Sieci komputerowe – Laboratorium

wiczenie 3

Cel wiczenia

Celem wiczenia jest zapoznanie z trasowaniem pakietów w sieciach IP.

Wprowadzenie – routing

Trasowanie (routing) jest to sposób, w jaki urz dzenia sieciowe (routery) decyduj gdzie

wysła pakiet. Odbywa si to poprzez identyfikacj sieci do której ma zosta przesłany pakiet

na podstawie adresu docelowego, a nast pnie skierowanie go w odpowiednim kierunku. Je eli

sie wysyłaj ca pakiet i sie odbieraj ca nie s siaduj ze sob bezpo rednio pakiet po drodze

mo e przej przez wiele routerów po rednicz cych.

Ka dy router utrzymuje swoj tablic routingu. Jest to tablica kojarz ca numery portów

routera z adresami docelowymi dla pakietów. Dzi ki niej router wie, gdzie wysła odebrany

pakiet aby dotarł do adresu przeznaczenia, b d te , gdy adresu tego nie zna, mo e pakiet

odrzuci .

Trasowanie w którym tablica routingu zawiera informacje o trasowaniu raz ustawione przez

operatora i niezmienne podczas pracy routera nazywa si trasowaniem statycznym.

Trasowanie takie jest jednak kłopotliwe w wi kszych sieciach, gdy wymaga du ego nakładu

pracy administratora przy konfiguracji sieci i przy wprowadzaniu zmian w jej topologii, oraz

nie jest w stanie samodzielnie reagowa na zmiany zachodz ce w sieci (np. awarie niektórych

ł czy).

Protokół dynamicznego trasowania RIP

Informacje ogólne

Celem istnienia dynamicznego protokołu trasowania jest po prostu dostarczenie informacji

niezb dnej do prawidłowego przeprowadzenia trasowania. Ma on jednak t przewag nad

trasowaniem statycznym, e dzi ki niemu wi kszo mudnej pracy wykonywanej

dotychczas przez administratora wykonuj routery, które po wst pnej konfiguracji same

wymieniaj si mi dzy sob informacjami o znanych im sieciach korzystaj c wła nie z

protokołu dynamicznego trasowania. Ponadto bez pomocy operatora potrafi wykry fakt

niedost pno ci tras spowodowany przez awari b d dopasowa si do zmian w topologii

sieci.

Protokół RIP (Routing Information Protocol) jest przeznaczony do pracy w sieciach o

redniej wielko ci. Jest protokołem wewn trznego routingu (IGP – Interior Gateway Protocol)

– co oznacza, e wykonuje trasowanie w obr bie pojedynczego autonomicznego systemu,

podczas gdy protokoły zewn trzne (EGP – Exterior Gateway Protocol) wykonuj trasowanie

pomi dzy ró nymi autonomicznymi systemami. Wywodzi si on od programu routed

doł czanego do systemu Unix opracowanego w Uniwersity of California w Berkeley (4BSD).

Program routed powstał na podstawie bada przeprowadzonych w Palo Alto Research Center

(PARC) firmy Xerox Corporation, jest jednak jego uogólnieniem na wiele rodzin sieci. Został

on przyj ty do powszechnego u ytku jeszcze przed powstaniem formalnego standardu, który

powstał w czerwcu 1988 roku w formie dokumentu RFC 1058 opublikowanego przez

Network Working Group. Protokół ten jest oparty na algorytmie wektora odległo ci zwanym

te algorytmem Ford-Fulkerson’a lub cz ciej Bellman-Ford’a.

Sposób działania protokołu

Działanie protokołu Routing Information Protocol polega na utrzymywaniu przez ka dy

router swojej tablicy routingu, wysyłaniu do innych routerów da z zapytaniem o ich

tablice routingu i na podstawie otrzymanych odpowiedzi uaktualnianiu swoich tras routingu,

co pozwala im pozna topologi sieci.

Routery musz wysyła w ci le okre lonych przedziałach czasu (zazwyczaj co 30 sekund),

a tak e w wypadku wykrycia zmian w topologii sieci, informacje o swojej obecno ci i

u ywanej przez nich trasie routingu do innych routerów. Aby poprawnie reagowa na zmiany

w topologii sieci ka da trasa w tabeli routingu musi posiada mechanizm umo liwiaj cy jej

usuni cie w przypadku np. awarii ł cza. W protokole RIP rol tak spełnia mechanizm

licznika wa no ci czasu trasy, po którego upływie trasa jest oznaczana jako niewa na i nie

jest dalej u ywana, dopóki nie zostanie zaoferowana routerowi ponownie.

RIP przy uaktualnianiu tabeli trasowania na podstawie informacji otrzymanych od innych

routerów zapami tuje jedynie najlepsz otrzyman tras . Kryterium jako ci trasy jest miara

korzystaj ca z algorytmu wektora odległo ci. Miara wskazuje liczb przej mi dzy routerami

konieczn do osi gni cia adresu docelowego. Jest to wi c liczba „skoków” jakie wysłany

pakiet wykonuje na swojej drodze do celu. Trasa z miar o mniejszej warto ci jest lepsza od

trasy o wi kszej warto ci miary odległo ci, gdy przy przesyłaniu pakietu po redniczy mniej

urz dze . Koszt bezpo redniego poł czenia jest ustalany jako równy 1, przej cie pakietu

przez 2 routery jako 2 itd. Maksymalna mo liwa warto miary wynosi 15 skoków. Warto

16 oznacza odległo równ niesko czono ci i trasy z tak warto ci staj si nieosi galne.

Mechanizm taki pozwala na unikni cie problemów z zap tleniem trasy, jednak e ogranicza

wielko sieci do 15 routerów dla ka dej z tras.

Router otrzymuj c pakiet z uaktualnieniem dodaje jedynk do miary oferowanej trasy

(koszt poł czenia równy 1 – w rozszerzonej implementacji RIP warto t mo e zdefiniowa

administrator) i wpisuje zmian do swojej tablicy routingu je eli trasy o danym adresie nie

posiada, b d te wyliczona warto miary jest mniejsza od istniej cego wpisu (czyli

znaleziono tras lepsz od aktualnie obowi zuj cej), oraz oczywi cie obliczona warto miary

nie jest wi ksza od 15. Po dokonaniu aktualizacji rozsyła informacj o niej do innych

routerów.

Przy zało eniu, e topologia sieci jest niezmienna, taka procedura zawsze prowadzi do

zbie no ci przy uaktualnianiu tras routingu w sko czonym czasie. Jednak je eli podczas

procesu uaktualniania tras zachodz zmiany w topologii sieci to mog wyst pi problemy.

Gdy zmiany nast puj szybko po sobie sie mo e nie mie wystarczaj cej ilo ci czasu na

zako czenie procesu ustalania wymaganych tras routingu dla danej topologii a musi

rozpocz dostosowywanie si do nowej.

Obsługa programu

Opcje menu i przyciski steruj ce

W menu programu mamy nast puj ce opcje do wyboru: Plik, Widok, Konfiguracja oraz

Pomoc.
W menu Plik wyst puj nast puj ce opcje:

Nowy

Tworzy now sie nie zawieraj c adnych elementów sieciowych. Je eli

wcze niej utworzono lub wczytano sie , zostanie ona usuni ta i zast piona

now , pust .

Otwórz

Otwiera sie zapisan wcze niej do pliku.

Zamknij

Usuwa aktualn sie i na jej miejsce tworzy now , pust .

Zapisz

Zapisuje do pliku bie c sie .

Zako cz

Zako czenie pracy z programem.

W menu Widok wyst puj nast puj ce opcje:

Okno informacji o pracy sieci

Po zaznaczeniu wy wietla dodatkowe okno, w

którym mo na zobaczy podstawowe informacje o

działaniu sieci

Pasek narz dzi

Pokazuje

lub

ukrywa

pasek

narz dzi

umo liwiaj cy operacje na sieci

Zmie kolor 1

Zmienia kolor linii wy wietlany gdy linia nie jest

obci ona.

Zmie kolor 2

Zmienia kolor linii wy wietlany gdy linia jest

obci ona w 100%. Po rednie warto ci kolorów

pokazuj po rednie obci enie.

W menu Konfiguracja wyst puj nast puj ce opcje:

Zmie rozmiar sieci

Zmienia ilo pól wirtualnej sieci. Domy lnie

jest to 10 na 6 pól.

Zapisz przebieg symulacji do pliku.

Mo liwe opcje: Wszystko, Linie, Routery,

Sieci LAN, Czas symulacji

Zapisuje w pliku c:\debug.rrr informacje o

działaniu

urz dze

podczas

trwania

symulacji. Mo na zapisywa informacje

generowane przez linie, routery, sieci LAN, a

tak e upływaj cy czas symulacji.

Zapisz ustawienia

Zapisuje

wszystkie

wcze niej

podane

ustawienia w katalogu, w którym znajduje si

plik wykonywalny symulatora do pliku

RouterEmu1.cfg

Wczytaj ustawienia

Wczytuje ustawienia zapisane w pliku

RouterEmu1.cfg z katalogu, w którym

znajduje si plik wykonywalny symulatora.

W menu Pomoc wyst puje tylko jedna opcja:

O programie. Pokazuje ona informacje o

autorze programu.
Pasek narz dzi programu jest przedstawiony na rysunku 1.

RYSUNEK 1. Pasek narz dziowy programu.

Przykłady eksperymentów

Trasowanie statyczne

Pierwszym przykładowym wiczeniem laboratoryjnym b dzie ustawienie trasowania

statycznego dla prostej sieci w której wyst puj trzy routery. Z menu Plik wybieramy Otwórz

i wskazujemy plik „trasowanie statyczne 1.rem”. Na ekranie poka e nam si wczytana sie

(rysunek 2).

RYSUNEK 2.

Uruchamia i zatrzymuje symulacj

Usuwa wskazane urz dzenie

Wstrzymuje i wznawia prac urz dzenia

Wstawia Router

Wstawia sie lokaln

Ł czy dwa urz dzenia liniami

Sie jest ju wst pnie skonfigurowana – ka da sie posiada ustawiony adres, linie maj

ustawion przepustowo , a w routerach ustawiono trasowanie statyczne oraz adresy

routerów.

Sieci lokalne maj adresy od 192.168.1.0 do 192.168.6.0, a routery 192.168.10.1,

192.168.10.2 oraz 192.168.10.3. Sie lokalna o adresie 192.168.5.0 posiada zdefiniowane 2

zadania:

wysłanie 100 pakietów o rozmiarze 1024 bajtów do sieci 192.168.3.0
wysłanie 300 pakietów o rozmiarze 512 bajtów do sieci 192.168.2.0

Nale y tak skonfigurowa routery, aby mo liwa była wymiana informacji mi dzy

wszystkimi sieciami oraz aby wszystkie pakiety trafiły do sieci docelowych.

Klikamy prawym guzikiem myszy na router 192.168.10.1 (adres urz dzenia wy wietli nam

si w trzeciej kolumnie pasku stanu po najechaniu mysz na urz dzenie). Poka e nam si

okno konfiguracji routera (rysunek 3).

RYSUNEK 3.

Wpisujemy odpowiednie warto ci w polu adres i maska sieci. Aby zobaczy , który port

odpowiada danej linii wystarczy spojrze na rysunek sieci. Numery portów s wy wietlane na

liniach w pobli u routera. Tabela trasowania powinna wygl da nast puj co (rysunek 4):

RYSUNEK 4.

Adres 0.0.0.0 oznacza adres domy lny w sieci. Wszystkie pakiety o nieznanym adresie

ródłowym zostan przesłane na ten wła nie port urz dzenia.

Jednemu portowi routera mo na przypisa wiele adresów docelowych. Robi si to klikaj c

prawym klawiszem myszy w polu wpisywaniu adresu. Pojawi si wtedy podmenu (rysunek

5):

RYSUNEK 5.

Wystarczy wtedy wybra opcj wstaw tras poni ej. W dodanym wierszu mo na ju wpisa

warto adresu i maski.

Po uzupełnieniu tabel trasowania dla wszystkich trzech routerów nale y nacisn na

przycisk rozpoczynaj cy symulacj znajduj cy si po lewej stronie ekranu na pasku

narz dziowym. Je eli pasek narz dziowy jest niewidoczny nale y w menu Widok zaznaczy

opcj Pasek narz dzi. Rozpocznie si symulacja. Sieci wysyłaj ce w danej chwili pakiety

maj kolor czerwony, odbieraj ce – zielony, a bezczynne – niebieski.

RYSUNEK 6.

Kolor linii na rysunku 6 oznacza stopie jej wykorzystania: od najciemniejszego (linia

nieu ywana) do najja niejszego (linia wykorzystywana w 100%). Kolory mo na jednak

zmieni korzystaj c z menu Widok i opcji Zmie kolor 1 oraz Zmie kolor 2.
W trakcie działania mo na wy wietli okno informacji o pracy sieci. Dokonuje si tego

poprzez zaznaczenie opcji Okno informacji o pracy sieci w menu Widok.
Sie lokalna informuje o zako czeniu wykonywania ka dego zadania przez wy wietlenie

komunikatu, jak np. na rysunku 7:

RYSUNEK 7.

Ponadto po zako czeniu symulacji (tj. gdy wszystkie urz dzenia w sieci zako cz

wykonywa swoje zadania) ka da z sieci poka e podsumowanie o pakietach odebranych z

innych sieci w trakcie symulacji (rysunek 8):

RYSUNEK 8.

Aby ponownie rozpocz symulacj , nale y ponownie wczyta plik sieci.
Przykładowe rozwi zanie zadania znajduje si w pliku „trasowanie statyczne 2.rem”.

Trasowanie dynamiczne

Pokazany wcze niej przykład trasowania statycznego pokazuje, e nawet w niewielkiej sieci

konfiguracja tabel trasowania mo e zaj du o czasu. Ponadto trasowanie statyczne nie

potrafi dostosowa si do zmian zachodz cych w sieci (np. czasowej niedost pno ci

niektórych ł czy). Problem ten rozwi zuje trasowanie dynamiczne. W programie RouterEmu

zastosowano trasowanie dynamiczne w oparciu o protokół RIP w wersji 1.
Wczytujemy plik „trasowanie dynamiczne 1.rem”. Otrzymamy sie z sze cioma routerami

oraz dwiema sieciami lokalnymi. Routery maj adresy od 192.168.10.1 do 192.168.10.6, a

sieci adresy 192.168.1.0 i 192.168.2.0.
Wybieramy router 192.168.10.1. ma on ju jedn tras zdefiniowan – tras do sieci

bezpo rednio z nim podł czonej 192.168.1.0. wybieramy opcj Typ routingu: Dynamiczny

(RIP v1) a nast pnie w polu Stała wpisujemy liter T. Ustawi to metryk dla danego wpisu

jako niezmienn (patrz rysunek 9).

RYSUNEK 9.

Identycznie post pujemy z routerem 192.168.10.5, z tym, e ustalamy na stałe metryk trasy

192.168.2.0.
Wida teraz, e zmienione routery maj zielony napis RIP na swoich ikonach.
Nast pnym krokiem jest ustawienie we wszystkich pozostałych routerach routingu

dynamicznego RIP identycznie jak w przypadku dwóch wcze niejszych. Jednak nie ustalamy

w nich na stałe adnej z metryk.
Konfiguracja routerów jest zako czona. Przywołuj c poprzednie wiczenie mo na porówna

poniesiony nakład pracy: maj c dwa razy wi cej urz dze wykonali my kilka razy mniej

czynno ci. Wszystko to, czego sami nie podali my, routery przeka sobie same.
Teraz wł czamy symulacj . Pocz tkowo wida , e przez pierwsze 30 sekund czasu symulacji

sie 192.168.1.0 wysyła pakiety do routera 192.168.10.1, jednak nie przechodz one dalej. Po

chwili jednak routery ustalaj mi dzy sob trasy i wida , e pakiety z sieci 192.168.1.0

dochodz do 192.168.2.0 i s przez t sie odbierane (rysunek 10).

RYSUNEK 10.

Teraz czasowo wstrzymujemy symulacj poprzez ponowne naci ni cie przycisku

Start/Stop. Zobaczymy jak sie si zachowa w przypadku awarii jednego z ł czy. Wybieramy

ikon narz dzia Wstrzymaj urz dzenie a nast pnie klikamy na linii ł cz cej routery

192.168.10.1 i 192.168.10.5 (tej przez któr przebiega transmisja pakietów pomi dzy dwoma

sieciami). Sie powinna wygl da jak ta na rysunku – linia wył czona jest oznaczona lini

przerywan (patrz rysunek 11). Nast pnie ponownie uruchamiamy symulacj .

RYSUNEK 11.

Po chwili sie dostosuje si do nowych warunków i wybierze tras doln (rysunek 12):

RYSUNEK 12.

Sie dostosowała si do nowych warunków i transmisja pakietów przebiega poprawnie,

chocia po drodze cz

pakietów zgin ło (mo na to obserwowa gdy mamy wł czone Okno

informacji o pracy sieci. Co jednak, gdy uszkodzimy jakie ł cze na tej nowej trasie?

Zatrzymujemy symulacj i wył czamy lini ł cz c routery 192.168.10.5 i 192.168.10.6.

ponownie uruchamiamy symulacj . Zgodnie z oczekiwaniami sie dostosowuje si do

nowych warunków i trasa pakietów wiedzie teraz przez 5 routerów: 192.168.10.1,

192.168.10.2, 192.168.10.3, 192.168.10.4 i192.168.10.5 (rysunek 13).

RYSUNEK 13.

Co si jednak stanie, gdy ł cze bezpo rednie pomi dzy 192.168.10.1 a 192.168.10.5 znowu

zacznie działa poprawnie? Zatrzymujemy symulacj i wł czamy t lini , po czym

wznawiamy symulacj .
Jak wida na rysunku 14 sieci trasa pakietów wiedzie teraz, tak jak na pocz tku, przez dwa

tylko routery: 192.168.10.1 i 192.168.10.5.

RYSUNEK 14.

Dzi ki protokołowi RIP routery ustaliły najlepsz tras jako t o najmniejszej liczbie

po redników i dlatego te trasa przez te dwa routery została przywrócona jako aktywna

(mimo istnienia dobrej trasy przez wi ksz liczb routerów). Wł czenie linii pomi dzy

192.168.10.5 i 192.168.10.6 nic ju nie zmieni w trasowaniu pakietów, poniewa trasa ta do

dotarcia z 192.168.1.0 do 192.168.2.0 u ywa trzech routerów, a nie dwóch.

Opracowano na podstawie pracy magisterskiej Roberta Kanii