Cisco : R&S 2

Cette page contient l'ensemble de mes notes concernant le cours CCNA : R&S2 de Cisco.  

Chapitre 1 : Concepts du routage

Les réseaux qui nous permettent de communiquer utilisent, au niveau de la couche 2, des commutateurs sur la couche liaison de données, afin de transmettre les trames entre les périphériques d'un même réseau. Cependant, lorsque la destination se trouve sur un réseau différent, on utilise pour cela un routeur, qui relie les réseaux entre eux. Ils utilisent leur table de routage pour déterminer la meilleure route à emprunter; l'efficacité du réseau dépend de l'efficacité de ce routage.  Nous avons déjà vu le concept de passerelle par défaut; nous verrons ici ce que fait un routeur quand il reçoit un paquet qui est destiné à un autre réseau. Nous verrons les détails de la table de routage, y compris les routes connectées statiques, dynamiques.

Caractéristique d'un réseau

De nombreux indicateurs en terme de structures et de performances sont utilisé pour étudier les réseaux:

• Topologie : On distingue topologie physique (les câbles, périphériques et systèmes finaux) et topologie logique (chemin emprunté par les données dans un réseau, comment les périphériques réseaux sont connectés aux utilisateurs).
• Vitesse : en bits par seconde (qui est, techniquement, la bande passante et pas la vitesse des électrons sur le câble, ou même la latence...).
• Coût : Dépense concernant conception, installation, maintenance
• Sécurité : Niveau de protection du réseau, englobe les informations transmises sur celui-ci.
• Disponibilité : Probabilité que le réseau soit disponible quand on en a besoin
• Évolutivité : Facilité avec laquelle le réseau peut acceuillir plus d'utilisateurs et répondre à davantage de demandes.
• Fiabilité : Capacité des élements constitutifs du réseau à fonctionner sans incidents

Tous ces attributs permettent de comparer différentes solutions réseau.

Pourquoi le routage? Les routeurs en action

On l'a dit, le but d'un routeur est de relier deux réseaux entre eux. La communication entre réseaux serait impossible sans un routeur pour déterminer le meilleur chemin à emprunter vers le prochain tronçon.

Les routeurs sont des ordinateurs : tout comme n'importe quel smarthphone par exemple, il utilisent un CPU, de la RAM, et des supports de stockage. Il s'agit cependant d'un ordinateur spécialisé, qui utilise lui aussi des mémoires volatiles et non volatiles.

Rappel des mémoires d'un routeur :

Les routeurs interconnectent les réseaux, d'une façon généralement transparente pour l'utilisateur; le professionnel sait que c'est le routeur qui ets chargé de transmettre le paquet à un autre réseau. Lorsqu'un routeur reçoit un paquet sur une de ses interfaces, il détermine quelle interface utiliser pour retransmettre le paquet à un autre réseau, ou à la destination finale. Chaque interface reçoit un réseau différent, qu'il soit LAN ou WAN. Ils ont deux fonctions principales :

• Choisir le meilleur chemin
• Transférer les paquets vers leur destination.

Pour résumer le fonctionnement d'un routeur qui rçoit un paquet :

• Il reçoit le paquet sur une de ses interfaces
• Il regarde l'adresse IP de destination du paquet
• Il regarde dans sa table de routage pour trouver le meilleur chemin vers cette destination (il cherche à la fois l'adresse IP du réseau de destination ou du prochain tronçon, ainsi que l'interface à utiliser).
• Il réencapsule le paquet IP (couche 3) dans une trame (couche 2) avant de le renvoyer.

Il est possible qu'un routeur réencpasule le paquet dans un autre type de trame que celui qui as été utilisé au départ : il peut recevoir une trame ethernet et la renvoyer sous forme de trame PPP; cela dépend du type d'interface (on peut citer Ethernet, Frame Relay, DSL, câble et sans fil avec 802.11, Bluetooth, etc...).

Mécanisme de transfert des paquets

Les routeur prennent en charge trois mécanismes de transfert de paquets :

• Commutation de processus : Mécanisme ancien, toujours disponible chez Cisco. Lorsqu'un paquet arrive sur une interface, il est transmis au plan de contrôle (un genre de table d'examen, disons) où le CPU fait correspondre l'adresse de dst avec une entrée de sa table de routage, puis détermine l'interface avant de transmettre le paquet. Cela est répété pour chaque paquet, même si ils sont d'une même série, ce qui rend ce processus lent et peu utilisé : c'est l'équivalent d'un calcul à la main.
• Commutation rapide : En plus du plan de contrôle habituel, cette méthode utilise un plan de données , lequel contient un cache d'avance rapide, qui contient les informations sur les paquets déjà passés par le routeur. Lorsqu'un paquet arrive, on recherche d'abord une correspondance dans le cache via l'adresse de destination, avant de l'envoyer à défaut au plan de contrôle. Si un paquet à une correspondance dans le cache, il est renvoyé sans intervention du processeur : c'est l'équivalment d'un calcul manuel qui mémorise les solutions pour les problèmes suivants.
• CEF (Cisco Express Forwarding): Mécanisme de transfert de paquets Cisco le plus récent. Il génère pour sa part une table FIB et une table de contiguïté. Les entrées de table ne sont cependant pas déclenchées par les paquets mais par les changements de topologie du réseau. Du coup, lorsqu'un réseau à convergé, les deux tables contiennent les informations qu'un routeur doit prendre en compte lors d'un transfert du paquet (les tables sont établies au moment où le réseau converge, i.e au moment où il est opérationnel, et elles ne bougent en principe plus tant que lréseau n'est pas modifié). La table FIB contient les informations de recherches pré-informatisées, les informations de tronçon suivant pour les routes incluant l'interface et les informations de couche 2. C'est le mécanisme le plus rapide. C'est comme résoudre en avance tous les problèmes possibles dans un tableur.

Passerelles par défaut

Les périphériques qui ont accès au réseau sont configurés avec:

• Adresse IP
• Masque
• Passerelle par défaut.

La passerelle par défaut sert à envoyer les paquets à un périphérique situé sur un autre réseau, puisqu'un périphérique ne peut pas communiquer directement sur un autre réseau. La passerelle par défaut sert à router le trafic local vers un réseau distant, en général en passant par internet, et c'est généralement l'adresse locale du routeur, qui gère des entrées de table de routage pour les réseaux locaux ainsi que pour les réseaux distants. Un routeur a en général sa propre "passerelle par défaut" : c'est la passerelle de dernier recours, qui est employé quand le routeur ne sait pas quel est le meilleur chemin.

Documentation de l'adressage réseau, activation de l'IP sur un hôte

Lorsque l'on conçoit un réseau, il convient de documenter les adresses, au minimum :

• Noms des périphériques
• Interfaces utilisées
• @IP et masque
• adresse de gateway.

Cela peut se faire soit sous la forme d'un schéma de topologie logique, soit sous la forme d'un tableau.

Un hôte peut recevoir les informations de façon statique ou dynamique (avec DHCP, SLAAC...).

LEDs des périphériques (sur la carte réseau) et câbles console

Les cartes réseau contiennent en général un ou deux voyants à LED. Une LED verte indique une bonne connexion, tandis qu'une LED verte clignotante fait état d'une activité réseau. La signification dépend du fabricant (chez moi, elles sont vertes et oranges...) mais un voyant éteint est généralement mauvais signe. Les périphériques réseau utilisent souvent plusieurs voyants LED pour donner un aperçu de leur état. Voici un aperçu du fonctionnement des LEDs sur un routeur Cisco 1941 :

Dans un environnement de production, les périphériques sont administrés via SSH; cependant, il faut bien utiliser un câble console la première fois qu'on les configure. Il peut s'agir d'un câble console, usb vers RS-232, ou d'un câble USB type A vers usb type B (mini USB) pour les équipements plus récents. On utilise ensuite un pilote et un terminal, même si c'est en général une BONNE GALÈRE.

Activation de l'IP sur un commutateur

Sur un switch, les informations IP sont configurées sur une SVI (Interface Virtuelle Commutée), en général VLAN 1.

Pour la configuration de base d'un routeur: Cisco (cf Chapitre 6)

Configuration d'une interface série connectée avec un câble DCE (clock rate)

Dans ce cas, il faut utiliser la commande clock rate, en plus des informations concernant l'adressage. Si on a une erreur, c'est qu'on l'utilise sur une interface DTE. La valeur donnée en exemple est 128000, cette valeur correspondant à la vitesse des cycles d'horloge et donc à la bande passante. On peut voir les valeurs possibles avec clock rate ?, 128000 correspondant à 2M.

Configuration d'une interface du routeur en IPv6

Avec des adresses fixes, cela fonctionne de la même façon qu'en IPv4:

Encore une fois, la plupart des informations sont déjà disponibles dans la section Cisco R&S 1.

Configuration d'une interface de bouclage IPv4

On peut changer l'adresse de la loopback sur un routeur : cela ne sert à priori à rien, mais peut s'avérer utile pour certains tests, notamment OSPF.

Router(config)# interface loopback number

Router(config-if)# ip address ip-address subnet-mask

Router(config-if)# exit

On peut avoir plusieurs interfaces de bouclage, mais pas en avoir deux identiques.

Rappel des commandes vérification réseau

Pour rappel, on peut utiliser comme commandes de vérification du réseau:

• show ip/ipv6 interfaces brief
• show ip/ipv6 route
• show running-config interface NomDeL'Interface
• Show ipv6 interface NomDeL'Interface

Filtrage des résultats de la commande show, historique de commandes

Les commandes qui génèrent de longues sorties se limitent en général à 24 lignes après que l'on doive appuyer sur espace pour voir la suite (on peut utiliser la commande terminal length pour modifier ce nombre de lignes).

On peut cependant filtrer les résultats avec un pipe | .Après le pipe, on peut mettre un mot-clef suivi d'une expression de filtrage (ce que l'on cherche, en gros). Ces mots-clefs sont:

• section : l'ensemble de la section commençant par l'expression de filtrage
• Include : toutes les lignes de résultat correspondant à l'expression de filtrage
• exclude toutes les lignes sauf l'expression de filtrage
• begin : toutes les lignes de résultat à partir d'un certain point, en commençant par la ligne qui contient l'expression de filtrage.

Exemple :

show ip interface brief | exclude unassigned
show ip route | begin Gateway

Historique des commandes déjà passées

En plus de la traditionnelle flèche haut, on peut utiliser ctrl+P, la flèche bas pouvant être remplacée par ctrl+N. On peut utiliser également :

• terminal history size : détermine le nombre de commandes qui sont retenues dans le cache
• show history (avec un éventuel pipe) : montrer l'historique

Fonctions de commutation du routeur

Le routeur fait appel à la fonction de commutation pour acheminer les paquets, qui est la fonction utilisée pour recevoir les paquets d'une interface et les envoyer sur une autre. La fonction de commutation du routeur (on parle bien ici de désigner les paquets sui se déplacent d'une source vers une destination en utilisant ce terme, rien à voir avec les commutateurs de couche 2) a pour responsabilité principale d'encapsuler les paquets dans le type de trame liaison de données adéquat pour la liaison données de sortie. Que fait un routeur d'un paquet qu'il rçoit d'un réseau et qui est destiné à un autre réseau?

• Il désencapsule l'en-tête et la queue de bande de trame de couche 2 pour isoler le paquet de couche 3
• Il examine l'IP de destination pour trouver un chemin dans sa table de routage
• Si il trouve un chemin, il encapsule le paquet de couche 3 dans une nouvelle trame de couche 2 et transfère la trame au périphérique suivant, à l'aide de son adresse MAC (sauf sur une liaison série, qui n'utilise pas d'adresses MAC).

Il est courant que les paquets aient un format de trame différent à l'expédition et à la réception.

Décisions de routage

Lorsqu'un routeur détermine le meilleur chemin en cherchant dans sa table de routage, il peut choisir un parmi 3 types de chemins :

• Réseau directement connecté : utilisé quand l'IP de destination est située dans un réseau auquel appartient également une des interfaces du routeur. Le paquet est directement transféré à la destination.
• Réseau distant : Si l'adresse IP appartient à un réseau distant, le paquet est transféré à un autre routeur (puisque le réseau n'est pas directement accessible).
• No route determined : Si l'IP n'appartient ni à un réseau local ni à un réseau distant connu, le routeur l'envoie à la passerelle de derniers recours (celle-ci est définie quand une route par défaut est déterminée sur le routeur), si il en a une. Sinon, il largue le paquet.

Meilleur chemin

La détermination du meilleur chemin implique d'évaluer plusieurs chemins menant au même réseau, et de choisir le chemin optimal ou le plus courtpour l'atteindre. Lorsque plusieurs chemins existent vers une destination, chaque chemin part d'une interface différente.

Le meilleur chemin est sélectionné par un protocole de routage qui utilise une valeur (ou métrique) pour déterminer la "distance" à parcourir jusqu'à la destination. Une métrique est une valeur quantitative utilisée pour mesurer la distance jusqu'à un réseau donné. Le meilleur chemin a la métrique la plus faible. Les protocoles de routage dynamique utilisent en général leurs propres règles et métriques pour constituer et màj leur table de routage : l'algorithme génère une métrique pour chaque chemin emprunté. Les métriques peuvent se baser sur différentes caractéristiques d'un chemin, et peuvent être combinées.

Quelques protocoles dynamiques et les métriques qu'ils utilisent :

• RIP (Routing Information Protocol): nombre de sauts
• OSPF (Open Shortest Path First) : coût de Cisco basé sur la bande passante cumulée entre la source et la destination
• EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) : bande passant, délai, charge, fiabilité.

Équilibrage de charge

Un routeur peut avoir plusieurs chemins avec une métrique identique. Quand c'est le cas, il répartir la charge entre les deux chemins (on appelle cla équilibrage de charge ou coût égal, load balancing quoi!). Dans ce genre de cas, la table de routage contient un réseau de destination auquel sont rattachés plusieurs interfaces de sortie, une par chemin. Les paquets sont balancés entre les différentes interfaces. Le load balancing améliore les performances. L'équilibrage de charge à coût égal peut être utilisé en routage statique ou dynamique.

Seul EIGRP prend en charge l'équilibrage à coût inégal.

Distance administrative

Un seul et même routeur peut être configuré avec différents protocoles de routage et des routes statiques. Dans ce cas, la table de routage peut disposer de plusieurs sources de route pour un même réseau de destination. Si par exemple j'ai RIP et EIGRP sur un même routeur les deux protocoles peuvent détecter le même réseau de destination, mais avec des chemins différents. Comment le routeur sait quel chemin prendre, puisque les métriques ne sont pas comparables?

Cisco IOS utilise la Distance Administrative (AD) pour déterminer la route à installer dans la table de routage IP. Le domaine administratif représente le degré de fiabilité de la route, le plus faible étant le meilleur. Par exemple, une route statique a un Domaine Administratif de 1, alors qu'une route découverte avec EIGRP a une valeur de 90. Sur les deux routes distinctes, le routeur choisira le plus faible domaine administratif. Ici, la route statique sera prioritaire; de la même façon une route directement connectée (avec un domaine administratif de 0) sera prioritaire sur une route statique.

Ci-dessous, les protocoles de routage et leur domaines adminstratifs.