Tutto sui router: tipi di router, tabella di instradamento e instradamento IP

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Ruolo e significato dei router nel sistema di rete di computer:

Il nostro precedente tutorial in questo Serie completa di formazione in rete ci ha spiegato Switch Layer 2 e Layer 3 in dettaglio. In questo tutorial vedremo in dettaglio i router.

I router sono ampiamente utilizzati ovunque nella nostra vita quotidiana in quanto collegano le varie reti tutte insieme distribuite su lunghe distanze.

Poiché il nome è autoesplicativo, i router acquisiscono la loro nomenclatura dal lavoro che svolgono, significa che eseguono l'instradamento dei pacchetti di dati dall'estremità sorgente all'estremità di destinazione utilizzando un algoritmo di instradamento nei sistemi di rete dei computer.

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Cosa imparerai:

• Cosa sono i router?
• Tipi di router
  • Caratteristiche dei router
  • Routing IP
• Tabella di instradamento
• Distanza amministrativa
  • Metrico
  • Tipi di protocolli di routing
    • Protocollo del vettore di distanza
    • Link State Protocol
• Funzionamento del router
• Applicazioni dei router
  • Conclusione
  • Lettura consigliata

Cosa sono i router?

Se avessi una compagnia di telecomunicazioni che ha una filiale a Bangalore e un'altra a Hyderabad, per stabilire una connessione tra di loro utilizziamo router ad entrambe le estremità che erano collegati tramite cavo in fibra ottica tramite collegamenti STM a larghezza di banda elevata o collegamenti DS3.

In questo scenario, il traffico sotto forma di dati, voce o video fluirà da entrambe le estremità in modo dedicato tra di loro senza l'interferenza di alcun terzo traffico indesiderato. Questo processo è economico ed efficiente in termini di tempo.

Allo stesso modo, questo router svolge anche un ruolo chiave per stabilire connessioni tra i tester del software, che esploreremo ulteriormente nel tutorial.

Di seguito è riportato lo schema di una rete di router in cui due router, R1 e R2, collegano tre reti diverse.

In questo tutorial, studieremo i vari aspetti, caratteristiche e applicazioni dei router.

Tipi di router

Esistono fondamentalmente due tipi di router:

Router hardware: Questi sono l'hardware con competenza software incorporata distintiva fornito dai produttori. Usano le loro capacità di routing per eseguire il routing. Hanno anche alcune caratteristiche speciali oltre alla funzione di routing di base.

I router Cisco 2900, ZTE ZXT1200, ZXT600 sono l'esempio di router hardware comunemente utilizzati.

Router software: Funzionano allo stesso modo dei router hardware, ma non hanno un box hardware separato. Forse è una finestra, Netware o un server Linux. Questi hanno tutti capacità di instradamento integrate.

Sebbene i router software siano generalmente utilizzati come gateway e firewall nei sistemi di rete di computer di grandi dimensioni, entrambi i tipi di router hanno le loro caratteristiche e il loro significato.

I router software hanno una porta limitata per la connettività WAN e altre porte o schede supportano la connettività LAN, pertanto non possono prendere il posto dei router hardware.

A causa delle caratteristiche integrate del routing, tutte le schede e le porte eseguiranno il routing WAN e altri anche a seconda della configurazione e della capacità.

Caratteristiche dei router

• Funziona sul livello di rete del modello di riferimento OSI e comunica con i dispositivi vicini sul concetto di indirizzamento IP e subnetting.
• I componenti principali dei router sono l'unità di elaborazione centrale (CPU), la memoria flash, la RAM non volatile, la RAM, la scheda di interfaccia di rete e la console.
• I router hanno un diverso tipo di porte multiple come la porta Fast-Ethernet, Gigabit e la porta di collegamento STM. Tutte le porte supportano la connettività di rete ad alta velocità.
• A seconda del tipo di porta necessaria nella rete, l'utente può configurarli di conseguenza.
• I router eseguono il processo di incapsulamento e decapsulamento dei dati per filtrare le interferenze indesiderate.
• I router hanno l'intelligenza incorporata per instradare il traffico in un grande sistema di rete trattando le sottoreti come una rete intatta. Hanno la capacità di analizzare il tipo di collegamento successivo e di saltare ad esso connesso, il che li rende superiori ad altri dispositivi di livello 3 come switch e bridge.
• I router funzionano sempre in modalità master e slave, quindi fornisce ridondanza. Entrambi i router avranno le stesse configurazioni a livello di software e hardware se il master si guasta, lo slave fungerà da master ed eseguirà tutte le sue attività. Salva così il guasto completo della rete.

Routing IP

È la procedura di trasmissione dei pacchetti dal dispositivo finale di una rete al dispositivo finale remoto di un'altra rete. Ciò viene eseguito dai router.

I router ispezionano l'indirizzo IP dell'estremità di destinazione e l'indirizzo dell'hop successivo e in base ai risultati inoltreranno il pacchetto di dati alla destinazione.

Le tabelle di routing vengono utilizzate per scoprire gli indirizzi dell'hop successivo e gli indirizzi di destinazione.

Gateway predefinito: Un gateway predefinito non è altro che un router stesso. Viene distribuito nella rete in cui un host del dispositivo finale non dispone dell'ingresso del percorso dell'hop successivo di una rete di destinazione esplicita e non è in grado di individuare la strada per arrivare a quella rete.

Pertanto i dispositivi host sono configurati in modo tale che i pacchetti di dati che vengono diretti verso la rete remota saranno destinati in primo luogo al gateway predefinito.

Quindi il gateway predefinito fornirà il percorso verso la rete di destinazione al dispositivo host finale di origine.

Tabella di instradamento

I router hanno la memoria interna chiamata RAM. Tutte le informazioni raccolte da una tabella di routing verranno archiviate nella RAM dei router. Una tabella di instradamento identifica il percorso di un pacchetto apprendendo l'indirizzo IP e altre informazioni correlate dalla tabella e inoltra il pacchetto alla destinazione o alla rete desiderata.

Le seguenti sono le entità contenute in una tabella di instradamento:

1. Indirizzi IP e subnet mask dell'host di destinazione e della rete
2. Indirizzi IP di tutti quei router necessari per raggiungere la rete di destinazione.
3. Informazioni sull'interfaccia estroversa

Esistono tre diverse procedure per popolare una tabella di instradamento:

• Sottoreti connesse direttamente
• Instradamento statico
• Routing dinamico

Percorsi collegati: Nella modalità ideale, tutte le interfacce dei router rimarranno nello stato 'inattivo'. Quindi le interfacce su cui l'utente intende implementare qualsiasi configurazione, cambiano innanzitutto lo stato da 'down' a 'up'. Il passaggio successivo della configurazione sarà l'assegnazione degli indirizzi IP a tutte le interfacce.

Ora il router sarà abbastanza intelligente da instradare i pacchetti di dati a una rete di destinazione tramite interfacce attive connesse direttamente. Le sottoreti vengono aggiunte anche nella tabella di instradamento.

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Instradamento statico: Utilizzando il routing statico, un router può raccogliere il percorso verso la rete remota che non è fisicamente o direttamente connessa a una delle sue interfacce.

Il routing viene eseguito manualmente eseguendo un particolare comando che viene utilizzato globalmente.

Il comando è il seguente:

Viene generalmente utilizzato in reti minuscole solo perché necessita di molta configurazione manuale e l'intero processo è molto lungo.

Un esempio è il seguente:

Il router 1 è fisicamente connesso al router 2 sull'interfaccia Fast Ethernet. Il router 2 è anche connesso direttamente alla sottorete 10.0.2.0/24. Poiché la sottorete non è fisicamente connessa al router 1, non riesce a distinguere il modo per instradare il pacchetto alla sottorete di destinazione.

Ora dobbiamo configurarlo manualmente che è il seguente:

• Vai al prompt dei comandi del Router 1.
• Immettere show IP route, la tabella di routing ha il tipo di configurazione seguente.

Router # mostra il percorso IP

C 192.164.0.0/24 è connesso direttamente, FastEthernet0 / 0, C sta per connesso.

• Ora usiamo il comando di route statica per la configurazione in modo che il router 1 possa arrivare alla sottorete 10.0.0.0/24.

Router # conf t

Router (config) # ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 192.164.0.2

Router (configurazione) # exit

Router # mostra il percorso ip

10.0.0.0/24 è subnet, 1 subnet

S 10.0.0.0 (1/0) via 192.164.0.2

C 192.164.0.0/24 è collegato direttamente, FastEthernet0 / 0

S sta per statico.

Nota: il prompt dei comandi del router ha anche molte altre informazioni, ma qui ho spiegato solo quel comando e le informazioni rilevanti per l'argomento.

Routing dinamico: Questo tipo di instradamento funziona con almeno un tipo di protocollo di instradamento è facilitato da esso. Un protocollo di routing viene praticato dai router in modo che possano condividere le informazioni di routing tra di loro. Con questo processo, ciascuno dei router nella rete può apprendere tali informazioni e le distribuirà nella creazione delle proprie tabelle di instradamento.

Il protocollo di routing funziona in modo tale che se un collegamento su cui stavano instradando i dati si interrompe, cambia dinamicamente il loro percorso per il pacchetto di routing, il che a sua volta li rende resistenti ai guasti.

Il routing dinamico inoltre non necessita di alcuna configurazione manuale, il che consente di risparmiare tempo e carico di amministrazione.

Abbiamo solo bisogno di definire le rotte e le loro sottoreti corrispondenti che il router utilizzerà e il resto viene curato dai protocolli di instradamento.

Distanza amministrativa

La rete può utilizzare più di un protocollo di instradamento ei router possono raccogliere informazioni sul percorso sulla rete da varie fonti. Il compito principale dei router è cercare il percorso migliore. Il numero di distanza amministrativa viene praticato dai router per scoprire quale percorso è più adatto per instradare il traffico. Il protocollo che indica la distanza amministrativa con un numero inferiore è più adatto da utilizzare.

Metrico

Considera che il router trova due percorsi distintivi per arrivare all'host di destinazione della stessa rete dallo stesso protocollo, quindi deve prendere la decisione di scegliere il percorso migliore per instradare il traffico e archiviarlo nella tabella di instradamento.

La metrica è un parametro di misurazione che viene distribuito per fissare il percorso più adatto. Ancora una volta più basso sarà il numero di metriche, migliore sarà il percorso.

Tipi di protocolli di routing

Esistono due tipi di protocolli di routing:

1. Vettore di distanza
2. Stato di collegamento

Entrambi i tipi di protocolli di instradamento sopra indicati sono protocolli di instradamento interno (IGP), il che indica che venivano utilizzati per scambiare dati di instradamento all'interno di un sistema di rete autonomo. Mentre Border gateway protocol (BGP) è un tipo di protocollo di routing esterno (EGP) che denota che viene utilizzato per scambiare dati di routing tra due sistemi di rete dissimili su Internet.

Protocollo del vettore di distanza

RIP (Routing Information protocol):RIP è una sorta di protocollo vettoriale di distanza. Secondo il nome, il protocollo di instradamento del vettore di distanza utilizza la distanza per ottenere il percorso più adatto per raggiungere la rete remota. La distanza è fondamentalmente il numero di router esistenti nel mezzo mentre si avvicinano alla rete remota. RIP ha due versioni, ma la versione 2 è più comunemente utilizzata ovunque.

La versione 2 ha la capacità di presentare maschere di sottorete e pratiche multicast per inviare aggiornamenti di routing. Il conteggio del luppolo è praticato come metrica e ha il conteggio amministrativo di 120.

RIP versione 2 lancia le tabelle di instradamento in ogni intervallo di 30 secondi, quindi in questo processo viene utilizzata molta larghezza di banda. Utilizza l'indirizzo multicast 224.0.0.9 per avviare le informazioni di instradamento.

EIGRP (Enhanced interior gateway routing protocol): È un tipo progressivo di protocollo del vettore di distanza.

I vari tipi di aspetti di instradamento che sostiene sono:

• Routing senza classi e VLSM
• Bilancio del carico
• Aggiornamenti incrementali
• Riepilogo del percorso

I router che utilizzano EIGRP come protocollo di instradamento utilizzano l'indirizzo multicast 224.0.0.10. I router EIGRP mantengono tre tipi di tabelle di instradamento che contengono tutte le informazioni necessarie.

La distanza amministrativa di EIGRP è 90 e determina la metrica utilizzando la larghezza di banda e il ritardo.

Link State Protocol

L'obiettivo del protocollo di stato del collegamento è anche simile a quello del protocollo del vettore di distanza, per individuare un percorso più adatto a una destinazione ma implementare tecniche distintive per eseguirlo.

Il protocollo di stato del collegamento non avvia la tabella di instradamento complessiva, al suo posto, avvia le informazioni relative alla topologia di rete per cui tutti i router che utilizzano il protocollo di stato del collegamento dovrebbero avere le statistiche simili sulla topologia di rete.

Questi sono difficili da configurare e richiedono molta memoria e memoria della CPU rispetto al protocollo del vettore di distanza.

Funziona più velocemente di quello dei protocolli del vettore di distanza. Mantengono inoltre la tabella di instradamento di tre tipi ed eseguono il primo algoritmo del percorso più breve per trovare il percorso migliore.

OSPF è una sorta di protocollo di stato del collegamento.

OSPF (apri prima il percorso più breve):

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• È un protocollo di routing senza classi e supporta VLSM, aggiornamenti incrementali, riepilogo manuale del percorso e bilanciamento del carico a parità di costi.
• Solo il costo dell'interfaccia viene utilizzato come parametro metrico in OSPF. Il numero della distanza amministrativa è impostato su 110. Gli IP multicast distribuiti per gli aggiornamenti del routing sono 224.0.0.5 e 224.0.0.6.
• Il collegamento tra router adiacenti che utilizzano il protocollo OSPF viene impostato prima di condividere gli aggiornamenti di routing. Poiché è un protocollo di stato del collegamento, i router non fluttuano l'intera tabella di routing ma condividono solo le statistiche relative alla topologia di rete.
• Quindi ogni router esegue l'algoritmo SFP per determinare il percorso superlativo e lo include nella tabella di instradamento. Utilizzando questo processo la possibilità di errore del ciclo di instradamento è minima.
• I router OSPF inviano i pacchetti hello sull'IP multicast 224.0.0.5 per impostare il collegamento con i vicini. Quindi, quando il collegamento viene stabilito, inizia il routing mobile degli aggiornamenti ai vicini.
• Un router OSPF invia pacchetti di saluto ogni 10 secondi sulla rete. Se non riceve il pacchetto di saluto di ritorno da un vicino entro 40 secondi, proclamerà quel vicino come inattivo. I router per diventare vicini dovrebbero avere alcuni campi comuni come ID sottorete, ID area, ciao e timer intervallo morto, autenticazione e MTU.
• OSPF ha il processo di autenticazione di ogni messaggio. Viene utilizzato per evitare che i router trasmettano false informazioni di routing. Le informazioni false possono portare ad attacchi denial of service.
• Esistono due metodi di autenticazione, MD5 e autenticazione con testo in chiaro. L'MD5 è quello più comunemente usato. Supporta il processo di riepilogo manuale delle rotte fluttuando nelle tabelle di instradamento.

BGP (Border Gateway Protocol):

Finora abbiamo discusso i protocolli di routing interni utilizzati per le piccole reti. Ma per le reti su larga scala, viene utilizzato BGP poiché ha la capacità di gestire il traffico su Internet per le grandi reti.

• Le industrie che utilizzano BGP hanno un numero di sistema autonomo esclusivo che viene condiviso con un'altra rete per stabilire la connessione tra i due sistemi di autogoverno (sistemi autonomi).
• Con l'aiuto di questa joint venture, industrie e fornitori di servizi di rete come gli operatori di telefonia mobile possono fornire le rotte comandate da BGP e grazie a ciò, i sistemi ottengono una maggiore velocità ed efficienza di Internet con una ridondanza superiore.
• Costruisce la valutazione del routing sulla base delle politiche di rete, della serie di regole configurate e dei percorsi di routing e partecipa anche alla conclusione delle principali conclusioni di routing di base.
• BGP crea i suoi vicini mediante la configurazione manuale tra i router per creare una sessione TCP sulla porta 179. Un presentatore BGP invia messaggi di 19 byte ogni 60 secondi ai suoi vicini per stabilire la connessione.
• Il meccanismo di route-map gestisce il flusso delle rotte in BGP. Non è altro che un insieme di regole. Ogni regola spiega, per i criteri specificati equivalenti alle rotte, quale decisione deve essere implementata. La decisione è di scartare la rotta o di fare modifiche di pochi attributi della rotta prima di memorizzarla definitivamente nella tabella di instradamento.
• I criteri di selezione del percorso BGP sono diversi dagli altri. Per prima cosa rileva gli attributi del percorso per le rotte sincronizzate e prive di loop per raggiungere la destinazione nel modo seguente.

Funzionamento del router

• Nella parte hardware del router, i collegamenti fisici vengono effettuati tramite porte di ingresso; conserva anche la copia della tabella di inoltro. Lo Switching Fabric è una sorta di IC (circuito integrato) che dice al router su quale porta di output deve inoltrare il pacchetto.
• Il processore di routing salva la tabella di routing al suo interno e implementa i diversi protocolli di routing da utilizzare per l'inoltro dei pacchetti.
• La porta di uscita ritrasmette i pacchetti di dati al suo posto.

La lavorazione è suddivisa in due piani differenti,

• Piano di controllo : I router mantengono la tabella di instradamento che memorizza tutte le rotte statiche e dinamiche da utilizzare per destinare il pacchetto di dati all'host remoto. Il piano di controllo è una logica che fabbrica una base di informazioni di inoltro (FIB) da utilizzare dal piano di inoltro e contiene anche le informazioni relative all'interfaccia fisica con i router da collegare.
• Piano di inoltro : in base alle informazioni raccolte dal piano di controllo in base ai record nelle tabelle di instradamento, inoltra il pacchetto di dati all'host di rete remoto corretto. Si occupa anche di corrette connessioni fisiche interne ed esterne.
• Inoltro : Come sappiamo, lo scopo principale dei router è connettere grandi reti come le reti WAN. Poiché funziona sul livello 3, prende la decisione di inoltro sulla base dell'indirizzo IP di destinazione e della subnet mask memorizzata in un pacchetto diretto per la rete remota.

• Come da figura, il Router A può raggiungere il Router C tramite due percorsi, uno direttamente attraverso la sottorete B e un altro attraverso il router B utilizzando rispettivamente la sottorete A e la sottorete C. In questo modo, la rete è diventata ridondante.
• Quando un pacchetto arriva al router, prima cerca nella tabella di instradamento per trovare il percorso più adatto per raggiungere la destinazione e una volta ottenuto l'indirizzo IP dell'hop successivo incapsula il pacchetto di dati. Per scoprire il miglior protocollo di routing del percorso viene utilizzato.
• Il percorso viene appreso raccogliendo informazioni dall'intestazione associata a ciascuno dei pacchetti di dati che arrivano a ciascun nodo. L'intestazione contiene le informazioni sull'indirizzo IP dell'hop successivo della rete di destinazione.
• Per raggiungere una destinazione, diversi percorsi sono menzionati nella tabella di instradamento; utilizzando un algoritmo citato utilizza il percorso più adatto per inoltrare i dati.
• Controlla anche che l'interfaccia su cui il pacchetto è pronto per essere inoltrato sia accessibile o meno. Una volta raccolte tutte le informazioni necessarie, invia il pacchetto in base al percorso deciso.
• Il router controlla anche la congestione quando i pacchetti raggiungono qualsiasi speranza della rete a un ritmo maggiore di quello che il router è in grado di elaborare. Le procedure utilizzate sono un tail drop, una diagnosi precoce casuale (RED) e una diagnosi precoce casuale ponderata (WRED).
• L'idea alla base di questi è che il router rilascia il pacchetto di dati quando la dimensione della coda viene superata, ciò che è predefinito durante la configurazione e può essere memorizzato nei buffer. In questo modo il router scarta i pacchetti in arrivo appena arrivati.
• A parte questo, il router decide di scegliere quale pacchetto inoltrare per primo o a quale numero quando esistono più code. Ciò è implementato dal parametro QoS (qualità del servizio).
• Anche l'esecuzione del routing basato su criteri è una funzione dei router. Ciò viene fatto bypassando tutte le regole e le rotte definite nella tabella di instradamento e creando un nuovo insieme di regole, per inoltrare il pacchetto di dati su base immediata o prioritaria. Questo viene fatto sulla base dei requisiti.
• Eseguendo le varie attività all'interno del router, l'utilizzo della CPU è molto elevato. Quindi alcune delle sue funzioni sono svolte da circuiti integrati specifici dell'applicazione (ASIC).
• Le porte Ethernet e STM vengono utilizzate per collegare il cavo in fibra ottica o un altro supporto di trasmissione per la connettività fisica.
• La porta ADSL viene utilizzata per collegare il router all'ISP utilizzando rispettivamente cavi CAT5 o CAT6.

Applicazioni dei router

• I router sono gli elementi costitutivi dei fornitori di servizi di telecomunicazione. Sono utilizzati per collegare apparecchiature hardware di base come MGW, BSC, SGSN, IN e altri server alla rete di posizione remota. Funziona così come una spina dorsale delle operazioni mobili.
• I router vengono utilizzati per distribuire il centro operativo e di manutenzione di un'organizzazione che può essere chiamata centro NOC. Tutte le apparecchiature remote sono collegate con una posizione centrale tramite cavo ottico tramite router che forniscono anche ridondanza operando nella topologia del collegamento principale e del collegamento di protezione.
• Supporta un'elevata velocità di trasmissione dei dati poiché utilizza collegamenti STM a larghezza di banda elevata per la connettività, quindi utilizzati per la comunicazione cablata e wireless.
• I tester del software utilizzano anche router per le comunicazioni WAN. Supponiamo che il manager di un'organizzazione di software si trovi a Delhi e il suo dirigente si trovi in ​​varie altre località come Bangalore e Chennai. Quindi i dirigenti possono condividere i propri strumenti software e altre applicazioni con il proprio manager tramite router collegando i propri PC al router utilizzando l'architettura WAN .
• I router moderni hanno la caratteristica delle porte USB integrate nell'hardware. Hanno una memoria interna con sufficiente capacità di archiviazione. È possibile utilizzare dispositivi di archiviazione esterni in combinazione con router per l'archiviazione e la condivisione dei dati.
• I router hanno la funzione di restrizione dell'accesso. L'amministratore configura il router in modo tale che solo pochi client o persone possano accedere ai dati complessivi del router mentre altri possono accedere solo a quei dati che sono loro definiti per la ricerca.
• Oltre a questo, i router possono essere configurati in modo tale che solo una persona abbia i diritti, ovvero il proprietario o l'amministratore, di eseguire la funzione di modifica, aggiunta o eliminazione nella parte software, mentre altri possono avere solo i diritti di visualizzazione. Ciò lo rende altamente sicuro e può essere utilizzato in operazioni militari e società finanziarie in cui la riservatezza dei dati è una preoccupazione primaria.
• Nelle reti wireless, con l'aiuto della configurazione della VPN nei router, può essere utilizzato nel modello client-server con il quale può condividere Internet, risorse hardware, video, dati e voce essendo distanti. Un esempio è mostrato nella figura sottostante.

• I router sono ampiamente utilizzati dal provider di servizi Internet per inviare dati dalla sorgente alla destinazione sotto forma di posta elettronica, come pagina Web, file vocale, immagine o video. I dati possono essere inviati ovunque nel mondo a condizione che la destinazione abbia un indirizzo IP.

Conclusione

In questo tutorial, abbiamo studiato a fondo le varie caratteristiche, tipi, funzionamento e applicazione dei router. Abbiamo anche visto il funzionamento e le caratteristiche di diversi tipi di protocolli di instradamento utilizzati dai router per trovare il percorso migliore per instradare i pacchetti di dati alla rete di destinazione dalla rete di origine.

Ulteriore lettura => Come aggiornare il firmware sul router

Analizzando tutti i vari aspetti dei router ci siamo resi conto del fatto che i router svolgono un ruolo molto importante nei sistemi di comunicazione moderni. È ampiamente utilizzato quasi ovunque, dalle piccole reti domestiche alle reti WAN.

Con l'uso dei router, la comunicazione a lunga distanza, sia essa sotto forma di dati, voce, video o immagine, diventa più affidabile, veloce, sicura ed economica.

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