Hoje começaremos a estudar roteadores. Se você passou pelo meu curso em vídeo da primeira à 17ª lição, já aprendeu o básico dos switches. Agora estamos mudando para o próximo dispositivo - o roteador. Como você sabe no tutorial em vídeo anterior, um dos tópicos do curso CCNA é chamado Cisco Switching & Routing.
Nesta série, não estudaremos roteadores Cisco, mas consideraremos o conceito de roteamento como um todo. Teremos três tópicos. A primeira é uma revisão do que você já sabe sobre roteadores e uma conversa sobre como isso pode ser aplicado em conjunto com o conhecimento que você adquiriu no processo de estudo de switches. Devemos entender em que consiste o trabalho conjunto de switches e roteadores.
A seguir, examinamos o que é roteamento, o que significa e como funciona e, em seguida, passamos aos tipos de protocolos de roteamento. Hoje eu uso a topologia que você já viu nas lições anteriores.
Analisamos como os dados trafegam pela rede e como é feito um handshake TCP em três etapas. A primeira mensagem enviada pela rede é um pacote SYN. Vamos ver como ocorre um handshake de três estágios quando um computador com um endereço IP 10.1.1.10 deseja entrar em contato com o servidor 30.1.1.10, ou seja, tenta estabelecer uma conexão FTP.
Para iniciar a conexão, o computador cria uma porta de origem com um número aleatório 25113. Se você esquecer como isso acontece, recomendamos que você reveja os tutoriais em vídeo anteriores que abordaram esse problema.
Em seguida, ele coloca o número da porta de destino no quadro, porque sabe que precisa se conectar à porta 21 e, em seguida, adiciona as informações OSI de terceiro nível, ou seja, seu próprio endereço IP e o endereço IP do destino. Os dados pontilhados não são alterados até o ponto final ser alcançado. Tendo alcançado o servidor, eles também não mudam, mas o servidor adiciona às informações de quadro do segundo nível, ou seja, o endereço MAC. Isso ocorre porque os comutadores aceitam apenas informações de segundo nível OSI. Nesse cenário, o roteador é o único dispositivo de rede que considera as informações do terceiro nível; é claro, o computador também trabalha com essas informações. Portanto, o switch só funciona com informações do 2º nível e o roteador - do 3º.
O switch conhece o endereço MAC de origem XXXX: XXXX: 1111 e deseja saber o endereço MAC do servidor que o computador está acessando. Ele compara o endereço IP de origem com o endereço de destino, entende que esses dispositivos estão localizados em sub-redes diferentes e decide usar um gateway para acessar outra sub-rede.
Muitas vezes me perguntam quem decide qual deve ser o endereço IP do gateway. Primeiro, cabe ao administrador da rede criar a rede e fornecer um endereço IP para cada dispositivo. Como administrador, você pode atribuir ao roteador qualquer endereço que esteja no intervalo de endereços permitidos da sua sub-rede, geralmente esse é o primeiro ou o último endereço válido, mas não há regras estritas quanto a sua finalidade. No nosso caso, o administrador atribuiu o endereço do gateway ou roteador 10.1.1.1 e atribuiu à porta F0 / 0.
Ao configurar a rede em um computador com um endereço IP estático 10.1.1.10, você atribui uma máscara de sub-rede 255.255.255.0 e um gateway padrão 10.1.1.1. Se você não usar um endereço estático, o computador usará o DHCP, que atribui um endereço dinâmico. Independentemente de qual endereço IP o computador usa, estático ou dinâmico, um endereço de gateway deve estar presente para acessar outra rede.
Assim, o computador 10.1.1.10 sabe que deve enviar o quadro ao roteador 10.1.1.1. Essa transferência ocorre dentro da rede local, onde o endereço IP não importa, apenas o endereço MAC é importante aqui. Suponha que o computador nunca entrou em contato com o roteador e não sabia seu endereço MAC; portanto, ele deve primeiro enviar uma solicitação ARP, solicitando a todos os dispositivos da sub-rede: “ei, qual de vocês tem o endereço 10.1.1.1? Por favor, me diga seu endereço MAC! ” Como o ARP é uma mensagem de difusão, ele chega a todas as portas de todos os dispositivos, incluindo o roteador.
O computador 10.1.1.12, após receber o ARP, pensa: “não, meu endereço não é 10.1.1.1” e rejeita a solicitação, o computador 10.1.1.13 faz o mesmo. O roteador, após receber a solicitação, entende que está solicitando e envia o endereço MAC da porta F0 / 0 - e todas as portas têm um endereço MAC diferente - para o computador 10.1.1.10. Agora, conhecendo o endereço de gateway XXXX: AAAA, que nesse caso é o endereço de destino, o computador o adiciona ao final do quadro endereçado ao servidor. Junto com isso, ele define o cabeçalho do quadro FCS / CRC, que é um mecanismo para verificar erros de transmissão.
Depois disso, o quadro do computador 10.1.1.10 é enviado por fio ao roteador 10.1.1.1. Após receber o quadro, o roteador exclui o FCS / CRC, usando o mesmo algoritmo que o computador para verificação. Os dados nada mais são do que uma coleção de zeros e uns. Se os dados estiverem corrompidos, ou seja, 1 se tornará 0 ou 0 se tornará um ou se houver um vazamento de dados que ocorre frequentemente ao usar o hub, o dispositivo deverá encaminhar o quadro novamente.
Se a verificação FCS / CRC for bem-sucedida, o roteador examinará os endereços MAC de origem e de destino e os excluirá, pois são informações de nível 2 e vai para o corpo do quadro, que contém informações de nível 3. A partir dele, ele descobre que as informações que o quadro contém são para um dispositivo com um endereço IP 30.1.1.10.
O roteador sabe de alguma forma onde este dispositivo está localizado. Não discutimos esse problema quando consideramos a operação de comutadores, portanto o consideraremos agora. O roteador tem 4 portas, então eu adicionei mais algumas conexões a ele. Então, como o roteador sabe que os dados do dispositivo com o endereço IP 30.1.1.10 precisam ser enviados pela porta F0 / 1? Por que ele não os envia pela porta F0 / 3 ou F0 / 2?
O fato é que o roteador trabalha com uma tabela de roteamento. Cada roteador possui uma tabela que permite que você decida por qual porta transmitir um quadro específico.
Nesse caso, a porta F0 / 0 está configurada para o endereço IP 10.1.1.1 e isso significa que está conectada à rede 10.1.1.10/24. Da mesma forma, a porta F0 / 1 está configurada para o endereço 20.1.1.1, ou seja, está conectada à rede 20.1.1.0/24. O roteador conhece essas duas redes porque elas estão diretamente conectadas às suas portas. Assim, as informações de que o tráfego para a rede 10.1.10 / 24 deve passar pela porta F0 / 0 e para a rede 20.1.1.0/24 devem passar pela porta F0 / 1 são conhecidas por padrão. Como o roteador sabe através de quais portas trabalhar com outras redes?
Vemos que a rede 40.1.1.0/24 está conectada à porta F0 / 2, a rede 50.1.1.0/24 está conectada à porta F0 / 3 e a rede 30.1.1.0/24 conecta o segundo roteador ao servidor. O segundo roteador também possui uma tabela de roteamento, que diz que a rede 30. está conectada à sua porta, denominamos 0/1 e está conectada ao primeiro roteador pela porta 0/0. Esse roteador sabe que sua porta 0/0 está conectada à rede 20. e a porta 0/1 está conectada à rede 30. e não sabe mais nada.
Da mesma forma, o primeiro roteador conhece as redes 40. e 50. conectadas às portas 0/2 e 0/3, mas não sabe nada sobre a rede 30. O protocolo de roteamento fornece aos roteadores informações que eles não possuem por padrão. O mecanismo pelo qual esses roteadores interagem entre si é a base do roteamento, e há roteamento dinâmico e estático.
O roteamento estático é que o primeiro roteador recebe informações: se você precisar se conectar à rede 30.1.1.0/24, precisará usar a porta F0 / 1. No entanto, quando o segundo roteador recebe tráfego de um servidor projetado para o computador 10.1.1.10, ele não sabe o que fazer com ele, porque em sua tabela de roteamento há apenas informações sobre a rede 30. e 20. Portanto, esse roteador também precisa registrar o roteamento estático : se receber tráfego para a rede 10., deverá enviá-lo pela porta 0/0.
O problema com o roteamento estático é que eu tenho que configurar manualmente o primeiro roteador para trabalhar com a rede 30. e o segundo roteador para trabalhar com a rede 10. Isso é simples se eu tiver apenas 2 roteadores, mas quando tiver 10, definir a configuração estática O roteamento leva muito tempo. Nesse caso, faz sentido usar o roteamento dinâmico.
Assim, tendo recebido o quadro do computador, o primeiro roteador examina sua tabela de roteamento e decide enviá-lo pela porta F0 / 1. Ao mesmo tempo, ele adiciona o endereço MAC de origem XXXX.BBBB e o endereço MAC de destino XXXX.SSCC ao quadro.
Após receber esse quadro, o segundo roteador "corta" os endereços MAC relacionados ao segundo nível do OSI e prossegue para as informações do terceiro nível. Ele vê que o endereço IP de destino 30.1.1.10 pertence à mesma rede que a porta 0/1 do roteador, adiciona o endereço MAC de origem e o endereço MAC do dispositivo de destino ao quadro e envia o quadro ao servidor.
Como eu já disse, um processo semelhante é repetido na direção oposta, ou seja, o segundo estágio de handshake é executado, no qual o servidor envia uma mensagem SYN ACK. Antes disso, ele descarta todas as informações desnecessárias e deixa apenas o pacote SYN.
Depois de receber esse pacote, o segundo roteador considera as informações recebidas, as complementa e as envia mais.
Portanto, nas lições anteriores, estudamos como o switch funciona e agora aprendemos como os roteadores funcionam. Vamos responder à pergunta sobre o que é roteamento em um sentido global. Suponha que você encontre uma placa de sinalização instalada em uma rotatória. Você vê que o primeiro ramo leva à base da Royal Air Force Fairfax, o segundo ao aeroporto e o terceiro ao sul. Se você escolher a quarta saída, terminará em um beco sem saída e, após a quinta, poderá dirigir pelo centro da cidade até o Castelo de Braxby.
Em geral, o roteamento é o que faz o roteador decidir para onde direcionar o tráfego. Nesse caso, você, como motorista, deve decidir qual saída do cruzamento deve ser tomada. Nas redes, os roteadores precisam tomar decisões para onde enviar pacotes ou quadros. Você deve entender que o roteamento permite criar tabelas com base em quais roteadores tomam essas decisões.
Como eu disse, há roteamento estático e dinâmico. Considere o roteamento estático, para o qual desenharei três dispositivos conectados entre si, com o primeiro e o terceiro dispositivos conectados às redes. Suponha que uma rede 10.1.1.0 deseje se conectar à rede 40.1.1.0 e entre os roteadores existem as redes 20.1.1.0 e 30.1.1.0.
Nesse caso, as portas dos roteadores devem pertencer a diferentes sub-redes. Por padrão, o roteador 1 conhece apenas as redes 10. e 20. e não sabe nada sobre outras redes. O roteador 2 conhece apenas as redes 20. e 30. porque elas estão conectadas a ele, e o roteador 3 apenas conhece as redes 30. e 40. Se a rede 10. deseja conectar-se à rede 40., devo informar ao roteador 1 sobre a rede 30 .e que, se ele deseja transferir o quadro da rede 40., ele deve usar a interface para a rede 20. e enviar o quadro pela mesma rede 20.
Devo atribuir 2 rotas ao segundo roteador: se ele deseja transferir o pacote da rede 40. para a rede 10., devo usar a porta de rede 20. e transferir o pacote da rede 10. rede 40. - porta de rede 30. Da mesma forma, devo fornecer roteador 3 com informações sobre as redes 10. e 20.
Se você possui redes pequenas, o roteamento estático é muito fácil de configurar. No entanto, quanto mais a rede cresce, mais problemas surgem com o roteamento estático. Imagine que você criou uma nova conexão que conecta diretamente o primeiro e o terceiro roteadores. Nesse caso, o protocolo de roteamento dinâmico atualizará automaticamente a tabela de roteamento do roteador 1, indicando o seguinte: “se você precisar entrar em contato com o roteador 3, use uma rota direta”!
Existem dois tipos de protocolos de roteamento: o protocolo de gateway interno IGP e o protocolo de gateway externo EGP. O primeiro protocolo trabalha com um sistema autônomo separado, conhecido como domínio de roteamento. Imagine que você tem uma organização pequena com apenas 5 roteadores. Se falamos apenas da conexão entre esses roteadores, queremos dizer IGP, mas se você usa sua rede para se comunicar com a Internet, como fazem os provedores de ISP, use EGP.
O IGP usa três protocolos populares: RIP, OSPF e EIGRP. O currículo do CCNA menciona apenas os dois últimos protocolos porque o RIP foi descontinuado. Esse é o mais simples dos protocolos de roteamento, que ainda é usado em alguns casos, mas não fornece a segurança de rede necessária. Essa é uma das razões pelas quais a Cisco excluiu o RIP do curso. No entanto, ainda vou falar sobre isso, porque aprender ajuda a entender o básico do roteamento.
A classificação dos protocolos EGP usa dois protocolos: BGP e o protocolo EGP real. Ao estudar o curso CCNA, consideraremos apenas BGP, OSPF e EIGRP. Você pode considerar a história sobre as informações de bônus do RIP, que serão refletidas em um dos tutoriais em vídeo.
Existem mais 2 tipos de protocolos de roteamento: protocolos de vetor de distância e vetor de distância e protocolos de roteamento de estado do link Link State.
A primeira punção considera os vetores de distância e direção. Por exemplo, eu posso estabelecer uma conexão diretamente entre R1 e R4, e posso fazer uma conexão ao longo do caminho R1-R2-R3-R4. Se estamos falando de protocolos de roteamento usando o método vetorial remoto, nesse caso a conexão sempre será realizada no caminho mais curto. Não importa que essa conexão tenha uma velocidade mínima. No nosso caso, é 128 kbit / s, muito mais lento que a conexão ao longo da rota R1-R2-R3-R4, onde a velocidade é de 100 Mbps.
Considere o RIP do protocolo de vetor de distância. Terminarei a rede 10 na frente da R1 e a rede 40 atrás da R4. Suponha que haja muitos computadores nessas redes. Se eu quiser fazer uma conexão entre a rede 10. R1 e a rede 40. R4, atribuirei o roteamento estático R1 do tipo: “se você precisar se conectar à rede 40., use comunicação direta com o roteador R4”. Nesse caso, nos 4 roteadores, devo configurar manualmente o RIP. A tabela de roteamento R1 informará automaticamente que, se a rede 10. quiser se conectar à rede 40., você deverá usar uma conexão direta R1-R4. Mesmo que a solução alternativa seja mais rápida, o protocolo de vetor de distância ainda selecionará o caminho mais curto com a menor distância de transmissão.
O OSPF é um protocolo de roteamento de estado do canal que sempre analisa o estado das seções da rede. Nesse caso, ele estima a velocidade dos canais e, se vê que a taxa de transmissão de tráfego no canal R1-R4 é muito baixa, escolhe um caminho com uma velocidade maior R1-R2-R3-R4, mesmo que seu comprimento exceda o caminho mais curto. Portanto, se eu configurar o protocolo OSPF em todos os roteadores, ao tentar conectar a rede 40. à rede 10., o tráfego será enviado ao longo da rota R1-R2-R3-R4. Portanto, o RIP é um protocolo de vetor de distância e o OSPF é um protocolo de roteamento de estado de canal.
Há outro protocolo - EIGRP, o protocolo de roteamento proprietário da Cisco. Se falarmos sobre dispositivos de rede de outros fabricantes, por exemplo, Juniper, eles não suportam EIGRP. Este é um excelente protocolo de roteamento que é muito mais eficiente que o RIP e o OSPF, mas só pode ser usado em redes baseadas em dispositivos Cisco. Mais tarde, vou falar mais sobre por que esse protocolo é tão bom. Até agora, observo que o EIGRP combina os recursos de protocolos de vetor de distância e protocolos de roteamento de estado de canal, representando um protocolo híbrido.
No próximo tutorial em vídeo, chegaremos perto de examinar os roteadores Cisco. Vou falar um pouco sobre o sistema operacional Cisco IOS, projetado para switches e roteadores. Espero que nas lições dos dias 19 ou 20, iniciaremos um estudo detalhado dos protocolos de roteamento e mostrarei como configurar os roteadores Cisco usando o exemplo de pequenas redes.
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