Marsruutimine¶

Mis on marsruutimine?¶

Eelmises peatükis nägime, kuidas võrgukiht kasutab IP-aadresse ja kuidas ruuter ühendab erinevaid võrke. Aga kuidas ruuter tegelikult otsustab, kuhu pakett saata? Selleks ongi marsruutimine.

Marsruutimine (routing) on protsess, mille käigus ruuter loeb paketi päisest sihtkoha IP-aadressi, otsib oma marsruutimistabelist sobiva kirje ja saadab paketi õigest liidesest välja. Iga ruuter teel teeb sama otsuse — nagu teatepulka andmine jooksus, kus iga jooksja teab ainult oma lõiku.

Mõtle postiljonist: ta ei pea teadma iga maja asukohta kogu riigis. Piisab, kui ta teab, mis suunas on Tallinn, mis suunas Tartu. Täpsustamine toimub samm-sammult — iga vahepeatus toob paketi lähemale. Internet töötab täpselt samamoodi: iga pakett läbib teel kümneid ruutereid ja igaüks teeb ühe otsuse.¹

Marsruutimistabel — ruuteri „kaart"¶

Marsruutimistabel (routing table) on ruuteri „kaart" — seal on kirjas kõik võrgud, mida ruuter teab, ja kuidas nendesse jõuda. Ilma selleta oleks ruuter nagu postiljon ilma aadressiraamatata.

Vaatame päris marsruutimistabelit:

R1# show ip route

Gateway of last resort is 10.0.0.1 to network 0.0.0.0

     10.0.0.0/8 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks
C       10.0.0.0/30 is directly connected, Serial0/0/0
L       10.0.0.2/32 is directly connected, Serial0/0/0

     192.168.1.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks
C       192.168.1.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0
L       192.168.1.1/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0

S    192.168.3.0/24 [1/0] via 10.0.0.1
S*   0.0.0.0/0 [1/0] via 10.0.0.1

Esmapilgul tundub keeruline, aga tegelikult on see lihtne. Iga rida ütleb: „Seda võrku tean ja sinna saab nii." Vaatame kirjete tüüpe.

Routing table koodid¶

Tabel 12.1. Routing table koodid (staatiline marsruutimine)

Kirje lugemine¶

Iga kirje sisaldab kolme olulist osa — kuidas seda lugeda?

S    192.168.3.0/24 [1/0] via 10.0.0.1
│    │               │       │
│    Sihtvõrk+mask   │       Next-hop aadress
Tüüp (Static)    [AD/metric]

Esimene täht ütleb, kust kirje pärineb. Sihtvõrk ja mask ütlevad, milliste aadresside jaoks see kirje kehtib. Nurksulgudes on kaks numbrit: AD (Administrative Distance) näitab, kui usaldusväärne on allikas, ja metric näitab tee „hinda" protokolli sees. Lõpus on next-hop — järgmise ruuteri aadress, kuhu pakett saata.

Connected routes — automaatsed kirjed¶

Connected routes on kõige lihtsamad — need tekivad automaatselt, kui liidesele konfigureeritakse IP-aadress ja liides lülitatakse sisse. Ruuter teab neid võrke, sest tema enda „jalg" on seal.

R1(config)# interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)# no shutdown

Tulemuseks tekivad kaks kirjet:

C    192.168.1.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0
L    192.168.1.1/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0

C ütleb: „Kogu 192.168.1.0/24 võrk on mul otse ühendatud." L ütleb: „192.168.1.1 on konkreetselt minu enda aadress." Connected routes on kogu marsruutimise alus — kõik muu ehitatakse nende peale.

Staatilised marsruudid — käsitsi lisamine¶

Connected routes katavad ainult otse ühendatud võrke. Aga mis saab kaugematest võrkudest? Nendest ei tea ruuter midagi — keegi peab talle ütlema.

Kujuta ette, et R1 on kontor Haapsalus ja R2 on kontor Tallinnas. R1 teab oma kohalikku võrku (192.168.1.0/24) ja näeb linki R2 poole. Aga Tallinna kontori võrku (192.168.2.0/24)? Sellest pole tal aimugi, kuni me ise ütleme.

R1(config)# ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.0.2

See käsk tähendab: „Paketid, mis lähevad võrku 192.168.2.0/24, saada aadressile 10.0.0.2 — tema teab edasi." Nüüd ilmub routing table-sse S-kirje.

Marsruudi eemaldamiseks lisa käsu ette no:

R1(config)# no ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.0.2

Default route — „ükskõik kuhu, saada sinna"¶

Mis siis, kui ruuter saab paketi aadressile, mida ta üldse ei tunne? Vaikimisi hävitab ta selle ja saadab saatjale ICMP Destination Unreachable teate. Aga on parem variant — default route.

Default route on „catch-all" marsruut, mis katab kõik võrgud, mida ruuter ei tea. Aadress 0.0.0.0/0 tähendab sõna otseses mõttes „kõik, mis mujale ei sobi".

R1(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.0.1

Routing table-s ilmub see nii:

Gateway of last resort is 10.0.0.1 to network 0.0.0.0
S*   0.0.0.0/0 [1/0] via 10.0.0.1

Mõtle sellest kui bussijaamast — sa ei pea teadma, kuidas iga linna jõuda. Piisab, kui tead, kus on bussijaam. Bussijaam (default gateway / next-hop ruuter) juba teab edasi.

Default route on eriti kasulik stub-võrkudes — võrkudes, millel on ainult üks väljapääs. Näiteks kontori kogu internetiliiklus läheb nagunii ühe ISP ruuteri kaudu — milleks siis iga internetivõrku eraldi kirjutada?

Longest prefix match — täpseim võidab¶

Aga mis juhtub, kui routing table-s on mitu kirjet, mis kõik sobivad? Kujuta ette, et routing table sisaldab kolme marsruuti:

S    10.0.0.0/8 via 192.168.1.1
S    10.1.0.0/16 via 192.168.1.2
S    10.1.1.0/24 via 192.168.1.3

Saabub pakett aadressile 10.1.1.50. Kõik kolm kirjet sobivad! Kuidas ruuter valib?

Vastus on lihtne: ruuter valib alati kõige pikima maskiga — kõige täpsema — kirje. /24 tähendab, et 24 bitti peavad klappima, ja see on täpsem kui /16 (16 bitti) või /8 (8 bitti). Seega valib ruuter 10.1.1.0/24 via 192.168.1.3.

Seda nimetatakse longest prefix match ja see on marsruutimise üks olulisemaid põhimõtteid. Mõtle sellest kui aadressist: „Eesti" sobib, „Eesti, Läänemaa" on täpsem, „Eesti, Läänemaa, Haapsalu, Kooli 7" on kõige täpsem. Postiljon kasutab alati täpsemat aadressi.

Kui ühtegi vastet ei leita ja default route puudub, hävitab ruuter paketi ja saadab ICMP Destination Unreachable teate.

Dünaamiline marsruutimine¶

Miks mitte ainult staatilised marsruudid?¶

Staatiline marsruutimine töötab hästi väikestes võrkudes — kaks-kolm ruuterit, paar alamvõrku. Aga kujuta ette ettevõtet 50 kontoriga, 200 alamvõrguga. See tähendaks tuhandeid käsitsi lisatud marsruute. Ja kui üks link läheb katki? Administraator peab käsitsi kõik ümber tegema. Öösel. Kell kolm.

Dünaamilise marsruutimise puhul ruuterid „räägivad" omavahel ja jagavad infot automaatselt. Uus võrk lisandub → info levib kõigile. Link katki → ruuterid leiavad ise uue tee. See on nagu vahe paberkaardi ja GPS-i vahel — GPS suunab automaatselt ümber, kui tee on kinni.

Vaatame kolme olulisemat protokolli.

RIP — Routing Information Protocol¶

RIP on vanim ja lihtsaim dünaamiline marsruutimisprotokoll, pärit juba 1988. aastast.³ Ta kuulub distantsvektorprotokollide hulka — see tähendab, et iga ruuter teab ainult „kui kaugel" mingi võrk on ja „mis suunas", aga ei näe kogu pilti. Seda on kirjeldatud ka kui „kuulujuttude levitamist" — naaber räägib oma naabrile, mida on teistelt kuulnud.

RIP kasutab hop count meetrikat — ta loeb lihtsalt, mitu ruuterit on teel. Üks hop = üks ruuter. Lihtne, aga sellel on suur puudus.

Tabel 12.2. RIP omadused

Põhikonfiguratsioon on lihtne — ütled ruuterile, millised võrgud kuulutada:

Router(config)# router rip
Router(config-router)# version 2
Router(config-router)# network 192.168.1.0
Router(config-router)# no auto-summary

version 2 on oluline, sest RIPv1 ei toeta alamvõrgumaske — ta ei erista /24 ja /16 võrke. no auto-summary takistab võrkude automaatset koondamist, mis tekitaks probleeme VLSM-iga.

OSPF — Open Shortest Path First¶

Kui RIP on nagu kuulujutt, siis OSPF on nagu satelliitkaart — iga ruuter ehitab kogu võrgust täieliku kaardi ja arvutab lühima tee Dijkstra algoritmiga.² Seetõttu nimetatakse seda lingi-oleku (link-state) protokolliks.

OSPF kasutab cost meetrikat, mis põhineb lingi kiirusel. Valem on lihtne: cost = 100 000 000 / bandwidth. See tähendab, et kiirem link on alati odavam.

Tabel 12.3. OSPF omadused

OSPF cost-i näited — mida kiirem link, seda väiksem cost:

Tabel 12.4. OSPF cost väärtused

Põhikonfiguratsioon erineb RIP-ist kahe asja poolest: lisandub protsessi ID ja kasutatakse wildcard maski (alamvõrgumaski peegelpilt):

Router(config)# router ospf 1
Router(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0

0.0.0.255 on wildcard mask — arvuta nii: 255 − iga oktett. Alamvõrgumask 255.255.255.0 → wildcard 0.0.0.255. Kõik OSPF ruuterid peavad kuuluma vähemalt area 0-sse (backbone area).

Erinevalt RIP-ist ei saada OSPF perioodiliselt tervet marsruutimistabelit, vaid ainult muudatuste teateid — kui midagi muutub, saadetakse kiiresti üks teade. See on palju efektiivsem ja kiirem.

EIGRP — Enhanced Interior Gateway Routing Protocol¶

EIGRP on Cisco loodud protokoll, mis ühendab mõlema eelmise parimad omadused.⁴ Ametlikult nimetatakse seda hübriidprotokolliks. EIGRP kasutab bandwidth ja delay meetrikat ning hoiab meeles varuteid — kui peamine tee katkeb, lülitub ta varulahendusele sekunditega, ilma kogu võrku ümber arvutamata.

Tabel 12.5. EIGRP omadused

Router(config)# router eigrp 100
Router(config-router)# network 192.168.1.0
Router(config-router)# no auto-summary

Kolme protokolli võrdlus¶

Millal mida kasutada? Lihtne reegel: RIP on õppimiseks, OSPF on ettevõtetele, EIGRP on Cisco-spetsiifiline aga väga kiire.

Tabel 12.6. Dünaamiliste protokollide võrdlus

Administrative Distance ja metric¶

Nüüd keerulisem küsimus: mis juhtub, kui erinevad allikad teavad sama võrku? Näiteks staatiline marsruut ütleb „192.168.3.0 on sealpool" ja OSPF ütleb sama, aga teist teed. Keda usaldada?

AD — allikate usaldusväärsus¶

Selleks on Administrative Distance — iga allika jaoks fikseeritud usaldusnumber. Mida madalam, seda rohkem usaldatud. Connected (otse ühendatud) on alati number 1, sest oma silmaga näed — see võrk on tõesti siin.

Tabel 12.7. Administrative Distance väärtused

Kui OSPF (AD=110) ja RIP (AD=120) mõlemad teavad sama võrku, võidab OSPF, sest 110 < 120. See on nagu usaldushierarhia: oma silmad > kaart > naabri soovitus > kuulujutt.

Metric — tee hind protokolli sees¶

Kui mitu marsruuti tulevad samast protokollist, siis AD on sama. Sel juhul võrreldakse meetrikat — tee „hinda". Madalam metric = parem tee.

Näide: kaks OSPF marsruuti samasse võrku — üks cost 10, teine cost 25. Ruuter valib cost 10, sest odavam tee on parem.

Routing table koodid koos dünaamilistega¶

Nüüd tunned kõiki koode, mis routing table-s ette tulevad:

Tabel 12.8. Routing table koodid

Vaatame näidet, kus kõik koos:

C    192.168.1.0/24 is directly connected, G0/0
S    192.168.2.0/24 [1/0] via 10.0.0.2
O    192.168.3.0/24 [110/20] via 10.0.0.3
D    192.168.4.0/24 [90/156160] via 10.0.0.4

Nurksulgudes on alati [AD/metric] — esimene number ütleb, kust info tuli, teine ütleb, kui „kallis" tee on.

Staatiline vs dünaamiline — millal mida?¶

Tabel 12.9. Staatilise ja dünaamilise marsruutimise võrdlus

Praktikas kasutatakse tihti mõlemat koos: dünaamiline protokoll haldab sisesuhtlust ja staatiline default route suunab kõik muu internetti.

Kokkuvõte¶

Marsruutimine on protsess, kus ruuter valib pakettidele parima tee marsruutimistabeli põhjal. Connected routes tekivad automaatselt, kui liidesele antakse IP-aadress. Staatilised marsruudid lisab administraator käsuga ip route ja need peavad olema mõlemas suunas. Default route (0.0.0.0/0) katab kõik tundmatud võrgud — eriti kasulik stub-võrkudes. Longest prefix match tagab, et ruuter valib alati täpseima kirje.

Dünaamilised protokollid automatiseerivad marsruutide levitamist: RIP loeb hop-e ja on lihtne aga aeglane, OSPF arvutab lühima tee lingi kiiruse põhjal ja on ettevõtete standard, EIGRP on Cisco hübriidprotokoll, mis taastub kõige kiiremini. Ruuter valib esmalt madalama AD-ga allika, seejärel madalama meetrikaga tee.

Enesekontroll¶