Architettura di un Router Cisco

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1 Cisco Routers 1

2 Architettura di un Router Cisco Un Router CISCO è un apparato di livello 3 ovvero in grado di provvedere all inoltro dei Pacchetti o Datagram sulla base delle informazioni contenute nell Header di Rete. E formato da interfacce di rete di differente tipologia. Un router utilizza infatti: Interfacce Ethernet: per interfacciarsi con apparati LAN come ad esempio switch, bridge, hub ecc. Interfacce di tipo Seriale: per interfacciarsi con apparati WAN come ad esempio CSU/DSU 2

3 Come visto nei moduli precedenti le funzioni tipicamente richieste in una infrastruttura di rete sono: Switching Routing Servizi telefonia VOIP Cisco è in grado di implementare tutte queste funzionalità su un unico apparato Router. Per enfatizzare ciò si è soliti parlare di Cisco Integrated Service Router (ISR) 3

4 Da un punto di vista Hardware, un router è generalmente un apparato modulare: questo vuol dire che presenta un numero di fessure o slot in cui inserire dei moduli. Nei modelli più recenti la porta Console è implementata attraverso una porta RJ45 e una porta USB/Mini USB. A differenza di uno switch è presente inoltre la porta Auxiliary (Aux) utilizzata per la gestione remota del Router attraverso una linea telefonica. 4

5 Le figure che seguono mostrano alcuni moduli. 5

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7 Per installare fisicamente un router è necessario: 1. Connettere gli apparati LAN sulle porte Ethernet del Router 2. Se si fa uso di un apparato CSU/DSU, connettere l interfaccia seriale del router al CSU/DSU e quest ultimo alla linea fornita dal provider 3. Connettere la porta console del router ad un PC utilizzando un cavo di rollover 4. Connettere un cavo di alimentazione alla porta elettrica del router 5. Accendere il Router 7

8 In figura sono messi a confronto uno switch e un router. Riesci a capire quale è la principale differenza in termini di alimentazione elettrica? La differenza consiste nel Tasto di Accensione/Spegnimento presente solo sui router. 8

9 Configurazione IOS Cisco Routers Anche i router per poter svolgere le proprie funzioni fanno utilizzo del firmware Cisco IOS. La maggior parte dei parametri configurati su uno switch sono configurabili anche su di un router. I parametri comuni ad entrambi sono: Configurazione Console, Telnet, Enable Password, Enable Secret Confgurazione Hostname Configurazione Interfacce Ethernet attraverso I comandi Speed e Duplex Comandi di show,help,debug 9

10 Definizione e salvataggio file di configurazione Startup-Config, Running-Config I parametri configurati in maniera differente sono: Indirizzo IP: è possibile configurarlo anche sull interfaccia fisica e non solo su SVI Configurazione Porta Aux, totalmente assente in uno switch. La figura che segue illustra l output del comando IOS show ip interface brief utilizzato per visualizzare lo stato delle interfacce di 10

11 un router. Il comando fornisce oltre allo stato delle interfacce anche l indirizzo IP ad esse associato Il router in questione ha due interfacce di tipo seriale e due Ethernet. Per capire la differenza tra l interfaccia Serial0/0/0 e 11

12 Serial 0/1/0 osserva la figura che descrive il Router da cui è stato inviato il comando. 12

13 Serial 0/0/0 è l acronimo di: Interfaccia Seriale Chassis 0 Slot 0 Porta 0 Lo Chassis è l involucro metallico vuoto del Router. Ogni chassis ha uno o più Slot in cui inserire i moduli. E l equivalente del Case di un computer. In figura è riportato un esempio di Chassis 13

14 Il primo Slot è detto Slot 0; il secondo Slot 1 e così via. All interno dello Slot 0 è possibile inserire un modulo composto da una o più interfacce. La prima porta del modulo è detta Porta 0, la seconda Porta 1 ecc. Sul Router che stiamo utilizzando, sono quindi presenti due slot e su di essi installati due moduli aventi un unica 14

15 interfaccia seriale. L unica interfaccia dello Slot 1 è quindi identificata dal router come Serial 0/1/0. Così come per uno switch, lo stato delle interfacce di un Router è espresso per mezzo di due valori: Line Status: riferito allo stato del livello fisico Protocol Status: riferito allo stato del livello 2 o Data Link I possibili stati in cui può trovarsi un interfaccia di un Router sono: 15

16 Line Status Administratively Down Protocol Status Interface Status Descrizione Down Disabled Sull interfaccia è stato dato il comando shutdown Down Down Not connect Up Down Not connect Assenza del collegamento fisico E presente un malfunzionamento del protocollo Data Link Up Up Connected L interfaccia sta funzionando correttamente 16

17 A differenza di uno switch, inzialmente tutte le interfacce di un router sono in Disabled. Per abilitarle, bisogna dare dal Context Interface di configurazione il comando no shutdown. Un router non inoltra pacchetti se lo stato dell interfaccia non è Up/Up. Su alcune tipologie di router (come ad esempio Multilayer switch) è necessario abilitare la funzionalità Routing attraverso il comando ip routing Le modalità per assegnare un indirizzo IP ad un interfaccia sono le stesse viste per gli switch: la differenza è che in uno switch l indirizzo IP è associato a un interfaccia logica di tipo Vlan o SVI, in un router invece, l indirizzo IP può essere associato anche ad un interfaccia fisica. La figura mostra la configurazione per tre interfacce. 17

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19 Lo stato di un interfaccia può essere visualizzato attraverso i comandi: Show ip interface brief Show protocols [Tipo protocollo] Show interface [ Numero Interfaccia] Le subnet contenenti gli indirizzi IP configurati sulle interfacce prendono il nome di Reti Locali o Reti Direttamente Connesse; sono inserite automaticamente in Routing Table se e solo se l interfaccia configurata si trova nello stato Up/Up. 19

20 Meccanismi di Routing La funzione primaria di un Router è quella di inoltrare i pacchetti ricevuti nel più breve tempo possibile e in base alle informazioni contenute nella Routing Table. La Routing Table è una tabella contenente una serie di entry dette Rotte o Route. Ogni rotta è composta da tre parametri: Subnet ID, Subnet Mask, Interfaccia di Uscita o Next-Hop Router IP Il Next-Hop Router IP è l indirizzo IP del router successivo a cui inviare il pacchetto. La figura che segue illustra un esempio di tabella di routing. Come vedi le reti e sono direttamente connesse: ciò vuol dire che due interfacce del router sono configurate con un indirizzo IP appartenenente alle due reti 20

21 Un router che deve INVIARE un pacchetto agisce come segue: 21

22 1. Riceve il pacchetto e legge il Destination IP Address contenuto nell header di rete. Se appartiene a una rete direttamente connessa: a) Il router rileva per mezzo del protocollo ARP il Mac Address associato al Destination IP Address b) Incapsula il Pacchetto all interno di un frame Ethernet e lo invia al destinatario 2. Se il Destination IP Address non appartiene a una rete direttamente connessa, allora il Router inoltra il pacchetto al suo default gateway: 22

23 a) Il router rileva per mezzo del protocollo ARP il Mac Address del suo Default Gateway b) Incapsula il Pacchetto all interno di un frame Ethernet e inserisce come Destination Address il MAC del default gateway Quando un router RICEVE un pacchetto agisce invece come segue 1. Per ogni frame ricevuto controlla : a) Che non siano presenti errori (FCS) 23

24 b) Che Il Mac Address di destinazione sia valido (non sia broadcast o multicast) Su tale basi decide se inoltrare il frame al livello successivo o se bloccarlo. Nel primo caso il pacchetto è decapsulato e inviato al livello Il Router deve decidere se inoltrare il pacchetto e su quale interfaccia d uscita. La decisione è presa considerando le rotte presenti in Routing Table. Viene scelta la rotta più specifica che contiene la subnet del Destination IP Address. Se non viene 24

25 trovata nessuna corrispondenza in routing table, il pacchetto è scartato. 3. Il router sceglie l interfaccia di uscita su cui inoltrare il pacchetto 4. Il pacchetto viene incapsulato in un frame Data-Link e inviato sull interfaccia selezionata al passo precedente Cisco Router Fast Switching e CEF Le azioni svolte dal Router per inoltrare un pacchetto IP sono molto impegnative in termini di carico computazionale; in altre parole il routing potrebbe sovraccaricare la CPU dell apparato e paralizzare l intero sistema. Per evitare ciò Cisco ha introdotto un meccanismo 25

26 detto Fast Switching in grado di ottimizzare le operazioni di Routing. Utilizza una tabella secondaria detta Fast Switching Cache in cui contiene gli Indirizzi IP dei pacchetti inoltrati di recente. La cache memorizza per ciascuna destinazione anche una copia degli header Data Link. Così facendo un router piuttosto che creare ogni volta un nuovo header non fa altro che copiare uno tra quelli disponbili in Fast Switching Cache, riducendo sensibilmente il carico di lavoro. L evoluzione tecnologica del Fast Switching è rappresentato dal mecanismo Cisco Express Forwarding (CEF). Anche CEF utilizza una tabella per memorizzare gli ultimi indirizzi IP transitati e gli header Data Link. Il punto di forza è il modo in cui sono organizzate 26

27 le tabelle: è utilzzata una struttura ad albero e all interno sono salvate tutte le destinazioni riportate in routing table, non solo gli ultimi indirizzi IP. Utilizza inoltre algoritmi di ricerca molto più sofisticati e rapidi rispetto a quelli impiegati dalla tecnologia Fast Switching InterVlan Routing Una vlan equivale ad una subnet o più in generale ad un dominio di broadcast. La comunicazione tra domini di broadcast differenti può avvenire solo per mezzo di un Router: le possibili configurazioni sono: 27

28 Router on a Stick: implementata per mezzo di un trunk tra switch e router Il Router utilizza un interfaccia per ogni dominio di broadcast In questa sezione chiariamo la configurazione IOS da implementare per la realizzazione della modalità Router on a Stick. Immaginiamo di dover mettere in comunicazione due domini di broadcast associati alle Vlan 10 e 20 e focalizziamoci sulla configurazione del router. 1. Per ciascuna VLAN bisogna creare una Subinterface sul Trunk utilizzando il comando: Interface <Id Interfaccia Fisica>.<Vlan Id> 28

29 VLAN 10 A VLAN 10 VLAN 20 VLAN 10 VLAN 20 B VLAN Abilitare il protocollo 802.1q e associare la vlan specifica alla subinterface attraverso il comando Encapsulation dot1q <Vlan ID> 29

30 3. Associare alla subinterface appena creata un indirizzo IP La figura illustra la configurazione dell esempio, supponendo di associare alla Vlan 10 la subnet /10 e alla Vlan 20 la subnet /10. 30

31 Il comando per visualizzare la Routing table di un router è show ip route. 31

32 Vedi come il router in maniera automatica ha inserito le subnet /10 e /20 in Tabella di Routing. Questo perché gli indirizzi IP associati alle subinterface risiedono proprio su tali subnet che svolgono il ruolo di reti locali o direttamente connesse Secondary IP Addressing e Subnet Zero Supponiamo di aver definito lo spazio di indirizzamento per una subnet e con il passare del tempo si esauriscano tutti gli indirizzi IP. Cosa fare? 32

33 Allarghi la rete attualmente in produzione modificando la subnet mask. Tutti gli host della rete dovrebbero però riconfigurare la mask utilizzata sulle loro schede di rete Utilizzi una nuova subnet creata appositamente. Anche in questo caso tutti gli host della rete dovrebbero modificare indirizzo IP e subnet mask Aggiungi una seconda subnet e quindi un indirizzamento IP secondario senza modificare la configurazione degli host già presenti in rete. Attraverso il Secondary IP è quindi possibile associare due indirizzi IP alla stessa interfaccia del router. 33

34 Nell esempio in figura l interfaccia FastEthernet 0/0 utilizza due indirizzi IP: e

35 La Subnet Zero è la prima subnet di ciascuna rete classful. In altre parole è la subnet in cui il campo S (subnet) contiene tutti i bit a 0. In passato ciò era un problema in quanto i router non erano in grado di distinguere l ID della Subnet da quello della rete Classeful A,B o C associata. Capiamo meglio il problema; consideriamo la rete /10: è sicuramente una rete di classe A, quindi il campo Network N=8 bit. Il campo Subnet è composto da S=2 bit in quanto S=P-N=10-8. Svolgendo i conti ti renderai conto che il Subnet ID associato alla Subnet Zero coincide con il Network ID della rete di classe B, in altre parole: Network ID (Classe B) : Subnet ID:

36 Ovviamente quest ambiguità nasce dall utilizzo diuna rete clasful; non sarebbe esistito nessun problema se la rete fosse classless. Attraverso il comando IOS ip subnet-zero il router riconose e può utilizzare la subnet-zero; il comando complementare è no ip subnetzero 36

37 Configurazione Rotte Statiche e Default Route Le rotte presenti all interno della tabella di routing possono essere configurate manualmente oppure apprese in maniera dinamica.nel primo caso parleremo di Rotte statiche mentre nel secondo di Protocolli di Routing. In entrambi i casi è comunque richiesta una configurazione da parte di un sistemista. Le rotte statiche devono essere configurate da Global configuration Mode e il comando da utilizzare è: ip route <Subnet ID > <Subnet Mask> <Interfaccia o Next-Hop> 37

38 Facciamo un esempio.supponiamo di poter raggiungere la rete /24 attraverso il default gateway Il comando da dare sulla CLI del Router Cisco è: ip route Supponiamo ora che la rete /24 sia raggiungibile dall interfaccia Seriale 0/1/4 del router.in questo caso il comando è: ip route Se0/1/4 E possibile configurare una rotta speciale detta Default Route o Gateway of last resort. La default route è utilizzata come ultima scelta se non presenti rotte per raggiungere una data destinazione. La 38

39 default route è una normale rotta statica con la particolarità che utilizza come subnet ID il valore e come subnet mask è un formato DDN speciale e sta ad indicare tutti gli indirizzi IP. Per configurare la Default Route va quindi dato il comando: ip route <Interfaccia o Next-Hop> Se ad esempio il default gateway del router è il comando sarebbe: ip route

40 ed il significato è : il traffico diretto a tutte le destinazioni per cui non è presente una rotta più specifica in Routing Table è inviato al default gateway del router. 40