрутизатор передает пакет процессу протокола IP, исполняемому маршрутизатором. Кадр удаляется. Исходный пакет (сгенерированный хостом А) помещается в буфер маршрутизатора.
• Протокол IP смотрит на IP-адрес назначения в пакете, чтобы определить, не направлен ли пакет самому маршрутизатору. Поскольку IP-адрес назначения равен 172.16.20.2, маршрутизатор определяет по своей таблице маршрутизации, что сеть 172.16.20.0 непосредственно подключена к интерфейсу Ethernet 1.
• Маршрутизатор передает пакет из буфера в интерфейс Ethernet 1. Маршрутизатору необходимо сформировать кадр для пересылки пакета хосту назначения. Сначала маршрутизатор проверяет свой кэш ARP, чтобы определить, был ли уже разрешен аппаратный адрес во время предыдущих взаимодействий с данной сетью. Если адреса нет в кэше ARP, маршрутизатор посылает широковещательный запрос ARP в интерфейс Ethernet 1 для поиска аппаратного адреса для IP-адреса 172.16.20.2.
• Хост В откликается аппаратным адресом своего сетевого адаптера на запрос ARP. Интерфейс Ethernet 1 маршрутизатора теперь имеет все необходимое для пересылки пакета в точку окончательного приема. На рисунке показывает кадр, сгенерированный маршрутизатором и переданный по локальной физической сети.

Кадр, сгенерированный интерфейсом Ethernet 1 маршрутизатора, имеет аппаратный адрес источника от интерфейса Ethernet 1 и аппаратный адрес назначения для сетевого адаптера хоста В. Важно отметить, что, несмотря на изменения аппаратных адресов источника и назначения, в каждом передавшем пакет интерфейсе маршрутизатора, IP-адреса источника и назначения никогда не изменяются. Пакет никоим образом не модифицируется, но меняются кадры.

• Хост В принимает кадр и проверяет CRC. Если проверка будет успешной, кадр удаляется, а пакет передается протоколу IP. Он анализирует IP-адрес назначения. Поскольку IP-адрес назначения совпадает с установленным в хосте В адресом, протокол IP исследует поле протокола для определения цели пакета.
• В нашем пакете содержится эхо-запрос ICMP, поэтому хост В генерирует новый эхо-ответ ICMP с IP-адресом источника, равным адресу хоста В, и IP-адресом назначения, равным адресу хоста А. Процесс запускается заново, но в противоположном направлении. Однако аппаратные адреса всех устройств по пути следования пакета уже известны, поэтому все устройства смогут получить аппаратные адреса интерфейсов из собственных кэшей ARP.

В крупных сетях процесс происходит аналогично, но пакету придется пройти больше участков по пути к хосту назначения.

Таблицы маршрутизации

В стеке TCP/IP маршрутизаторы и конечные узлы принимают решения о том, кому передавать пакет для его успешной доставки узлу назначения, на основании так называемых таблиц маршрутизации (routing tables).

Таблица представляет собой типичный пример таблицы маршрутов, использующей IP-адреса сетей, для сети, представленной на рисунке.

Таблица маршрутизации для Router 2

В таблице представлена таблица маршрутизации многомаршрутная, так как содержится два маршрута до сети 116.0.0.0. В случае построения одномаршрутной таблицы маршрутизации, необходимо указывать только один путь до сети 116.0.0.0 по наименьшему значению метрики.

Как нетрудно видеть, в таблице определено несколько маршрутов с разными параметрами. Читать каждую такую запись в таблице маршрутизации нужно следующим образом:

Чтобы доставить пакет в сеть с адресом из поля Сетевой адрес и маской из поля Маска сети, нужно с интерфейса с IP-адресом из поля Интерфейс послать пакет по IP-адресу из поля Адрес шлюза, а «стоимость» такой доставки будет равна числу из поля Метрика.

В этой таблице в столбце «Адрес сети назначения» указываются адреса всех сетей, которым данный маршрутизатор может передавать пакеты. В стеке TCP/IP принят так называемый одношаговый подход к оптимизации маршрута продвижения пакета (next-hop routing) – каждый маршрутизатор и конечный узел принимает участие в выборе только одного шага передачи пакета. Поэтому в каждой строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут в виде последовательности IP-адресов маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет, а только один IP-адрес — адрес следующего маршрутизатора, которому нужно передать пакет. Вместе с пакетом следующему маршрутизатору передается ответственность за выбор следующего шага маршрутизации. Одношаговый подход к маршрутизации означает распределенное решение задачи выбора маршрута. Это снимает ограничение на максимальное количество транзитных маршрутизаторов на пути пакета.

Для отправки пакета следующему маршрутизатору требуется знание его локального адреса, но в стеке TCP/IP в таблицах маршрутизации принято использование только IP-адресов для сохранения их универсального формата, не зависящего от типа сетей, входящих в интерсеть. Для нахождения локального адреса по известному IP-адресу необходимо воспользоваться протоколом ARP.

Одношаговая маршрутизация обладает еще одним преимуществом — она позволяет сократить объем таблиц маршрутизации в конечных узлах и маршрутизаторах за счет использования в качестве номера сети назначения так называемого маршрута по умолчанию – default (0.0.0.0), который обычно занимает в таблице маршрутизации последнюю строку. Если в таблице маршрутизации есть такая запись, то все пакеты с номерами сетей, которые отсутствуют в таблице маршрутизации, передаются маршрутизатору, указанному в строке default. Поэтому маршрутизаторы часто хранят в своих таблицах ограниченную информацию о сетях интерсети, пересылая пакеты для остальных сетей в порт и маршрутизатор, используемые по умолчанию. Подразумевается, что маршрутизатор, используемый по умолчанию, передаст пакет на магистральную сеть, а маршрутизаторы, подключенные к магистрали, имеют полную информацию о составе интерсети.

Кроме маршрута default, в таблице маршрутизации могут встретиться два типа специальных записей — запись о специфичном для узла маршруте и запись об адресах сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора.

Специфичный для узла маршрут содержит вместо номера сети полный IP-адрес, то есть адрес, имеющий ненулевую информацию не только в поле номера сети, но и в поле номера узла. Предполагается, что для такого конечного узла маршрут должен выбираться не так, как для всех остальных узлов сети, к которой он относится. В случае, когда в таблице есть разные записи о продвижении пакетов для всей сети N и ее отдельного узла, имеющего адрес N,D, при поступлении пакета, адресованного узлу N,D, маршрутизатор отдаст предпочтение записи для N,D.

Записи в таблице маршрутизации, относящиеся к сетям, непосредственно подключенным к маршрутизатору, в поле «Метрика» содержат нули («подключено»).

Алгоритмы маршрутизации

Основные требования к алгоритмам маршрутизации:

• точность;
• простота;
• надёжность;
• стабильность;
• справедливость;
• оптимальность.

Существуют различные алгоритмы построения таблиц для одношаговой маршрутизации. Их можно разделить на три класса:

• алгоритмы простой маршрутизации;
• алгоритмы фиксированной маршрутизации;
• алгоритмы адаптивной маршрутизации.

Независимо от алгоритма, используемого для построения таблицы маршрутизации, результат их работы имеет единый формат. За счет этого в одной и той же сети различные узлы могут строить таблицы маршрутизации по своим алгоритмам, а затем обмениваться между собой недостающими данными, так как форматы этих таблиц фиксированы. Поэтому маршрутизатор, работающий по алгоритму адаптивной маршрутизации, может снабдить конечный узел, применяющий алгоритм фиксированной маршрутизации, сведениями о пути к сети, о которой конечный узел ничего не знает.

Простая маршрутизация

Это способ маршрутизации не изменяющийся при изменении топологии и состоянии сети передачи данных (СПД).

Простая маршрутизация обеспечивается различными алгоритмами, типичными из которых являются следующие:

• Случайная маршрутизация – это передача сообщения из узла в любом случайно выбранном направлении, за исключением направлений по которым сообщение поступило узел.
• Лавинная маршрутизация – это передача сообщения из узла во всех направлениях, кроме направления по которому сообщение поступило в узел. Такая маршрутизация гарантирует малое время доставки пакета, засчет ухудшения пропускной способности.
• Маршрутизация по предыдущему опыту – каждый пакет имеет счетчик числа пройденных узлов, в каждом узле связи анализируется счетчик и запоминается тот маршрут, который соответствует минимальному значению счетчика. Такой алгоритм позволяет приспосабливаться к изменению топологии сети, но процесс адаптации протекает медленно и неэффективно.

В целом, простая маршрутизация не обеспечивает направленную передачу пакета и имеет низкую эффективности. Основным ее достоинством является обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя различных частей сети.

Фиксированная маршрутизация

Этот алгоритм применяется в сетях с простой топологией связей и основан на ручном составлении таблицы маршрутизации администратором сети. Алгоритм часто эффективно работает также для магистралей крупных сетей, так как сама магистраль может иметь простую структуру с очевидными наилучшими путями следования пакетов в подсети, присоединенные к магистрали, выделяют следующие алгоритмы:

• Однопутевая фиксированная маршрутизация – это когда между двумя абонентами устанавливается единственный путь. Сеть с такой маршрутизацией неустойчива к отказам и перегрузкам.
• Многопутевая фиксированная маршрутизация – может быть установлено несколько возможных путей и вводится правило выбора пути. Эффективность такой маршрутизации падает при увеличении нагрузки. При отказе какой-либо линии связи необходимо менять таблицу маршрутизации, для этого в каждом узле связи храниться несколько таблиц.

Адаптивная маршрутизация

Это основной вид алгоритмов маршрутизации, применяющихся маршрутизаторами в современных сетях со сложной топологией. Адаптивная маршрутизация основана на том, что маршрутизаторы периодически обмениваются специальной топологической информацией об имеющихся в интерсети сетях, а также о связях между маршрутизаторами. Обычно учитывается не только топология связей, но и их пропускная способность и состояние.

Адаптивные протоколы позволяют всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети, оперативно отрабатывая все изменения конфигурации связей. Эти протоколы имеют распределенный характер, который выражается в том, что в сети отсутствуют какие-либо выделенные маршрутизаторы, которые бы собирали и обобщали топологическую информацию: эта работа распределена между всеми маршрутизаторами, выделяют следующие алгоритмы:

• Локальная адаптивная маршрутизация – каждый узел содержит информацию о состоянии линии связи, длины очереди и таблицу маршрутизации.
• Глобальная адаптивная маршрутизация – основана на использовании информации получаемой от соседних узлов. Для этого каждый узел содержит таблицу маршрутизации, в которой указано время прохождения сообщений. На основе информации, получаемой из соседних узлов, значение таблицы пересчитывается с учетом длины очереди в самом узле.
• Централизованная адаптивная маршрутизация – существует некоторый центральный узел, который занимается сбором информации о состоянии сети. Этот центр формирует управляющие пакеты, содержащие таблицы маршрутизации и рассылает их в узлы связи.
• Гибридная адаптивная маршрутизация – основана на использовании таблицы периодически рассылаемой центром и на анализе длины очереди с самом узле.

Показатели алгоритмов (метрики)

Маршрутные таблицы содержат информацию, которую используют программы коммутации для выбора наилучшего маршрута. Чем характеризуется построение маршрутных таблиц? Какова особенность природы информации, которую они содержат? В данном разделе, посвященном показателям алгоритмов, сделана попытка ответить на вопрос о том, каким образом алгоритм определяет предпочтительность одного маршрута по сравнению с другими.

В алгоритмах маршрутизации используется множество различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один гибридный показатель. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации:

• Длина маршрута.
• Надежность.
• Задержка.
• Ширина полосы пропускания.

Длина маршрута

Длина маршрута является наиболее общим показателем маршрутизации. Некоторые протоколы маршрутизации позволяют администраторам сети назначать произвольные цены на каждый канал сети. В этом случае длиной тракта является сумма расходов, связанных с каждым каналом, который был траверсирован. Другие протоколы маршрутизации определяют «количество пересылок» (количество хопов), т. е. показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через элементы объединения сетей (такие как маршрутизаторы).

Надежность

Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые каналы сети могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности. Оценки надежности обычно назначаются каналам сети администраторами. Как правило, это произвольные цифровые величины.

Задержка

Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через объединенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого маршрутизатора на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет. Т. к. здесь имеет место конгломерация нескольких важных переменных, задержка является наиболее общим и полезным показателем.

Полоса пропускания

Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какого-либо канала. При прочих равных показателях, канал Ethernet 10 Mbps предпочтителен любой арендованной линии с полосой пропускания 64 Кбайт/с. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.

Маршрутизация — принцип работы и таблица маршрутизации

Маршрутизация работает на сетевом уровне модель взаимодействия открытых систем OSI. Маршрутизация — это поиск маршрута доставки пакета в крупной составной сети через транзитные узлы, которые называются маршрутизаторы.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Маршрутизация состоит из двух этапов:

1. На первом этапе происходит изучение сети, какие подсети есть в этой составной сети, какие маршрутизаторы и как эти маршрутизаторы объединены между собой.
2. Второй этап маршрутизации выполняется когда сеть уже изучена и на маршрутизатор поступил пакет, для этого пакета нужно определить куда именно его отправить. Иногда для второго этапа маршрутизации используется отдельный термин “продвижение” по-английски forwarding.

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

Варианты действий маршрутизатора

В качестве примера, рассмотрим схему составной сети, здесь показаны отдельные подсети, для каждой подсети есть ее адрес и маска, а также маршрутизаторы, которые объединяют эти сети.

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Рассмотрим маршрутизатор D, на него пришел пакет, и маршрутизатор должен решить, что ему делать с этим пакетом. Начнем с того, какие вообще возможны варианты действий у маршрутизатора. Первый вариант, сеть которой предназначен пакет подключена непосредственно к маршрутизатору. У маршрутизатора D таких сетей 3, в этом случае маршрутизатор передает пакет непосредственно в эту сеть.

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

Второй вариант, нужная сеть подключена к другому маршрутизатору (А), и известно, какой маршрутизатор нужен. В этом случае, маршрутизатор D передает пакет на следующий маршрутизатор, который может передать пакет в нужную сеть, такой маршрутизатор называется шлюзом.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Третий вариант, пришел пакет для сети, маршрут которой не известен, в этом случае маршрутизатор отбрасывает пакет. В этом отличие работы маршрутизатора от коммутатора, коммутатор отправляет кадр который он не знает куда доставить на все порты, маршрутизатор так не делает. В противном случае составная сеть очень быстро может переполнится мусорными пакетами для которых не известен маршрут доставки.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

Что нужно знать маршрутизатору для того чтобы решить куда отправить пакет?

• Во-первых у маршрутизатора есть несколько интерфейсов, к которым подключены сети. Нужно определить в какой из этих интерфейсов отправлять пакет.
• Затем нужно определить, что именно делать с этим пакетом. Есть 2 варианта, можно передать пакет в сеть (192.168.1.0/24), либо можно передать его на один из маршрутизаторов подключенные к этой сети. Если передавать пакет на маршрутизатор, то нужно знать, какой именно из маршрутизаторов подключенных к этой сети, выбрать для передачи пакета.

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

Таблица маршрутизации

Эту информацию маршрутизатор хранит в таблице маршрутизации. На картинке ниже показан ее упрощенный вид, в которой некоторые служебные столбцы удалены для простоты понимания.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

p, blockquote 15,0,1,0,0 —>

Первые два столбца это адрес и маска подсети, вместе они задают адрес подсети. Затем столбцы шлюз, интерфейс и метрика. Столбец интерфейс говорит о том, через какой интерфейс маршрутизатора нам нужно отправить пакет.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Таблица маршрутизации Windows

Продолжим рассматривать маршрутизатор D, у него есть три интерфейса. Ниже на картинке представлен вид таблицы маршрутизации для windows, которые в качестве идентификатора интерфейса используют ip-адрес, который назначен этому интерфейсу. Таким образом в столбце интерфейс есть 3 ip-адреса, которые соответствуют трем интерфейсам маршрутизатора.

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

Столбец шлюз, говорит что делать с пакетом, который вышел через заданный интерфейс. Для сетей, которые подключены напрямую к маршрутизатору D, в столбце шлюз, указывается «подсоединен», которое говорит о том, что сеть подключена непосредственно к маршрутизатору и передавать пакет нужно напрямую в эту сеть.

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Если же нам нужно передать пакет на следующий маршрутизатор то в поле шлюз указывается ip-адрес этого маршрутизатора.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

Таблица маршрутизации Linux

В операционной системе linux таблица маршрутизации выглядит немного по-другому, основное отличие это идентификатор интерфейсов. В linux вместо ip-адресов используется название интерфейсов. Например, wlan название для беспроводного сетевого интерфейса, а eth0 название для проводного интерфейса по сети ethernet.

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

Также здесь некоторые столбцы удалены для сокращения (Flags, Ref и Use). В других операционных системах и в сетевом оборудовании вид таблицы маршрутизации может быть несколько другой, но всегда будут обязательны столбцы ip-адрес, маска подсети, шлюз, интерфейс и метрика.

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

Только следующий шаг!

Часто возникает вопрос, что делать, если сеть для который пришел пакет находится не за одним маршрутизатором? Чтобы в неё попасть, нужно пройти не через один, а через несколько маршрутизаторов, что в этом случае нужно вносить в таблицу маршрутизации.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

В таблицу маршрутизации записываем только первый шаг, адрес следующего маршрутизатора, все что находится дальше нас не интересует.

p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

Считаем, что следующий маршрутизатор должен знать правильный маршрут до нужной нам сети, он знает лучше следующий маршрутизатор, тот знает следующий шаг и так далее, пока не доберемся до нужные нам сети.

p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

p, blockquote 30,1,0,0,0 —>

Метрика

Можно заметить, что в нашей схеме в одну и ту же сеть, например вот в эту (10.2.0.0/16) можно попасть двумя путями, первый путь проходят через один маршрутизатор F, а второй путь через два маршрутизатора B и E.

p, blockquote 31,0,0,0,0 —>

p, blockquote 32,0,0,0,0 —>

В этом отличие сетевого уровня от канального. На канальном уровне у нас всегда должно быть только одно соединение, а на сетевом уровне допускаются и даже поощряются для обеспечения надежности несколько путей к одной и той же сети.

p, blockquote 33,0,0,0,0 —>

Какой путь выбрать? Для этого используются поле метрика таблицы маршрутизации.

p, blockquote 34,0,0,0,0 —>

p, blockquote 35,0,0,0,0 —>

Метрика это некоторое число, которые характеризует расстояние от одной сети до другой. Если есть несколько маршрутов до одной и той же сети, то выбирается маршрут с меньшей метрикой.

p, blockquote 36,0,0,0,0 —>

p, blockquote 37,0,0,0,0 —>

Раньше, метрика измерялось в количестве маршрутизаторов, таким образом расстояние через маршрутизатор F было бы один, а через маршрутизаторы B и E два.

p, blockquote 38,0,0,0,0 —>

p, blockquote 39,0,0,0,0 —>

Однако сейчас метрика учитывает не только количество промежуточных маршрутизаторов, но и скорость каналов между сетями, потому что иногда бывает выгоднее пройти через два маршрутизатора, но по более скоростным каналам. Также может учитываться загрузка каналов, поэтому сейчас метрика — это число, которое учитывает все эти характеристики. Мы выбираем маршрут с минимальной метрикой в данном примере выше, будет выбран первый маршрут через маршрутизатор F.

p, blockquote 40,0,0,0,0 —>

Записи в таблице маршрутизации

Откуда появляются записей в таблице маршрутизации? Есть два варианта статическая маршрутизация и динамическая маршрутизация.

p, blockquote 41,0,0,0,0 —>

При статической маршрутизации, записи в таблице маршрутизации настраиваются вручную, это удобно делать если у вас сеть небольшая и изменяется редко, но если сеть крупная, то выгоднее использовать динамическую маршрутизацию, в которой маршруты настраиваются автоматически. В этом случае маршрутизаторы сами изучают сеть с помощью протоколов маршрутизации RIP, OSPF, BGP и других.

p, blockquote 42,0,0,0,0 —>

Преимущество динамической маршрутизации в том, что изменение в сети могут автоматически отмечаться в таблице маршрутизации. Например, если вышел из строя один из маршрутизаторов, то маршрутизаторы по протоколам маршрутизации об этом узнают, и уберут маршрут, который проходит через этот маршрутизатор. С другой стороны, если появился новый маршрутизатор, то это также отразится в таблице маршрутизации автоматически.

p, blockquote 43,0,0,0,0 —>

Маршрут по умолчанию

Если маршрутизатор не знает куда отправить пакет, то такой пакет отбрасывается. Таким образом получается, что маршрутизатор должен знать маршруты ко всем подсетям в составной сети. На практике для крупных сетей, например для интернета это невозможно, поэтому используются следующие решения.

p, blockquote 44,0,0,0,0 —>

В таблице маршрутизации назначается специальный маршрутизатор по умолчанию, на которой отправляются все пакеты для неизвестных сетей, как правило это маршрутизатор, который подключен к интернет.

p, blockquote 45,0,0,1,0 —>

Предполагается что этот маршрутизатор лучше знает структуру сети, и способен найти маршрут в составной сети. Для обозначения маршрута по умолчанию, в таблице маршрутизации используются четыре нуля в адресе подсети и четыре нуля в маске (0.0.0.0, маска 0.0.0.0), а иногда также пишут default.

p, blockquote 46,0,0,0,0 —>

Ниже пример маршрута по умолчанию в таблице маршрутизации в операционной системе linux.

p, blockquote 47,0,0,0,0 —>

p, blockquote 48,0,0,0,0 —>

Ip-адрес и маска равны нулю, в адрес и шлюз указываются ip-адрес маршрутизатора по умолчанию.

p, blockquote 49,0,0,0,0 —>

Длина маски подсети

Рассмотрим пример. Маршрутизатор принял пакет на ip-адрес (192.168.100.23), в таблице маршрутизации есть 2 записи (192.168.100.0/24 и 192.168.0.0/16) под который подходит этот ip-адрес, но у них разная длина маски. Какую из этих записей выбрать? Выбирается та запись, где маска длиннее, предполагается, что запись с более длинной маской содержит лучший маршрут интересующей нас сети.

p, blockquote 50,0,0,0,0 —>

Чтобы понять почему так происходит, давайте рассмотрим составную сеть гипотетического университета. Университет получил блок ip-адресов, разделил этот блок ip-адресов на две части, и каждую часть выделил отдельному кампусу.

p, blockquote 51,0,0,0,0 —>

p, blockquote 52,0,0,0,0 —>

На кампусе находятся свои маршрутизаторы, на которых сеть была дальше разделена на части предназначенные для отдельных факультетов. Разделение сетей производится с помощью увеличения длины маски, весь блок адресов имеет маску / 16, блоки кампусов имеют маску / 17, а блоки факультетов / 18.

p, blockquote 53,0,0,0,0 —>

Ниже показан фрагмент таблицы маршрутизации на маршрутизаторе первого кампуса. Он содержит путь до сети первого факультета, 2 факультета, до обще университетской сети, который проходит через университетский маршрутизатор, а также маршрут по умолчанию в интернет, который тоже проходит через обще университетский маршрутизатор.

p, blockquote 54,0,0,0,0 —>

p, blockquote 55,0,0,0,0 —>

Предположим, что у на этот маршрутизатор пришел пакет предназначенный для второго факультета, что может сделать маршрутизатор? Он может выбрать запись, которая соответствует второму факультету и отправить непосредственно в сеть этого факультета, либо может выбрать запись, которая соответствует всей университетской сети, тогда отправит на университетский маршрутизатор, что будет явно неправильным.

p, blockquote 56,0,0,0,0 —>

p, blockquote 57,0,0,0,0 —>

И так получается, что выбирается всегда маршрут с маской максимальной длины. Общие правила выбора маршрутов следующие.

• Самая длинная маска 32 — это маршрут конкретному хосту, если в таблице маршрутизации есть такой маршрут, то выбирается он.
• Затем выполняется поиск маршрута подсети с маской максимальной длины.
• И только после этого используется маршрут по умолчанию, где маска / 0 под которую подходят все ip-адреса.

Следует отметить, что таблица маршрутизации есть не только у сетевых устройств маршрутизаторов, но и у обычных компьютеров в сети. Хотя у них таблица маршрутизации гораздо меньше.

• Как правило такая таблица содержит описание присоединенной сети, который подключен данный компьютер.
• Адрес маршрутизатора по умолчанию (шлюз или gateway) через который, выполняется подключение к интернет, или к корпоративной сети предприятия.
• А также могут быть дополнительные маршруты к некоторым знакомым сетям, но это необязательно.

Для того чтобы просмотреть таблицу маршрутизации, можно использовать команды route или ip route (route print (Windows); route и ip route (Linux)).

p, blockquote 60,0,0,0,0 —> p, blockquote 61,0,0,0,1 —>

Маршрутизация — поиск маршрута доставки пакета между сетями через транзитные узлы — маршрутизаторы.

Основы компьютерных сетей. Тема №9. Маршрутизация: статическая и динамическая на примере RIP, OSPF и EIGRP

Всем привет! Спустя продолжительное время возвращаемся к циклу статей. Долгое время мы разбирали мир коммутации и узнали о нем много интересного. Теперь пришло время подняться чуть повыше и взглянуть на сторону маршрутизации. В данной статье поговорим о том, зачем нужна маршрутизация, разберем отличие статической от динамической маршрутизации, виды протоколов и их отличие. Тема очень интересная, поэтому приглашаю всех-всех к прочтению.

P.S. Возможно, со временем список дополнится.

В предыдущих статьях мы разбирали отличия сетевых устройств. А именно, чем коммутатор отличается от маршрутизатора (можно почитать здесь и здесь). То есть коммутатор в классическом понимании — это устройство, которое получает Ethernet-кадры на одном интерфейсе и передает эти кадры на другие интерфейсы, базируясь на заголовках и своей таблицы коммутации. Работает коммутатор канальном уровне.
Маршрутизаторы работают аналогично. Только оперируют IP-пакетами. И работают на сетевом уровне. Хочу заметить, что есть коммутаторы и маршрутизаторы, которые работают и на более высоких уровнях, но мы сейчас говорим о классических устройствах.
Встает вопрос. Почему мы не можем просто коммутировать весь трафик? И зачем требуются IP-адреса и маршрутизация. Ведь что MAC-адреса, что IP-адреса уникальны у каждого сетевого устройства (ПК, телефон, сервер и т.д.). Сейчас отвечу более развернуто.

На рисунке представлены 2 коммутатора, к которым подключено по 250 пользователей. Соответственно, чтобы обеспечить связность между всеми участниками, коммутаторы должны знать MAC-адреса всех участников сети. То есть таблица каждого коммутатора будет содержать 500 записей. Это уже не мало.
А если представить, что таким образом будет работать Интернет, в котором миллиарды устройств? Следовательно нужно искать выход. Проблема коммутации заключается в том, что она плохо масштабируется. И тяжело соблюдать иерархию.
Теперь посмотрим на эту ситуацию с точки зрения маршрутизации.

Здесь вводится понятие IP-адресации. Слева сеть 192.168.1.0/24 соединенная с левым маршрутизатором (R1), а справа сеть 192.168.2.0/24 соединенная с правым маршрутизатором (R2), соответственно. R1 знает, что добраться до сети 192.168.2.0 можно через соседа R2 и наоборот R2 знает, что добраться до сети 192.168.1.0 можно через соседа R1. Тем самым 500 записей в таблице коммутации заменяются одной в таблице маршрутизации. Во-первых это удобно, а во-вторых экономит ресурсы. Вдобавок к этому, можно соблюдать иерархичность, при построении.
Теперь поговорим о том, как таблица маршрутизации заполняется. Как только маршрутизатор включается «с коробки», он создает таблицу маршрутизации. Но самостоятельно он туда может записать только информацию о сетях, с которыми он связан напрямую (connected).
Покажу на примере в CPT:

Добавляю маршрутизатор с пустой конфигурацией. Дожидаюсь загрузки и смотрю таблицу маршрутизации:

Сейчас таблица есть, но она пустая из-за того, что не подключен ни один из интерфейсов и не заданы IP-адреса. Соберем схему.

Зададим IP-адресах на интерфейсах маршрутизатора:

И посмотрим, что изменилось в таблице маршрутизации:

В таблице появились 2 записи. Маршрутизатор автоматически добавил подсети, в которых находятся его интерфейсы. Сверху есть коды, показывающие каким образом маршрут был добавлен.
Настроим обе рабочие станции и проверим связность:

Теперь детально рассмотрим, что происходит с пакетом, когда он попадает на маршрутизатор.

Пакет приходит. Маршрутизатор сразу читает IP-адрес назначения в заголовке и сверяет его со своей таблицей.

Находит совпадение, изменяет TTL и отправляет на нужный интерфейс. Соответственно, когда ответный пакет придет от PC1, он проделает аналогичную операцию.
То есть отличие в том, что маршрутизатор принимает решение исходя из своей таблицы маршрутизации, а коммутатор из таблицы коммутации. Единственное, что важно запомнить: и у коммутатора, и у маршрутизатора есть ARP-таблица. Несмотря на то, что маршрутизатор работает с 3 уровнем по модели OSI и читает заголовки IP-пакетов, он не может игнорировать работу стека и обязан работать на канальном и физическом уровне. В свою ARP-таблицу он записывает соотношения MAC-адреса к IP-адресу и с какого интерфейса к нему можно добраться. Причем ARP-таблица у каждого сетевого устройства своя. Пишу команду show arp на маршрутизаторе:

Как только PC0 отправил ICMP до PC1 и пакет дошел до маршрутизатора, он увидел в заголовках IP-пакета адрес отправителя (PC0) и его MAC-адрес. Он добавляет его в ARP-таблицу. Следующее, что он видит — это IP-адрес получателя. Он не знает, куда отправлять пакет, так как в его ARP-таблице нет записи. Но видит, что адрес получателя из той же сети, что и один из его интерфейсов. Тогда он запускает ARP с этого интерфейса, чтобы получить MAC-адрес запрашиваемого хоста. Как только приходит ответ, он заносит информацию в ARP-таблицу.
Это базовый пример того, как работает маршрутизация. Прикладываю ссылку на скачивание.
Усложним немного схему.

На ней представлены 2 рабочие станции и 3 маршрутизатора. Не буду заострять внимание на том, как прописать IP-адрес на интерфейс, а лишь покажу итоговую конфигурацию:

Все устройства сконфигурированы. Теперь проверим связность между PC0 и PC1:

В консоли PC0 вылезает сообщение о недоступности узла. Но ведь все адреса прописаны и добраться можно. В чем же проблема? Переходим в режим симуляции и копаем глубже:
/>
PC0 формирует ICMP-сообщение. Смотрит на IP-адрес назначения и понимает, что получатель находится в другой сети. Соответственно передать надо своему основному шлюзу, а дальше пускай сам разбирается.

Пакет доходит до RT1. Смотрит в Destination IP и сравнивает со своей таблицей маршрутизации.

И вуаля. Совпадений нет. А значит RT1 понятия не имеет, что делать с этим пакетом.

Но так просто отбросить его не может, так как надо уведомить того, кто это послал. Он формирует ответный ICMP с сообщением «Host Unreachable».

Как только пакет доходит до PC0, в консоли высвечивается сообщение «Reply from 192.168.1.1: Destination host unreachable.». То есть RT1 (192.168.1.1) говорит о том, что запрашиваемый хост недоступен.
Выход из ситуации следующий: нужно «сказать» сетевому устройству, как добраться до конкретной подсети. Причем это можно сделать вручную или настроить все сетевые устройства так, чтобы они переговаривались между собой. Вот на этом этапе маршрутизация делится на 2 категории:

• Статическая маршрутизация
• Динамическая маршрутизация

Начнем со статической. В качестве примера возьмем схему выше и добьемся связности между PC0 и PC1. Так как первые проблемы с маршрутизацией начались у RT1, то перейдем к его настройке:

Маршрут прописывается командой ip route. Синтаксис прост: «подсеть» «маска» «адрес следующего устройства».
После можно набрать команду show ip route и посмотреть таблицу маршрутизации:

Появился статический маршрут (о чем свидетельствует код S слева). Здесь много различных параметров и о них я расскажу чуть позже. Сейчас задача прописать маршруты на всех устройствах. Перехожу к RT2:

Обратите внимание, что маршрут прописан не только в 192.168.2.0/24, но и 192.168.1.0/24. Без обратного маршрута полноценной связности не будет.
Остался RT3:

Маршруты на всех устройствах прописаны, а значит PC0 сможет достучаться до PC1 и наоборот PC1 до PC0. Проверим:

Обратите внимание на то, что первые 3 запроса потерялись по тайм-ауту (не Unreachable). Это так CPT эмулирует работу ARP. По сути эти 3 потерянных пакета — это следствие того, что каждый маршрутизатор по пути запускал ARP-запрос до своего соседа. В итоге после всех работ PC0 успешно пингует PC1. Проверим обратную связь:

И с этой стороны все прекрасно.
Ссылка на скачивание.

Теперь на примере таблицы R3 объясню, что она из себя представляет:

Коды (они же легенды) показывают, каким методом данный маршрут попал в таблицу. Их тут много и заострять внимание на все нет смысла (так как ныне не используются). Остановимся на двух — C(connected) и S(static).
Как только мы прописываем IP-адрес и активируем интерфейс, подсеть, к которой он принадлежит, автоматически попадает в таблицу маршрутизации. Поэтому справа от этой строки подписано directly connected и интерфейс, привязанный к этой подсети. Тоже самое с подсетью 192.168.2.0/24. А вот со статически заданным адресом чуть по другому. Подсеть 192.168.1.0/24 не напрямую подсоединена к текущему маршрутизатору, а доступна через 10.0.2.1. А вот этот next-hop уже принадлежит к 10.0.2.0/24 (которая напрямую доступна). Таким образом можно добраться до удаленной подсети, через знакомую сеть. Это может показаться немного запутанным, но именно так работает логика маршрутизатора. Тут еще можно заметить, что в строчке со статическим маршрутом присутствует запись [1/0]. Я чуть позже объясню что это, когда будет разбираться динамическая маршрутизация. Просто на фоне ее эти цифры сразу обретут смысл. А сейчас важно просто запомнить, что первое число — это административная дистанция, а второе — метрика.

Теперь перейдем к разделу динамической маршрутизации. Начну сразу с картинки:

И сразу вопрос: В чем сложность этой схемы? На самом деле ни в чем, до того момента, пока не придется это все настраивать. Сейчас мы умеем настраивать статическую маршрутизацию. И за n-ое количество времени поднимем сеть и она будет работать. А теперь несколько но:

• На одном из маршрутизаторов появилась новая подсеть. Это значит, что нужно на всех маршрутизаторах вручную прописать маршрут до нее.
• Допустим мы из Router0 ходили до Cloud0 по цепочке 0 -> 1 -> 3 -> 2 -> Cloud0. Теперь внезапно сгорел/умер/украли Router3. Соответственно не было запасного пути и доступ до Cloud0 закрыт. Сеть стоит и компания не может работать. Тут придется подрываться и переписать цепочку по 0 -> 1 -> 4 -> 2 -> Cloud0. То есть нет никакого резерва. Если сеть падает, то без админа ничего не решить. Сеть не может сама перестроиться.
• Ну и еще один аргумент, почему строить сеть исключительно на статических маршрутах — зло и не практично. Это, конечно, масштабируемость. Практически любая компания рано или поздно растет, расширяется и сетевых узлов становится все больше. А значит, в конечном итоге, сеть со статическими маршрутами начнет превращаться в ад для сетевого инженера.

Вот на помощь как раз приходит динамическая маршрутизация. Она оперирует двумя очень созвучными понятиями, но совершенно разными по смыслу:

1. Routing protocols (протоколы маршрутизации) — это как раз те протоколы, о которых чуть ниже поговорим. При помощи этих протоколов, роутеры обмениваются маршрутной информацией и строят топологию.
2. Routed protocols (маршрутизируемые протоколы) — это как раз те протоколы, которые мы маршрутизируем. В данном случае — это IPv4, IPv6.

Протоколы динамической маршрутизации делятся на 2 категории:

• IGP (interior gateway protocols) — внутренние протоколы маршрутизации (RIP, OSPF, EIGRP). Гости этого выпуска.
• EGP (external gateway protocols) — внешние протоколы маршрутизации (на сегодня BGP).

Отличий в них много, но самые главные — IGP запускается внутри одной автономной системы (считайте компании), а EGP запускается между автономными системами (то есть это маршрутизация в Интернете. При помощи него автономные системы связываются между собой). Сейчас представитель EGP остался один — это BGP. Я не буду долго на нем останавливаться, так как он выходит за рамки CCNA. Да и по нему лучше делать отдельную статью, чтобы не смешивать и так довольно емкий материал.

Теперь про IGP. Это прозвучит смешно, но и они делятся на несколько категорий:

• Distance-Vector (дистанционно-векторные)
• Hybrid or Advanced Distance Vector (гибридные или продвинутые дистанционно-векторные)
• Link-State (протокол состояния канала)

Начну с дистанционно-векторного. Он, на мой взгляд, самый простой для понимания.
Название ему такое дали не с проста. Дистанция показывает расстояние до точки назначения. Дальностью оперирует такой показатель, как метрика (о чем я упоминал выше). Вектор показывает направление до точки назначения. Это может быть выходной интерфейс, IP-адрес соседа.
Мне этот протокол напоминает дорожный указатель. То есть по какому направлению идти и какое расстояние до точки назначения.
Теперь покажу на практике, как он работает и по ходу детально разберем.

Чтобы не загромождать статью однообразными настройками, я заранее сконфигурировал устройства. А именно прописал IP-адреса и включил интерфейсы. Оставлю под спойлерами настройки:

Router0#show running-config
Building configuration.

Current configuration : 622 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router0
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
no ip address
duplex auto
speed auto
shutdown
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router1#show running-config
Building configuration.

Current configuration : 622 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router1
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.2.2.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
no ip address
duplex auto
speed auto
shutdown
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Единственное, что может показаться новым — это Loopback интерфейсы. Он практически не отличается от других интерфейсов, за исключением того, что не представлен физически и к нему ничего нельзя воткнуть. Он программно создан внутри самого устройства. Такой интерфейс есть и на многих ОС, как Windows и Linux-подобных. На примере он используется для того, чтобы не рисовать множество маршрутизаторов со своими подсетями.
Сейчас таблицы маршрутизации выглядят следующим образом:

То есть у каждого в таблице маршрут общий с соседом (192.168.1.0/24) и недоступный другому соседу (10.1.1.0 и 10.2.2.0 соответственно).
Теперь для связности 2 маршрутизатора должны обменяться своими маршрутными информациями. И вот тут поможет протокол RIP.
Переключаю PT в режим симуляции и перехожу к настройкам:
Router0:

Сразу оговорюсь, что протокол RIP (также как EIGRP и OSPF) не анонсирует подсети таким образом. Он включает протокол на данном интерфейсе. То есть нельзя анонсировать то, что устройство не знает. И замечу, что включена вторая версия протокола и отключено автосуммирование. Изначально RIP был придуман для сетей с классовой адресацией. Поэтому суммирование он выполняет по тем же правилам, что не корректно в применении к бесклассовой. После перехода на бесклассовую адресацию, нужно было изменить работу протокола RIP. И вот во второй версии помимо подсети, передается еще и маска.

На схеме сразу же оба маршрутизатора что-то сгенерировали:

Первый пакет:

Это первый пакет, который генерирует роутер, при включении RIP. Тут важный аспект, что ничего не анонсируется и метрика = 16. (0x10 в шестнадцатиричном значение = 16 в десятичном).

Второй пакет:

А вот этот пакет уже несет полезную информацию.

1) ADDR FAMILY: 0x2 — означает IP протокол. В большинстве случаев это поле не меняется.
2) NETWORK: 10.1.1.0 — подсеть, которая анонсируется.
3) SUBNET: 255.255.255.0 — маска
4) NEXT HOP: 192.168.1.1 — следующий узел для достижимости анонсированной подсети.
5) METRIC: 0x1 — стоимость пути (в данном случае 1).

С обратной стороны придет точно такой же анонс (только будет соответствующая подсеть, nexthop).

В итоге после получения анонсов, таблицы у обоих роутеров будут выглядеть следующим образом:

В таблице появилась пометка с кодом R. То есть получен по протоколу RIP.
Если пустить пинги:

Анонсируемые подсети достижимы. Еще важный аспект, при работе с протоколами маршрутизации — это просмотр сформированной базы. Таблица маршрутизации — это конечный итог, куда заносится маршрут. Посмотреть базу можно командой show ip rip database:

Эта команда полезна, когда маршруты никак не заносятся в таблицу, при этом вроде как RIP включен и настроено все верно. Если маршрута нет в базе, значит он никак не попадет в таблицу и тут надо копать глубже. У циски, к счастью, есть хороший инструмент для дебага, который позволяет практически моментально понять, что происходит. В CPT он урезан и многое не показать, но на реальных железках, он прекрасен.
Например:

Посмотрим, что происходит в RIP:

Сейчас все хорошо. Видно, что приходят/уходят апдейты и записи обновляются. Из за того, что дебажный инструмент обширен, лучше явно указывать что нужно ловить (как представлено выше). Иначе можно достаточно хорошо пригрузить устройство. Важно помнить про команду undebug all. Она отключает весь дебаг на устройстве.

Ссылка на скачивание лабы. Можете добавить еще один маршрутизатор к существующей схеме и связать их через RIP.

Теперь усложним схему и посмотрим в чем преимущество динамической маршрутизации.

Добавился Router2, который соединен с ранее созданными маршрутизаторами и анонсирует подсеть 10.3.3.0/24.

Настраиваются аналогично предыдущему примеру. Поэтому покажу только конфигурации:

Router0#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 736 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router0
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.3.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
router rip
version 2
network 10.0.0.0
network 192.168.1.0
network 192.168.3.0
no auto-summary
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router1#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 736 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router1
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.2.2.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.4.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
router rip
version 2
network 10.0.0.0
network 192.168.1.0
network 192.168.4.0
no auto-summary
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router2#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 736 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router2
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.3.3.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.3.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.4.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
router rip
version 2
network 10.0.0.0
network 192.168.3.0
network 192.168.4.0
no auto-summary
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Итого на Router0 мы имеем следующую таблицу маршрутизации:

Из новых маршрутов — это 10.3.3.0/24, который доступен через 192.168.3.2 (т.е. Router2). И второй маршрут — это 192.168.4.0/24, который доступен через 192.168.1.2 (т.е. Router1) и 192.168.3.2 (т.е. Router2).
Вот в тех случаях, когда маршруты от разных устройств до одной подсети приходят с одинаковой метрикой, оба заносятся в таблицу. Такой случай называют балансировкой или ECMP (Equal-cost multi-path routing).
Если пройтись по нему через traceroute:

То есть меняется next-hop по очереди. Сама тема балансировки заслуживает отдельного внимания, т.к. у балансировки есть несколько стратегий по выбору оптимального пути. Случай, когда балансировка работает по очереди, как в нашем случае — называют Round-Robin.
Посмотрим базу RIP на Router0:

То есть нет никакого запасного маршрута, на случай выхода из строя 192.168.3.2. Теперь переключаю в режим симуляции и смотрю, что произойдет, если отключить на Router0 интерфейс fa0/1:

Видим, что отключился линк на Router0 и Router2. И сразу оба устройства генерируют сообщения:
Router0:

Router1:

Сразу сообщают, что данные маршруты теперь недостижимы. Делают они это, при помощи метрики, которая становится равной 16. Исторически так сложилось, что протокол RIP был рассчитан на работу с 15 транзитными участками. В то время никто не подразумевал, что сеть может быть настолько большой:-). Называется этот механизм Poison Reverse.
Таким образом сосед, получивший такой апдейт должен удалить этот маршрут из таблицы.
Вот, что происходит на Router1:

И самое интересное, что после этого Router1 отправит Router0 следующее:

То есть я больше не знаю о 192.168.3.0/24.

На данный момент таблица на Router0 выглядит следующим образом:

То есть знает о своих подсетях и тех, что анонсировал Router1.
Двигаемся дальше:

Видим, что Router1 генерирует пакет с кучей подсетей и отправляет соседям. В том числе там подсеть 10.4.4.0.
И в таблице Router0 теперь:

Замечу, что в таблице она записана с метрикой 2. Потому что данный маршрут направлен не напрямую от соседа, породившего его, а через транзитный маршрутизатор, который добавил 1.
Проверим доступность:

Пинги проходят, а через traceroute видим, что пакет сначала попадает на Router1, а дальше маршрутизируется на Router2.
То есть видно очевидное преимущество динамического протокола маршрутизации над статическими. При падении линка и наличии резервного пути, топология сама перестроилась. На сегодняшний день мало кто использует данный протокол. И на это есть множество причин. Одна из них — это количество транзитных маршрутов. Вдобавок ко всему — это время сходимости. По умолчанию все маршрутизаторы отправляют друг другу апдейты каждые 30 секунд. Если обновление не приходит в течении 180 секунд, маршрут помечается, как Invalid. А как время простоя доходит до 240 секунд, он удаляется. Конечно таймеры можно подкрутить. Но проблема еще в том, что в большой сети, при наличии проблемы где-нибудь по середине, апдейт с одного конца до другого может просто-напросто не дойти. Хотя он доступен. Есть еще одна проблема. RIP хранит только лучший маршрут. Поэтому когда отключился линк, маршрут пропал и резервного пути не было. А значит, пока никто из соседей не проанонсирует подсеть, она будет недоступной. Это очень ощутимо для сетей, в которых простой стоит дорого. В связи с этим были придуманы протоколы, у которых время сходимости выше и есть резервные пути. О них и поговорим. Хочу также отметить, что RIP — протокол не плохой (уж явно лучше, чем использование только статических маршрутов в растущей сети). Поэтому изучение лучше начать с него. Таким образом концепция динамической маршрутизации уляжется лучше. Да что тут говорить, если Cisco сначала убрала RIP из своих экзаменов, а теперь снова включила.

Теперь перейдем к EIGRP. Если RIP уже давно является открытым протоколом, то EIGRP был проприетарным и работал только на устройствах Cisco. Но в 2016 году Cisco решила все же открыть его, оставив авторство за собой. Ссылка на RFC7868.
Cisco называет его гибридным (имея в виду, что он взял что-то от Distance-Vector, а что-то от Link-State). В отличии от RIP он работает более «умно». В том плане, что у него есть резервные маршруты и он «хранит некую топологию сети» (хотя это верно очень частично).
Оперирует он 3-мя таблицами:

1) EIGRP Neighbor Table: Здесь представлены все напрямую соединенные соседи (то есть кто Next-Hop и с какого интерфейса к нему добраться).

2) EIGRP Topology Table: Здесь представлены все изученные маршруты от соседей (с точкой назначения и метрикой)

3) Global Routing Table: Общая для всех таблица и сюда попадают лучшие маршруты из предыдущей таблицы.

Соберем топологию и запустим на ней EIGRP. Попутно буду рассказывать, что происходит, чтобы совместить минимум теории с максимумом практики.
Топологию возьмем ту же, что и с RIP. На ней настроены все IP-адреса, подняты интерфейсы, но не запущен протокол маршрутизации.

Router0#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 635 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router0
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.3.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router1#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 635 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router1
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.2.2.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.4.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router2#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 635 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router2
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.3.3.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.3.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.4.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Сейчас в маршрутных таблицах роутеров только Connected подсети.
Переходим в настройки EIGRP.

Как описал выше, при включении EIGRP, ему присваивается номер AS. И он должен совпадать на всех соседях. В настройках анонса сети теперь добавляется wildcard маска. Если не вдаваться в подробности — это обратная запись маски (т.е. 0.0.0.255 — это 255.255.255.0). И отключение автосуммирования (наследие классовых сетей).

В итоге видим следующую картину:

Посмотрим, что сгенерировал Router0:

Видим кучу полей и попробуем разобраться, что в них. Мы помним, что RIP был не самым надежным вариантом. Он не понимал какой номер пакета, не было механизма отслеживания, подтверждения и прочего. Да и плюс нижестоящий протокол был UDP, который тоже не имеет механизма надежности. EIGRP вообще работает сразу поверх IP (не используя механизмы транспортного уровня). Поэтому все механизмы по отслеживанию ложатся на его поля.
Из важного: появились флаги, SEQ. NUM (номер отправляемого пакета), ACK.NUM (подтверждение на принятый пакет), номер автономной системы (заданный при создании), и параметры K. Вот тут остановлюсь. В RIP метрика считалась тривиально. Пакет пришел, добавляю единицу и передаю дальше. В EIGRP метрика считается исходя из K значений:

1) K1 — bandwidth (или пропускная способность)
2) K2 — load (загруженность)
3) K3 — delay (задержка)
4) K4 — reliability (надежность)
5) K5 — MTU (Maximum Transmission Unit).

Но как правило, при расчете используются только K1 и K3.
Формула таким образом выглядит:
.
Запоминать ее наизусть не надо. Просто важно понимать, как происходит расчет метрики.
Вот, что происходит, когда пакет доходит до Router0:

К сожалению CPT наглухо тормозит от количества пакетов, поэтому покажу, что происходит в непосредственно таблицах Router0 (в остальных будет аналогично. Поэтому покажу на одном). А после подробно покажу процесс установления соседства в режиме дебага между двумя маршрутизаторами:

1) Neighbor Table:

Из важного. Здесь показан сосед, интерфейс (за которым он находится), hold (таймер, по истечении которого, произойдет разрыв соседства. При получении пакета от соседа, он повышается), uptime (как долго живет соседство), SRTT (время между отправкой и подтверждением), RTO (интервал между отправкой) и номер пакета.

2) Router0#show ip eigrp topology

Тут все просто. Если все хорошо с полученным маршрутом, то он становится Passive. О других полях и их значениях расскажу чуть позже. Сейчас достаточно того, что в данной таблице все хорошо. Из нового — вводится понятие Successor. Successor-ом выбирается тот, у кого наименьшая стоимость до конкретной подсети. Сейчас на каждый маршрут по одному Successor-у и только на маршрут 192.168.4.0 их два. Причем они оба выбраны Successor-ами из за одинаковой метрики (следовательно будет работать балансировка). Теперь обращу внимание на странные числа у каждого Successor-а.
EIGRP при расчете метрики оперирует 2-мя понятиями: Advertised Distance и Feasible Distance. Оба рассчитываются той страшной формулой:

1) Advertised Distance — это анонс стоимости от соседа. То есть сколько стоит от него (соседа) и до точки назначения.
2) Feasible Distance — это стоимость от самого роутера до точки назначения. То есть — это Adverticed Distance + стоимость линка до соседа.

Возьмем для примера запись от маршрута 10.2.2.0:

Число 128256 — это Advertised Distance, а 156160 — это Feasible Distance.
Соответственно, чем меньше Feasible Distance, тем выгоднее маршрут и такой сосед объявляется Successor-ом. После записи о количестве successors, всегда пишется какая FD была выбрана.
На текущий момент он работает приблизительно также, как и RIP. Только почему то метрика стала сложнее и добавилось больше таблиц. Но вот у EIGRP есть несколько фокусов в кармане. Один из них — это Feasible Successor (не путать с Feasible Distance). Это как раз тот самый резервный путь на случай отказа Successor. Сейчас у нас нет резервного пути (например до маршрута 10.2.2.0). Если падает 192.168.1.2, этот маршрут теряется до момента, пока о нем не расскажет другой сосед. Но мы прекрасно знаем, что о нем может рассказать Router2 (пусть и с худшей метрикой). Но EIGRP все же основан на неких правилах, что не позволяет ему так сделать. А правило заключается в следующем:
.
То есть стоимость анонсируемая от Feasible Successor (потенциально backup-роутера) должна быть меньше, чем Feasible Distance Successor (то есть полная стоимость через основного).
Звучит тяжело, но если проще. Взять тот же маршрут 10.2.2.0. Через него FD = 156160. Значит AD от Feasible Successor должна принять любое число меньшее 156160. Причем не важно сколько стоит линк от текущего роутера до соседа (хоть 1000000). Главное, чтобы backup-сосед анонсировал с меньшей метрикой, чем successor. Это правило используется для предотвращения петель.
Чтобы понять, как это работает, внесем изменения в топологию.
Сейчас на Router0 таблица топологии выглядит следующим образом:

Маршрут до 10.2.2.0/24 доступен через 192.168.1.2, что верно, так как Router1 его породил и так добраться быстрее всего. Поэтому Router2 не сможет проанонсировать лучше, так как его AD будет всегда выше.
Теперь переведем скорость интерфейсов между Router0 и Router1 на 10Мбит/с. Таким образом ухудшим канал, и внесем изменения в пересчет топологии.

Таким образом на Router0:

Видим, что до 10.2.2.0 теперь 2 пути, но Successor выбирается тот, у кого FD выгоднее. А выгоднее, через 192.168.3.2 (то есть Router2), так как у него скорость интерфейсов 100Мбит/с, хоть и преодолеть придется 2 хопа. А теперь обратим внимание, почему попали 2 записи в этот маршрут.

А потому что AD у 192.168.1.2 лучше, чем FD у 192.168.3.2 (128256<158720).
И в таблицу маршрутизации попадет маршрут через выбранного Successor-а, то есть 192.168.3.2:

Для теста отказоустойчивости, запустим пинг на 1000 пакетов и в этот момент поотключаем основной канал через 192.168.3.2:

Как видно, линк падал, но пакеты не прекращали ходить. Тем самым резервирование отрабатывало. Это одна из фишек EIGRP.
Вторая фишка — это неэквивалентная балансировка. Как помним, обычная балансировка работает, если 2 маршрута приходят с абсолютно одинаковой метрикой. EIGRP же умеет балансировать маршрутами с разной метрикой.
Проверим на существующей топологии. На Router0 имеем следующее:

Topology Table:

Route Table:

То есть сейчас мы имеем два маршрута до 10.2.2.0/24, но используем всего один (наилучший, исходя из метрики). Чтобы правило заработало, нужно изменить множитель метрики (или с англ. variance).
Правило его работы следующее:
. Иначе говоря стоимость полного пути запасного маршрута должна быть «искусственно» меньше основного.
Сейчас ситуация следующая:

Значит нужно метрику 158720 умножить настолько, чтобы она стала больше 179200. Умножать можно только на целое число, поэтому выберем 2.

Оба маршрута попали в таблицу маршрутизации. Теперь проверим, что балансировка действительно работает:

Балансировка работает.
Ссылка на собранную EIGRP топологию.
И ссылка на топологию с измененной скоростью и балансировкой. Если EIGRP не совсем уложился в голове (а это нормальное явление, если изучаете его впервые), то лучше самому собрать топологию, ориентируясь на статью.

Теперь рассмотрим, как происходит соседство в режиме дебага. Если вы дошли сюда с самой первой статьи и принцип хождения пакетов понятен, то лучше уже учиться со включенным дебагом. В рабочих условиях не будет такого инструмента, чтобы красиво смотреть на пакеты и придется пользоваться другими методами. К счастью, если это циска — то решение с дебагом отличное. Единственное — важно включать не все режимы, а только необходимые. Можно, конечно, отзеркалировать порт и просниффать через wireshark. Но не всегда есть физический доступ к железке.

Итак, топология:

Я просто удалил Router2, отключил интерфейсы, которые были соединены с ним и удалил анонсы маршрутов из EIGRP.

Теперь включаю дебаг на Router0 и наблюдаю:

И еще, что стоит упомянуть — это типы EIGRP сообщений. Их 5:
1) Hello — эти пакеты отправляются на мультикастовый адрес 224.0.0.10 ближайшим соседям. Подтверждения в ответ не требуют. Нужны только для идентификации и своего рода keepalive механизмом.
2) Update — содержат маршрутную информацию. Как только обнаруживаются соседи, маршрутизатор сразу отправляет им данный пакет. После чего соседи заполняют таблицу EIGRP топологии. Может отправляться по мультикастовому адресу или юникастовому. Эти пакеты требуют ответа.
3) Query — пакет запроса потерянного маршрута. То есть когда маршрутизатор теряет запись об этом маршруте и не имеет запасного пути к нему. Может отправляться одному через unicast или группе соседей через multicast.
4) Reply — ответ на Query-запрос. Данный пакет всегда отправляется на unicast-адрес (то есть тому, кто его запросил). Требует подтверждения.
5) ACK — используется для подтверждения Update, Query и Reply пакетов. Всегда отправляется на unicast-адрес.

Помните топологию EIGRP с множеством кодов? Так вот эти коды и отображают состояние и отправляемое сообщение на каждый из маршрутов. Вот так в принципе работает EIGRP.

Переходим к последнему протоколу — это OSPF (англ. Open Shortest Path First). Относится он к группе link state или протокол состояния канала. Если RIP с EIGRP работали более-менее похоже, то OSPF работает совершенно по другому. Если дистанционно-векторные протоколы сравнивались с дорожными указателями, то протоколы состояния канала можно сравнить с дорожным навигатором. В этом как раз и отличие. OSPF сначала строит карту сети, а потом выбирает лучший путь. Да, таким образом он более ресурсозатратный протокол, нежели его коллеги, но на текущий момент это не столь критично, как было лет 25-30 назад.

Итак. Почему Link-State:
1) Link — интерфейс маршрутизатора.
2) State — его состояние и как он подключен к соседям.

Оперирует они:
1) LSA (от англ. link-state advertisements) — это как раз таки объявления, которыми они обмениваются между собой. Ниже их разберем.
2) LSDB (от англ. link-state database) — как раз эти LSA формируют базу. Или ту самую карту сети.

Тут встает вопрос. А хорошо ли то, что каждый маршрутизатор обменивается своей информацией с каждым соседом?!
Представим топологию:

Что если каждый маршрутизатор будет отсылать маршрут каждому из своих соседей?! Мы получим огромный флуд трафика. При этом один и тот же анонс будет зеркалироваться… Подумали в свое время инженеры и решили, что эффективнее держать одного маршрутизатора, которому все остальные будут отсылать уведомления, а он будет ответственным за весь флуд. Тем самым смысл тот же, только трафика будет меньше. А чтобы не случилось ситуации, когда «главный» умирает и вся сеть останавливается, придумали держать запасного маршрутизатора, который, в случае «смерти» основного, возьмет его обязанности на себя.
Маршрутизатор, который берет роль основного на себя, называется DR (от англ. Designated Router), а запасной маршрутизатор называется BDR (от англ. Backup Designated Router).
Такая логика работает автоматически в сетях с множественным доступом, которой и является Ethernet. Если у вас сеть точка-точка (пусть даже Ethernet и соединены друг с другом напрямую), то DR и BDR выбирать не обязательно, так как всего 2 участника (но в Ethernet они все же будут выбраны). Но никто не мешает вам изменить логику OSPF и прописать каждого соседа вручную. Только зачем?)
Так вот после того, как LSDB заполнена, каждый маршрутизатор начинает высчитывать самый выгодный маршрут до каждой подсети. Использует он для этого алгоритм SPF (от англ. Shortest Path First). Лучший подсчитанный маршрут попадает в таблицу маршрутизации.
Давайте перейдем к практике и по ходу разбираться.
Есть схема:

Схема самая простая. Единственное, что новое — это очерчена зона. Я специально ее нарисовал. Дело в том, что OSPF обязательно нужно указывать зону для которой включается протокол. Это сделано для того, чтобы снизить нагрузку в расчетах пути. Как я говорил ранее, протокол появился достаточно давно и для того времени производительность играла большую роль. Сейчас тоже принято делить на зоны. Но сейчас это делается для снижения не нужного трафика.
Зоной по-умолчанию всегда выбирается нулевая. Ее еще называют backbone зоной и не с проста. Если у вас в сети много различных зон, то соединены они должны быть через нулевую. То есть нельзя перейти из 11-ой в 25-ую зону напрямую. Обязательно нужно пройти через нулевую, а из нулевой проследовать в требуемую. Единственный случай, когда можно пройти из зоны в зоны, миновав нулевую — это использование Virtual Link. Почитать о ней можно здесь.
Сейчас у нас 2 маршрутизатора в нулевой зоне. На маршрутизаторах настроены IP-адреса и создан Loopback. Ниже под спойлерами конфиги.

Router0#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 622 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router0
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
no ip address
duplex auto
speed auto
shutdown
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router1#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 622 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router1
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.2.2.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
no ip address
duplex auto
speed auto
shutdown
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Теперь включаю OSPF для интерфейсов FastEthernet0/0 и Loopback1 обоих роутеров:

Конфигурация простая. Указывается подсеть, wildcard маска и номер зоны. После видим сообщения:

Соседство, судя по сообщению установилось. Но, если обратить внимание, то почему то соседство выбрано между адресами из Loopback интерфейсов. Это на самом деле не адрес, а идентификатор или Router ID. Если в самом процессе он явно не указывается, то выбирается автоматически. Если настроены Loopback интерфейсы, то выбирается наибольший IP-адрес из них. Если Loopback не настроены, то выбирается наибольший IP-адрес из обычного физического интерфейса. У нас Loopback был настроен, а значит он и будет выбран RID.
Так как процессы на обоих роутерах одинаковые, покажу на примере Router0:
Так как соседство установлено, посмотрим список соседей.

Видим 10.2.2.1 (Router1). Статус Full (чуть ниже расскажу и об этом), роль BDR (то есть Router0 выбран DR). Его физический IP-адрес и с какого интерфейса доступен.
Теперь посмотрим на базу данных OSPF:

Подробное ее содержание изучается в курсе CCNP Route, поэтому расскажу вкратце. Есть несколько типов LSA-сообщений. В нашей схеме используются только Type1 (Router) и Type2(Network). Первое генерится каждым маршрутизатором в пределах зоны и дальше зоны не уходит. Второй тип генерируется DR-ом и содержит адрес DR и инфу о всех маршрутизаторах в зоне.
Например, так выглядит Type1 с консоли Router0:

То есть LSA каждого маршрутизатора, в которых он сообщает о своих сетях.

А вот так Type2:

То есть как раз адрес DR (кому отправлять свои LSA и список маршрутизаторов в зоне).
И теперь можно посмотреть на таблицу маршрутизации:

Видим букву O (это значит, что маршрут получен из той же зоны, что и данный маршрутизатор). Можно заметить, что в таблицу записан с маской /32. Это потому что адрес из Loopback интерфейса и обычно такие адреса служат для всяких RID и прочих идентификаторов. Это не подсеть, а значит нет смысла анонсировать с тем же префиксом, что и сам интерфейс. Но такое поведение работает не на всех цисках. Поэтому тут надо быть внимательнее. Рядом видим привычную административную дистанцию (у циски это 110, но можно поменять) и метрику, которая равна 2-ум. Здесь метрика считается проще, чем у EIGRP. Формула:
.
Reference Bandwidth — это некое заданное число (здесь по-умолчанию 100). Оно прошито внутри логики и меняется командой auto-cost reference-bandwidth число в настройках OSPF процесса.
А вот Interface Bandwidth берется ровно такое, какая пропускная способность у интерфейса. На нашем интерфейсе это 100, поэтому метрика = 1. Так как Router1 анонсирует уже с метрикой 1, то накладывая свою стоимость в 1-цу, получаем 2.
OSPF для меня в свое время менялся в сложности понимания. Сначала казалось все легко, включил и все работает. Дальше, когда начинаешь углубляться в структуру LSA и как происходит формирование и расчет, теряешься. А после понимания, он снова становится легким. Его понимание приходит только после практики. Поэтому можете потренироваться на этой топологии. Ссылка на нее.
Пару слов по балансировке. Здесь она строго эквивалентная. Нельзя делать, как в EIGRP. Всего в кандидатах может быть до 16 маршрутов, но в таблицу попадут только 4.
Если предыдущая схема понятна, то двигаемся дальше. Добавим еще один маршрутизатор и соединим их, при помощи коммутатора:

Я взял за основу предыдущую, адреса все те же самые, включен OSPF. На Router2 также включен OSPF и настроены адреса согласно схеме. Теперь смотрим, что произошло со стороны того же Router0. Ввожу команду просмотра соседей:

И вижу нового соседа, но с пометкой DROTHER. Это значит, что маршрутизатор Router2 (новый) не является DR или BDR. Обратите внимание, что DR (Router0) установил Full соседство со всеми соседями.
Ввожу нового игрока на поле — Router3:

Единственное, что у него настроено — это IP-адрес 192.168.1.4/24 на FastEthernet 0/0 и включен OSPF. Он тут для наглядности.
Со стороны Router0:

Так как нет адреса на Loopback интерфейсе и не задан вручную RID, выбран адрес с физического интерфейса. А теперь переходим к Router2 и смотрим на его список соседей:

Видим, что с ним у него не Full отношения, а 2Way. Почему не Full? На этом остановлюсь и расскажу про процесс установления соседства. В хорошо работающей сети процесс соседства происходит настолько быстро, что все состояния вы не успеете увидеть. Я только опишу их, для общего понимания:
1) Down — это самый старт, когда маршрутизатор еще не предпринял попытку соседства и ничего в ответ не получает.
2) Init — маршрутизатор переходит в это состояние после отправки Hello-сообщения, до момента получения ответа.
3) 2-WAY — маршрутизатор переходит в это состояние, если получает ответный Hello и видит внутри него свой RID. Это как раз момент установления соседства. В сетях множественного доступа (типа Ethernet) это состояние конечное между «не DR/BDR» маршрутизаторами. Как раз в этом состоянии осталось соседство между Router2 и Router3.
4) ExStart — это состояние выбора DR/BDR. Маршрутизатор с наилучшим RID берет на себя эту роль. Он начинает первым процесс обновления LSDB у всех соседей.
5) Exсhange — состояние, в котором маршрутизаторы отправляют друг другу состояние своих LSDB.
6) Loading — если маршрутизатор видит, что в присланном сообщении есть подсеть, о которой он не знает, он запрашивает информацию о ней. И вот пока запрашиваемая инфа не дойдет до него, он будет висеть в этом состоянии.
7) Full — конечное состояние. Наступает оно в том случае, когда LSDB между соседями синхронизировано.
Стоит упомянуть, что в OSPF есть таймеры соседства. Нужно для того, чтобы узнать жив ли сосед или пора исключить его. Поэтому каждые 10 секунд маршрутизаторы отсылают друг другу Hello-пакеты, чтобы подтвердить свое существование. Если в течении 40 секунд от соседа ничего не поступало, соседство с ним разрывается.
Посмотреть на таймеры и другие параметры интерфейса, на котором включен OSPF, можно командой show ip ospf interface:

Если интересно, как происходит весь процесс установления соседства, откройте топологию по ссылке. Переключитесь в режим симуляции и перезагрузите один из маршрутизаторов. Все сразу особого смысла нет. Скорее быстрее заглючит CPT, нежели получиться разобраться.

И последнее, что стоит рассмотреть из раздела OSPF — это Multiarea OSPF (или многозонный OSPF).

Теперь есть 3 маршрутизатора. Router0 находится в нулевой зоне, Router1 в 0-ой и 1-ой зоне и Router2 в 1-ой зоне. Конфигурация проста. Я оставлю ее под спойлерами:

Router0#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 734 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router0
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
no ip address
duplex auto
speed auto
shutdown
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
router ospf 1
log-adjacency-changes
network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
network 10.1.1.0 0.0.0.255 area 0
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router1#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 693 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router1
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
router ospf 1
log-adjacency-changes
network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 1
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Router2#show running-config
Building configuration…

Current configuration: 734 bytes
!
version 12.4
no service timestamps log datetime msec
no service timestamps debug datetime msec
no service password-encryption
!
hostname Router2
!
!
!
!
!
!
!
!
ip cef
no ipv6 cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
spanning-tree mode pvst
!
!
!
!
!
!
interface Loopback1
ip address 10.2.2.1 255.255.255.0
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.2.2 255.255.255.0
duplex auto
speed auto
!
interface FastEthernet0/1
no ip address
duplex auto
speed auto
shutdown
!
interface Vlan1
no ip address
shutdown
!
router ospf 1
log-adjacency-changes
network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 1
network 10.2.2.0 0.0.0.255 area 1
!
ip classless
!
ip flow-export version 9
!
!
!
!
!
!
!
line con 0
!
line aux 0
!
line vty 0 4
login
!
!
!
end

Отличие от предыдущих схем только в том, что для Router1 и Router2 добавляется другой номер зоны, при включении.
Если посмотреть таблицу маршрутизации c Router0:

То добавились маршруты OIA (или OSPF inter area). То есть маршрут из другой зоны. Если посмотреть базу:

Здесь появился Summary LSA или Type3. Его генерирует маршрутизатор, который находится на границе двух зон. Такой маршрутизатор называют пограничным или ABR (от англ. Area Border Gateway).
Если посмотреть на него поглубже:

То можно заметить, что анонсирует его 192.168.2.1 (это RID Router1).
Если же посмотреть на таблицу маршрутизации со стороны ABR (т.е. Router1):

То для него все маршруты помечены O. Все потому что он находится в обеих зонах и для него они локальны.
А если посмотреть базу:

То тут их больше. Все потому, что у него представлены эти LSA на каждую зону, а также он генерирует Type3 в обе стороны. Для самостоятельного ознакомления лабу можно скачать по данной ссылке.

Таким образом OSPF можно делить на зоны. То есть маршрутизатор видит соседей в своей зоне и просчитывает лучший путь сам. А вот межзоннные маршруты (Type3) диктует ABR. Поэтому на границу чаще ставят производительные маршрутизаторы. На самом деле EIGRP и OSPF уж очень много всего умеют. И заслуживают отдельных статей. Более подробно они разбираются уже в топиках CCNP. Так что для основ достаточно.
В итоге мы разобрались с маршрутизацией и встает вопрос: что использовать? Однозначного ответа тут нет. Если у вас вся сеть построена на цисках, то можно выбирать EIGRP. Если у вас сеть мультивендорная, то тут однозначно OSPF. Да, циска вроде как открыла стандарт, но относительно старые железки (не циски) не получат поддержку этого протокола, да и не на всех новых его внедрят. Более того, могу сказать, что даже в сетях построенных исключительно на цисках, выбирают OSPF. Аргументируя это тем, что OSPF более гибок в настройке, нежели EIGRP. Да и нельзя быть уверенным, что в какой то момент придется ставить сетевое устройство другого вендора. А значит внедрение такого устройства пройдет безболезненно и без перенастройки всей сети.

Подводя итоги, можно сказать, что это самая долгая статья из всех, что я писал. Все потому, что писал я ее больше 2-х лет. Постоянно что-то стопорило ее написание, а когда садился, то не мог сконцентрироваться и написать больше 2-х предложений. Но теперь она написана и можно спокойно выдохнуть. Ее как раз не хватало для основ компьютерных сетей, ведь предыдущие статьи концентрировались в большинстве на L2 уровне. Столь длительное написание привело к тому, что циска уже меняет программу своего экзамена. А значит некоторые темы, которые я хотел далее осветить, уже не актуальны. Поэтому я уберу из содержания будущие темы и буду выкладывать статьи, исходя из актуальности.