Część 3

Ustalanie trasy pakietu IP

Tematy

• co to jest trasowanie (ang. routing)?
• w jaki sposób wybierana jest droga pakietu przez sieć?
• jak wygląda tablica tras?
• czym się różni trasowanie statyczne i dynamiczne?
• jakie błędy mogą powstać na skutek złego trasowania?

Zadanie

1. Którym węzłom wystarczy zdefiniować domyślną trasę, a które wymagają wprowadzenia pozycji dla wielu (wszystkich?) sieci do tablicy tras?
2. Skonfiguruj tablice tras ruterów na dwa sposoby:
   • wykorzystując gdzie tylko się da trasy domyślne;
   • specyfikując dokładne trasy do wszystkich numerów sieci używanych przez firmę;
   wykonując ping pod nieistniejący adres porównaj oba rozwiązania.
3. Na dole strony zostały opisane trzy sytuacje powodujące wysłanie różnych komunikatów ICMP. Skonfiguruj sieć tak, by zaobserwować kolejno każdy z nich. Podpowiedź:
   • komunikat ,,przekroczenie TTL" najłatwiej uzyskać przez pętlę w trasowaniu,
   • ,,przekierowanie" można uzyskać tylko w jednym z segmentów ethernetu.

Mapa

Najważniejsze informacje

Trasowanie to zadanie polegające na wyborze ścieżki w intersieci, po której będzie przesłany pakiet. Komputery, które dokonują takich decyzji nazywają się ruterami. Rutery posiadają wiele interfejsów, a ich działanie polega na przekazywaniu pakietów pomiędzy nimi.

Trasowanie w IP jest procesem rozproszonym. Żaden z komputerów nie ma wpływu na przebieg całej ścieżki datagramu przez sieć. Ruter podejmuje decyzję dotyczącą tylko jednego, następnego etapu (ang.next hop) na drodze pakietu. Datagram można porównać do wędrowca, a rutery do skrzyżowań z drogowskazami, które spotyka on na swej drodze. Informacje zawarte na drogowskazach mogą oczywiście być niekompletne lub sprzeczne, co powoduje określone skutki (wędrowiec umiera z wyczerpania ;-)). Rolę drogowskazu pełni w sieci IP tablica tras.

Tablica tras

• adres sieci - określa sieć, dla której zdefiniowano drogę
• maska podsieci - niezbędna przy stosowaniu podsieci, zawęża adres sieci do podsieci. Uwaga - dokładniejsze trasy (z dłuższą maską) są rozważane wcześniej od innych zdefiniowanych dla danej sieci;
• następny etap - adres IP następnego rutera na drodze pakietu. Pozycja ta jest istotna dla sieci z wielodostępem (np. sieci lokalnych) do których może być dołączonych wiele ruterów;
• interfejs wyjściowy - interfejs, na który należy wysłać pakiet. Często interfejs jest identyfikowany na podstawie adresu IP następnego etapu;
• koszt (metryka) - służy do porównywania tras przez algorytmy trasowania dynamicznego. W zależności od stosowanego protokołu koszt może zależeć od liczby etapów do danej sieci, przepustowości lub obciążenia łączy należących do ścieżki;

Pozycją o szczególnym znaczeniu w tablicy tras jest trasa domyślna (ang. default gateway). Jest ona używana w przypadku, gdy tablica tras nie posiada pozycji, do której pasowałby adres odbiorcy przetwarzanego właśnie pakietu. Jest więc "ostatnią deską ratunku" dla pakietu. Trasa domyślna jest najczęściej używana na komputerach dołączonych do sieci posiadającej tylko jeden ruter. Nie ma potrzeby ustawiania na takich końcówkach pełnej tablicy tras, gdyż i tak wszystkie pakiety nadawane poza lokalną sieć muszą zostać wysłane do rutera. Trasa domyślna może być też ustawiana na ruterach w sytuacji, gdy łączą one odseparowaną sieć lokalną z resztą intersieci za pomocą jednego interfejsu. Stosowanie tras domyślnych wiąże się z pewnym niebezpieczeństwem: powoduje ona na przekazywanie wszystkich pakietów, także zaadresowanych pod nieistniejący adres. Pakiety takie zaśmiecają sieć niepotrzebnie obciążając rutery i łącza. Dodatkowo istnieje niebezpieczeństwo stworzenia pętli (np. dwa rutery na końcach tego samego łącza mają domyślne trasy wskazujące na siebie nawzajem). Używanie tras domyślnych na ruterach wymaga więc zachowania ostrożności i wyważenia pomiędzy prostotą konfiguracji, a wydajnością sieci.

Uzyskiwanie informacji o trasach

Tablica tras zawsze zawiera informacje o sieciach, do których węzeł jest dołączony bezpośrednio. Są one wprowadzane jednocześnie z przypisaniem adresu IP do określonego interfejsu sieciowego. Zawsze istnieje też rekord dla sieci 127.0.0.0 - pętli wewnętrznej IP.

Istnieją generalnie dwie metody uzyskiwania przez węzły informacji o zdalnych trasach:

• trasowanie statyczne - czyli wprowadzanie pozycji do tablicy tras przez administratora.
• dynamiczne wyznaczanie tras - czyli modyfikowanie tablicy tras automatycznie przez specjalne protokoły działające na ruterach i wymieniające informacje o dostępnych sieciach i kosztach dotarcia do nich.

Trasowanie dynamiczne wymaga zastosowania określonego algorytmu do wymiany informacji o dostępnych sieciach. Pozwala to na zwiększenie niezawodności sieci dzięki automatycznemu przesyłaniu pakietów drogami obejściowymi w przypadku awarii łącza. Ułatwia także utrzymanie i rozbudowę sieci, gdyż rutery same wykrywają zmiany jej topologii. Najpopularniejszymi protokołami służącymi do dynamicznego wyznaczania tras są RIP (ang. Route Information Protocol) i OSPF (ang. Open Shortest Path First).

Obsługa błędów związanych z trasowaniem

• W przypadku, gdy ruter nie jest w stanie przesłać dalej pakietu, gdyż nie ma odpowiedniej pozycji w tablicy tras - usuwa go z pamięci i wysyła komunikat ICMP ,,odbiorca nieosiągalny''.
• jeżeli wartość pola TTL pakietu po zmniejszeniu przez ruter osiągnie zero oznacza to, że pakietowi skończyła się długość życia ustalona przez nadawcę. Pakiet taki jest usuwany, a do nadawcy wędruje komunikat ICMP ,,przekroczenie terminu" z typem ,,przekroczony TTL''. Przekroczenie TTL najczęściej wskazuje na istnienie pętli w trasowaniu. Sytuacja taka jest bardzo niebezpieczna z uwagi na łatwe przeciążenie sieci.
• jeżeli ruter stwierdzi, że musi wysłać pakiet przez ten sam interfejs, z którego go odebrał, a jest pierwszym ruterem na drodze pakietu, wysyła do nadawcy komunikat ICMP ,,przekierowanie'' wskazując mu właściwy adres rutera dla danego celu. Węzeł odbierający taki komunikat ma obowiązek zmodyfikować swoją tablicę tras. Modyfikacja taka nie jest trwała i podlega przeterminowaniu. Komunikat ,,przekierowanie'' może się pojawić w sieciach, które posiadają conajmniej dwa rutery.