‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫הפקולטה להנדסת חשמל‬ ‫המעבדה למערכות תוכנה‬ ‫מיתוג וניתוב ברשתות מחשבים‬ ‫חוברת הכנה‬ ‫קומה ‪ 3‬חדר ‪318‬‬ ‫החדר נמצא במסדרון בין פישבך למאייר‬ ‫חשוב‪ :‬יש למלא טופס משוב בתום הניסוי!!!‬ ‫המאחר ביותר מ – ‪ 51‬דקות לא יורשה לבצע את הניסוי!‬ ‫המעבדה למערכות תוכנה מרושתות‬ ‫רועי מטרני ‪ -‬טל‪ 0223: .‬דוא"ל‪roym@ee :‬‬ ‫יוסי ילוז – טל‪ 0220 .‬דוא"ל‪jose@tx :‬‬ ‫‪1‬‬ ‫תדריך כללי‬ ‫מסמך זה מכיל תדריך והכנה לניסוי מיתוג וניתוב ברשתות מחשבים‪ .‬הניסוי כולל את הנושאים האלה‪ :‬ניתוב סטאטי‪ ,‬ניתוב‬ ‫דינאמי בעזרת פרוטוקול ‪ OSPF‬ומיתוג בשכבה ‪ . 2‬אלו נושאים יחסית כבדים שראויים לקורס שלם‪ ,‬ובניסוי זה אנחנו רק נטעם‬ ‫מכל נושא כדי להבין את החלקים הבסיסיים שלו בלבד‪ .‬עיקר התדריך נותן רקע תיאורטי לנושאי הניסוי‪ .‬יש לקרוא אותו על‬ ‫מנת להגיע לניסוי מוכנים‪.‬‬ ‫קורס קדם לניסוי‪ :‬מבוא לרשתות מחשבים ‪300000‬‬ ‫מסמכי הניסוי‬ ‫מסמך זה נותן רקע כללי לניסוי ורקע תיאורטי לנושאים המועברים בו‪ .‬יש לקרוא את המסמך הזה לפני המפגש הראשון‬ ‫ולענות על שאלות ההכנה שבסופו‪.‬‬ ‫המסמך השני יסופק לכם בפורמט ‪ .Word‬הוא כולל את מהלך הניסוי‪ ,‬ואת התשובות לרוב השאלות תכתבו בגוף המסמך‪ .‬אין‬ ‫צורך לקרוא אותו לפני הניסוי‪ ,‬אלא אם אתם רוצים לראות ממה הניסוי מורכב‪.‬‬ ‫מבנה הניסוי‬ ‫הניסוי מורכב מ‪ 2-‬מפגשים בני ‪ 0‬שעות‪.‬‬ ‫מפגש ראשון‪:‬‬ ‫‬‫‪-‬‬ ‫הכרת הציוד איתו משתמשים לאורך הניסוי‪ ,‬וניתוב סטאטי (שעה וחצי)‬ ‫ניתוב בפרוטוקול ‪( OSPF‬שעתיים וחצי)‬ ‫מפגש שני‬ ‫‪-‬‬ ‫מיתוג ב‪ 0-0( Layer 2-‬שעות)‬ ‫מבנה הציון‬ ‫‬‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫תשובות לשאלות ההכנה למפגש ראשון – ‪1%‬‬ ‫ניתוב סטאטי – ‪23%‬‬ ‫ניתוב דינאמי – ‪03%‬‬ ‫תשובות לשאלות ההכנה למפגש שני – ‪1%‬‬ ‫מיתוג – ‪03%‬‬ ‫‪2‬‬ ‫מבוא‬ ‫הניסוי מבוסס על קורס שפותח באוניברסיטת ‪ UCI‬בארצות הברית‪ ,‬ושהתפרסם בספר ‪Mastering Networks: An Internet‬‬ ‫‪ .Lab Manual‬במקור הקורס כלל הרצאה פרונטאלית ועבודה עצמית במעבדה של ‪ 0‬שעות כל שבוע‪ .‬הניסוי שלנו עבר המרה‬ ‫לפורמט המקובל בטכניון של ‪ 2‬פגישות בנות ‪ 0‬שעות‪ ,‬ובמקום ההרצאות החומר מוסבר בחוברת ההכנה‪ ,‬וברובו המכריע‬ ‫נלמד בקורס מבוא לרשתות‪ .‬עוד פרטים על המקור ניתן למצוא כאן‪http://www.tcpip-lab.net/ :‬‬ ‫מטרת הניסוי היא לאפשר לסטודנטים להתנסות בהקמת מגוון של רשתות בפרוטוקולים שונים‪ .‬לצורך כך עומד לרשות‬ ‫הסטודנטים ארון ציוד תקשורת הכולל‪:‬‬ ‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫‪ 0‬תחנות עבודה מבוססות לינוקס‬ ‫‪ 0‬נתבים של ‪( Cisco‬חברת ציוד התקשורת המובילה בעולם)‬ ‫‪ 0‬מתגים פשוטים‬ ‫בכל חלק של הניסוי תתודרכו להקים רשת בטופולוגיה שונה המשתמשת בפרוטוקולים שונים‪ .‬אתם תידרשו לגלות הבנה‬ ‫בסיסית בלבד בפרוטוקולים בהם אתם משתמשים (גם בתעשייה מעטים הם האנשים שיגלו הבנה בכל הפרוטוקולים האלה)‪.‬‬ ‫‪3‬‬ ‫מפגש ראשון ‪ -‬ניתוב‬ ‫עקרונות הניתוב‬ ‫תזכורת קצרה לגבי מהות רשת ‪. IP‬‬ ‫רשת ‪ IP‬היא יחידה לוגית שמיוצגת באמצעות מספר של ‪ 02‬ביט‪ .‬אנחנו רגילים להציג את המספר הזה בפורמט של ארבעה‬ ‫מספרים עם הערך ‪ , 3-211‬מופרדים בנקודה ביניהם‪ .‬חבילות שמועברות בעזרת פרוטוקול ‪ IP‬אדישות לשכבה הפיזית‬ ‫שמתחת ל‪ .IP-‬כתובת ה‪ IP-‬היא היררכית‪ ,‬ומורכבת מ‪ 2-‬חלקים‪ :‬חלק הרשת וחלק התחנה‪ .‬חלק הרשת מגדיר לאיזו רשת‬ ‫הכתובת שייכת‪ ,‬על מנת שנתבים יוכלו להעביר חבילות עבור התחנה לרשת המתאימה (קצת דומה לאיזור חיוג בטלפון)‪.‬‬ ‫חלק התחנה מזהה את התחנה בתוך הרשת‪.‬‬ ‫כדי שאפשר יהיה להבחין בין חלק הרשת וחלק התחנה בכתובת ה‪ IP-‬נהוג להצמיד לכל כתובת "מסכה" (‪,)Subnet Mask‬‬ ‫שמאפשרת‪ ,‬באמצעות פעולה לוגית פשוטה‪ ,‬למצוא את כתובת הרשת של כתובת ‪ IP‬מסוימת‪ .‬המסכה‪ ,‬כמו כתובת ה‪IP-‬‬ ‫מורכבת מארבע קבוצות של שמונה סיביות‪ .‬בייצוג בינארי‪ ,‬עבור כל סיבית בכתובת ה‪ IP-‬שמייצגת את הרשת יופיע ‪ ,5‬ועבור‬ ‫כל סיבית בכתובת ה‪ IP-‬שמייצגת את המחשב המסוים יופיע ‪.3‬‬ ‫כתובת מיוחדת נוספת ברשת ה‪ IP-‬היא כתובת ה‪ .Broadcast-‬כאשר חבילה נשלחת לכתובת זו‪ ,‬החבילה מיועדת להיקרא ע"י‬ ‫כל תחנות ה‪ IP-‬הנמצאות באותה רשת‪ .‬כתובת ה‪ broadcast -‬עבור רשת מסויימת היא הכתובת הגבוהה ביותר עבור אותה‬ ‫רשת‪ ,‬כלומר זו ש בייצוג בינארי‪ ,‬חלק התחנה בכתובת הוא כולו ‪.5‬‬ ‫למשל ‪ -‬בכתובת ‪ 512.586.3.51‬החלק ‪ 512.586.3‬מייצג את הרשת והמספר ‪ 51‬מייצג את המחשב המסוים‪ .‬מסכת הרשת‬ ‫של כתובת זו תהיה ‪ ,211.211.211.3‬או בייצוג בינארי – ‪ .11111111 11111111 1111111 00000000‬שימו לב‬ ‫שהמסכה תמיד מורכבת מסדרה של "‪ "5‬שאחריה באה סדרה של "‪ ."3‬לכן נהוג גם להגדיר רשת ע"י כתובת הרשת ומספר‬ ‫הביטים שהם ‪ .5‬במקרה הזה הייצוג הוא ‪512.586.3.3220‬‬ ‫מבחינת הפרוטוקול‪ ,‬אוסף תחנות שנמצאות באותה רשת ‪ IP‬הן סוג של "ענן רשת"‪ ,‬וכך מתייחסים אל זה נתבים שתפקידם‬ ‫להעביר חבילות ‪ IP‬מרשת לרשת‪.‬‬ ‫כל מעבר כזה דרך "ענן" רשת ‪ IP‬נקרא ‪ .Hop‬בדוגמא למטה חבילת ה‪ IP-‬עוברת ‪ hops 0‬מ‪ H1-‬ל‪.H2-‬‬ ‫‪IP‬‬ ‫‪IP‬‬ ‫‪IP‬‬ ‫‪IP‬‬ ‫‪4‬‬ ‫כתובת ‪ IP‬מחולקת ל‪ 2-‬חלקים‪ :‬חלק הרשת (שהוא למעשה כתובת הרשת)‪ ,‬וחלק המחשב‪ .‬לדוגמא‪ ,‬בכתובת‬ ‫‪ ,53.3.3.552220‬כתובת הרשת היא ‪ ,53.3.3.3‬והמספר שמייצג את המחשב בתוך הרשת הוא ‪.552‬‬ ‫על מנת שחבילה תוכל להגיע מהמקור אל היעד‪ ,‬צריכים להתקיים התנאים הבאים‪:‬‬ ‫‪ .5‬חלק הרשת בכתובת היעד של החבילה צריך להיות מזוהה עם רשת ‪ LAN‬קיימת בעלת תשתית פיזית (למשל‬ ‫‪.)Ethernet‬‬ ‫‪ .2‬נתבים ותחנות קצה השייכים לאותה רשת ‪ IP‬יכולים להעביר בינהם חבילות בעזרת פרוטוקול בשכבה ‪,Ethernet( 2‬‬ ‫‪ PPP‬וכדומה)‬ ‫‪ .0‬כל רשת בשכבה ‪ 2‬חייבת להיות מקושרת לפחות לרשת אחרת בשכבה ‪ 2‬בעזרת נתב‪.‬‬ ‫טבלאות ניתוב‬ ‫כל תחנת קצה ונתב מחזיקים טבלת ניתוב שמראה מה לעשות עם חבילת ‪.IP‬‬ ‫העמודות העיקריות בטבלת הניתוב‪:‬‬ ‫‪ .5‬כתובת יעד‪ :‬לאיזו רשת או תחנת קצה מתייחסת הכניסה הזו בטבלה‬ ‫‪ :Next hop .2‬מה הנתב הבא בדרך ליעד‬ ‫‪ :interface .0‬דרך איזה יציאת רשת לשדר את החבילה‬ ‫יש חפיפה מסויימת בין ‪ Next hop‬ל‪ interface-‬ולמעשה ניתן לצמצם את המידע שהם מייצגים לעמודה אחת‪.‬‬ ‫הנה טבלת הניתוב עבור הנתב ‪ R3‬מתוך הרשת המצויירת בדוגמא למעלה‪ .‬כפי שניתן לראות‪ 0 ,‬רשתות מחוברות ישירות‬ ‫לנתב‪ ,‬והניתוב ל‪ 0-‬הרשתות האחרות עובר דרך ‪ .R4‬כאשר יש חיבור ישיר‪ ,‬הנתב יודע לשדר את החבילה לכתובת שרשומה‬ ‫ככתובת היעד של החבילה‪ .‬אם אין חיבור ישיר‪ ,‬החבילה משודרת אל הנתב שרשום כ‪.next hop-‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪Interface‬‬ ‫‪eth0‬‬ ‫‪eth0‬‬ ‫‪serial0‬‬ ‫‪eth1‬‬ ‫‪eth0‬‬ ‫‪eth0‬‬ ‫‪Next Hop‬‬ ‫‪direct‬‬ ‫‪direct‬‬ ‫‪R4‬‬ ‫‪direct‬‬ ‫‪R4‬‬ ‫‪R4‬‬ ‫‪Destination‬‬ ‫‪10.1.0.0/24‬‬ ‫‪10.1.2.0/24‬‬ ‫‪10.2.1.0/24‬‬ ‫‪10.3.0.0/16‬‬ ‫‪20.1.0.0/16‬‬ ‫‪20.2.1.0/28‬‬ ‫והנה טבלאות הניתוב עבור ‪ 0‬הנתבים ו‪ 2-‬המחשבים ברשת הזו‪:‬‬ ‫חיפוש בטבלת הניתוב‬ ‫החיפוש בטבלת הניתוב נעשה לפי כתובת היעד של החבילה‪ .‬מטרת החיפוש הוא למצוא את הכתובת של הנתב הבא שאליו‬ ‫יש לשלוח את החבילה על מנת שתתקרב ליעדה‪ .‬אם כתובת היעד נמצאת ברשת שמחוברת ישירות לנתב‪ ,‬החבילה תישלח‬ ‫לכתובת היעד‪.‬‬ ‫‪6‬‬ ‫סוגים של כניסות בטבלת הניתוב‬ ‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫ניתוב רשת‪ :‬כתובת היעד היא כתובת רשת (לדוגמא ‪ .)53.3.2.3220‬רוב הכניסות בטבלת ניתוב הן מהסוג הזה‬ ‫ניתוב לתחנת קצה‪ :‬כתובת היעד היא כתובת של תחנה בודדת (לדוגמא ‪ .)53.3.5.2202‬בשימוש אם צריך ניתוב‬ ‫מיוחד עבור שרת‪ ,‬וכן בדרך כלל בניתוב עצמי‪.‬‬ ‫‪ : default route‬הניתוב שיהיה בשימוש במידה וכתובת היעד של החבילה לא מתאימה לאף אחת מהכניסות‬ ‫האחרות בטבלה‬ ‫כתובת עצמית (‪ :)loopback‬כניסה עבור הכתובת ‪.127.0.0.1‬‬ ‫חיפוש הכניסה המתאימה ביותר‬ ‫טבלת ניתוב יכול להכיל כמה כניסות עם חפיפה של כתובות ביניהם‪ .‬למשל‪ ,‬ניתן לנתב עבור רשת דרך יציאה אחת‪ ,‬אבל‬ ‫עבור שרת מאותה רשת דרך יציאה אחרת‪ .‬הנתב במקרה כזה צריך להתייחס לכניסה היותר ספציפית‪ ,‬כלומר זו שכתובת‬ ‫המסכה היא גדולה יותר‪ .‬שיטה זאת נקראת ‪.Long Prefix Match‬‬ ‫לדוגמא‪ ,‬נניח שחבילה עם כתוב היעד ‪ 526.500.15.25‬מגיעה לנתב עם טבלת הניתוב הבאה‪:‬‬ ‫‪Next Hop‬‬ ‫‪R1‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫‪R3‬‬ ‫‪R3‬‬ ‫‪R4‬‬ ‫‪R4‬‬ ‫‪R5‬‬ ‫‪Destination‬‬ ‫‪10.0.0.0/8‬‬ ‫‪128.143.0.0/16‬‬ ‫‪128.143.64.0/20‬‬ ‫‪128.143.192.0/20‬‬ ‫‪128.143.71.0/24‬‬ ‫‪128.143.71.55/32‬‬ ‫‪default‬‬ ‫השורה השנייה‪ ,‬השלישית והחמישית כולן מתאימות לכתובת היעד‪ .‬מכיוון שהשורה החמישית היא זו שהמסכה שלה הכי‬ ‫ארוכה‪ ,‬זו השורה שהנתב יבחר‪ ,‬ולכן החבילה תנותב לכיוון ‪.R4‬‬ ‫שורת ה‪ default-‬מקבלת תמיד את המסכה ‪ 3.3.3.3‬על מנת שתהיה התאמה לכל כתובת עד שהיא‪ ,‬אולם השורה תיבחר‬ ‫כעדיפות אחרונה‪ ,‬כלומר כאשר אין אף התאמה אחרת‪.‬‬ ‫עדכון טבלאות ניתוב‬ ‫בהמשך נסקור בהרחבה פרוטוקולי ניתוב‪ ,‬אשר תפקידן לעדכן את טבלאות הניתוב באופן דינאמי ובהתאם למצב הרשת‪.‬‬ ‫אולם נוסף לפרוטוקולי הניתוב יש עוד אמצעים לעדכון טבלאות ניתוב‪:‬‬ ‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫הוספת כרטיס רשת‪ .‬ברגע שמוסיפים כרטיס רשת ומשייכים לו כתובת ‪ ,IP‬נוספת כניסה לטבלת הניתוב הכוללת את‬ ‫הרשת אליה שייכת הכתובת החדשה‬ ‫הוספה ידנית של ‪default gateway‬‬ ‫הוספה ידנית של ניתוב עבור רשת או מחשב‬ ‫תגובה להודעת ‪ICMP redirect‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪-‬‬ ‫קבלה ועיבוד של חבילת ‪IP‬‬ ‫עקרונית תהליך העיבוד של חבילת ‪ IP‬עבור נתב הוא די דומה לזה של תחנת עבודה רגילה‪ .‬הציור הבא ממחיש את תהליך‬ ‫העיבוד‪:‬‬ ‫חבילה מגיעה משכבת ה‪ data link-‬לשכבת ה‪( IP-‬האזור האפור)‪ ,‬לתוך תור הכניסה‪ .‬כאשר תורה להיות מעובדת‪ ,‬התחנה‬ ‫מסתכלת קודם כל האם החבילה מיועדת אליה‪ .‬אם כן‪ ,‬מקלפים ממנה את שכבת ה‪ IP-‬ומעבירים אותה לשכבות הגבוהות‪.‬‬ ‫אם לא‪ ,‬החבילה מיועדת לניתוב‪ .‬במידה והתחנה לא מאפשרת ניתוב‪ ,‬החבילה נזרקת‪ .‬אם התחנה מאפשרת ניתוב‪ ,‬התחנה‬ ‫מסתכלת על טבלת הניתוב על מנת למצוא את ה‪ .next hop-‬לפי הערך שנשלף‪ ,‬החבילה משודרת לכיוון היעד הבא‪.‬‬ ‫‪8‬‬ ‫תהליך טיפול בחבילת ‪ IP‬בנתב‬ ‫הנתב מנתח את ה‪ header‬של כל חבילה על פי הצעדים הבאים‪:‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.0‬‬ ‫‪.0‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫בדיקת נכונות של ה‪ IP header -‬עפ"י ‪header checksum‬‬ ‫קריאת כתובת היעד של החבילה‬ ‫חיפוש התאמה בטבלת הניתוב‬ ‫הורדת ה‪ TTL-‬ב‪5-‬‬ ‫במידת הצורך‪ ,‬ביצוע פרגמנטציה (שבירת החבילה לכמה מסגרות בהתאם למגבלות הפרוטוקול הפיזי)‬ ‫שידור החבילה ל‪next hop-‬‬ ‫במידת הצורך‪ ,‬שליחת הודעת ‪ICMP‬‬ ‫‪9‬‬ ‫נתבים ( ‪) ROUTERS‬‬ ‫תפקידו של הנתב הוא להעביר חבילות ‪ IP‬מרשת ‪ IP‬אחת לרשת אחרת‪ .‬ישנם נתבים בגדלים שונים ובקצבים שונים‪ ,‬בהתאם‬ ‫לתפקידם ומיקומם‪ .‬נתבים ביתיים למשל‪ ,‬הם זולים ופשוטים‪ ,‬מכיוון שהם משרתים מספר קטן מאד של תחנות קצה‪ .‬נתבים‬ ‫נפוצים מהסוג הזה הם של ‪ LinkSys‬ושל ‪ .D-Link‬בקצה השני של הסקאלה נמצא את הנתבים המשמשים את שדרת‬ ‫האינטרנט‪ ,‬שהם עוצמתיים במיוחד ויקרים מאד‪ .‬השולטים בשוק הזה הם חברות ‪ Cisco‬ו‪ .Juniper-‬בין לבין ניתן למצוא‬ ‫נתבים המשרתים רשתות בינוניות וגדולות‪ .‬חברת ‪ Cisco‬היא השליטה הכמעט בלעדית בשוק זה‪.‬‬ ‫מרכיבים פונקציונאלים‬ ‫מבחינה פונקציונאלית קיימים ‪ 2‬מרכיבים ראשיים‪:‬‬ ‫‪-‬‬ ‫‪-‬‬ ‫קביעת החלטות ניתוב (‪ :)Routing Functions‬קבלת נתונים על מבנה‬ ‫הרשת וביצוע אלגוריתמים לפיהם נקבעים כללי ניתוב שונים‪ .‬מרכיב‬ ‫זה נקרא גם ‪.control plane‬‬ ‫הניתוב בפועל (‪ :)IP Forwarding‬קליטת חבילות ב‪ interface-‬מסויים‪,‬‬ ‫ושידורן דרך ‪ interface‬אחר שמקרב אותן ליעד‪ .‬מרכיב זה נקרא גם‬ ‫‪.data plane‬‬ ‫‬‫החוליה המקשרת בין ‪ 2‬החלקים היא טבלת הניתוב‪ .‬החלק העליון מזין את‬ ‫טבלת הניתוב‪ ,‬ואילו החלק התחתון משתמש בטבלה הזו‪.‬‬ ‫מרכיב ה ‪ROUTING FUNCTIONS -‬‬ ‫כאמור תפקידו של חלק זה בנתב הוא להזין בסופו של דבר את טבלת הניתוב בנתונים‪ .‬לשם כך הוא‪:‬‬ ‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫מפיץ נתונים ברשת על החיבורים שלו לרשתות סמוכות ולנתבים שכנים‪ ,‬בהתאם לפרוטוקול הניתוב הממומש‬ ‫באותה רשת‪.‬‬ ‫קורא נתונים על מצב הרשת מנתבים אחרים‪.‬‬ ‫מעבד את הנתונים על מצב הרשת‪ ,‬ומפעיל אלגוריתמים על מנת למצוא נתיבים לרשתות אחרות (לאו דווקא שכנות)‬ ‫מעדכן את טבלת הניתוב בהתאם לחישובים שלו‬ ‫כל התהליך החישובי הזה נעשה במעבד מרכזי‬ ‫מרכיב הניתוב‬ ‫חלק זה עוסק אך ורק בקליטת חבילות וניתובן לכיוון היעד‪ .‬כאשר חבילה מגיעה‪ ,‬היא מועברת ל‪ interface-‬היציאה‪ ,‬נעטפת‬ ‫ב‪ header-‬של שכבה ‪ 2‬ומשודרת לכיוון היעד הבא‪ .‬על מנת שהנתב יוכל לעבוד בקצבים גבוהים‪ ,‬חלק זה יותר פשוט לוגית‪.‬‬ ‫כל חבילה שמתקבלת מועברת ליעד בהתאם לטבלה‪ ,‬אחרי שה‪ Header-‬של החבילה עובר התאמות‪.‬‬ ‫‪10‬‬ ‫מרכיבים פיזיים‪:‬‬ ‫נתב מורכב מ‪:‬‬ ‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫‪ :Network Interfaces‬יציאות פיזיות או ממשק אלחוטי‪ .‬בעזרתו מקושרים‬ ‫לתחנות אחרות‬ ‫‪ :Interconnection Network‬המרכיב המקשר בין ה‪interfaces-‬‬ ‫השונים ומעביר את החבילות מהם ואליהם‬ ‫מעבד וזיכרון לביצוע פעולות חישוב שונות לשם ביצוע החלטות ניתוב‬ ‫ושמירה של טבלאות ניתוב‪.‬‬ ‫אם משתמשים למשל במחשב בתור נתב‪ ,‬כרטיסי הרשת מספקים את ממשק‬ ‫הרשת‪ ,‬ה‪ PCI bus-‬משמש לקישוריות והמעבד משמש להחלטות על הניתוב‪.‬‬ ‫בנתבים מסחריים כמו של סיסקו למשל‪ ,‬ממשקי הרשת והחומרה המקשרת‬ ‫ביניהם הרבה יותר מתוחכמים‪ ,‬כך שלמעבד נשארת הרבה פחות עבודה‪.‬‬ ‫שיטות ניתוב‬ ‫מבוא‬ ‫אזורי ניתוב אוטונומיי ם ( ‪) AS‬‬ ‫אזורי ניתוב (‪ Autonomous Systems‬או בקיצור ‪ )AS‬הינם אזורים באינטרנט שמהווים יחידה שמנהלת את עצמה בכל הנוגע‬ ‫לניתוב‪ .‬דוגמא טובה לכך היא למשל הרשת של קמפוס הטכניון‪ .‬דוגמא אחרת היא רשת של ספק אינטרנט כמו נטוויז'ן (כולל‬ ‫תשתית פלוס כל המשתמשים המחוברים כרגע)‪.‬‬ ‫בתוך ‪ AS‬הניתוב מתנהל בצורה שונה מאשר בין ‪ AS‬שונים‪ ,‬וגם הפרוטוקולים שבהם משתמשים שונים בין ‪ 2‬המקרים‪.‬‬ ‫פרוטוקולים שעובדים בתוך ‪ AS‬נקראים ‪ )Interior Gateway Protocols ( IGP‬ואילו הפרוטוקולים שעובדים בין ה‪ AS-‬השונים‬ ‫נקראים ‪.)Exterior Gareway Protocols( EGP‬‬ ‫הטבלה הבאה מציגה את ההבדלים בין שני המקרים‪.‬‬ ‫ניתוב פנימי‬ ‫ניתוב חיצוני‬ ‫היכן פועל‬ ‫בתוך ‪AS‬‬ ‫מנתב בין ‪ , AS‬ובכך למעשה מקשר את כל חלקי האינטרנט‬ ‫ממה מתעלם‬ ‫לא מתייחס כלל לשיקולי ניתוב מחוץ‬ ‫ל‪ AS-‬בו הוא עובד‬ ‫לא מתייחס למה שקורה בתוך ‪AS‬‬ ‫פרוטוקולים נפוצים‬ ‫‪ OSPF‬הנפוץ ביותר‪ RIP ,‬ישן ופשוט‬ ‫יותר‪ IS-IS ,‬שדומה ל‪ OSPF-‬אבל יותר‬ ‫פשוט‬ ‫‪ BGP‬הוא הפרוטוקול הבלעדי‬ ‫‪11‬‬ ‫שיטות ניתוב‬ ‫קיימות ‪ 2‬שיטות ניתוב עיקריות‪ Distance Vector :‬ו‪ . Link State-‬כאן נרחיב את הדיבור רק על ‪ ,Link State‬עליו מתבסס‬ ‫פרוטוקול ‪ ,OSPF‬אבל בכל זאת נדגיש מה ההבדלים בין שתי השיטות‪.‬‬ ‫בשיטת ה‪ ,Link State-‬כל נתב רואה את התמונה של הרשת‪ ,‬כולל כל הנתבים ברשת והקשרים בין הנתבים השונים‪ .‬כאשר‬ ‫הנתב צריך להחליט על הדרך הקצרה ביותר ליעד‪ ,‬הוא מריץ אלגוריתם למציאת הנתיב הקצר ביותר אל היעד‪ ,‬ובהתאם‬ ‫לתוצאות האלגוריתם מחליט מהי התחנה הבאה לכיוון היעד‪ .‬כדי שהשיטה הזו תעבוד כהלכה‪ ,‬לכל הנתבים ברשת צריכה‬ ‫להיות תמונה אחידה על מבנה הרשת‪ ,‬ולשם כך מושקע מאמץ רב בסינכרון בין הנתבים‪.‬‬ ‫בשיטת ה‪ , Distance Vector-‬אין לכל נתב תמונה של הרשת‪ .‬במקום זאת כל נתב מספר לשכנים שלו לאילו יעדים הוא יכול‬ ‫להגיע‪ ,‬ומה המרחק שלו לכל יעד‪ .‬נתב המקבל הודעה בקשר ליעד מסויים‪ ,‬מפיץ אותה הלאה‪ ,‬כמובן עם תוספת המרחק בינו‬ ‫לבין הנתב דרכו הוא יגיע לאותו יעד‪ .‬שיטה זו פשוטה יותר למימוש אך נחשבת פחות אמינה ופחות אפקטיבית ככל שהרשת‬ ‫גדלה‪.‬‬ ‫כאמור‪ ,‬אנו נתמקד רק בשיטת ה‪ Distance Vector-‬אשר בה נעסוק בניסוי‪.‬‬ ‫מטרתו של אלגוריתם ניתוב הוא למצוא את הדרך הזולה ביותר להעביר חבילה בין ‪ 2‬נקודות‪.‬‬ ‫המונח "זול" מתייחס למהירות וזמינות של הקו‪ .‬קו מהיר יותר ובעל רוחב פס גדול ייחשב זול יותר מאשר קו איטי בעל פס‬ ‫יותר צר‪ .‬לכן‪ ,‬לכל יציאה בנתב מדביקים משקל (‪ )metric‬בהתאם לסוג הקו‪ .‬מכאן מתבצע התהליך הבא‪:‬‬ ‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫נתבים מעבירים ביניהם מידע על קשרים בין נתבים והמשקלים של כל קשר‬ ‫כל נתב בונה גרף עם משקלים בהתאם למידע‪ ,‬שמשקף את מבנה הרשת‬ ‫כל נתב‪ ,‬בהתאם לתמונת הגרף שהוא יצר‪ ,‬מריץ אלגוריתם למציאת הנתיב הקצר ביותר לכל תת‪-‬רשת‪.‬‬ ‫הנתב מעדכן את טבלת הניתוב בהתאם לתוצאות הריצה של האלגוריתם‪.‬‬ ‫לדוגמא‪ ,‬הרשת הזו‪:‬‬ ‫מתורגמת לגרף כזה‪:‬‬ ‫)‪Net (E,F‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪1‬‬ ‫)‪Net (C,E‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪C 2‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫)‪Net (B,C‬‬ ‫)‪Net (D,E‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪1‬‬ ‫)‪Net (B,D‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪B‬‬ ‫)‪Net (A,B‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪A‬‬ ‫יש לזכור שקשר בין ‪ 2‬נתבים יכול להיות קו ‪ serial‬או רשת מקומית שבו ‪ 2‬הנתבים מחוברים ביניהם דרך מתג אחד או יותר‪.‬‬ ‫כאשר נעשית ההמרה לגרף אין הבחנה בין שני המקרים האלה‪.‬‬ ‫)‪OPEN SHOTEST PATH FISRT (OSPF‬‬ ‫פרוטוקול ניתוב זה הוא הנפוץ ביותר במשפחת ה‪ ,Link State-‬וקרוב לודאי הפרוטוקול הנפוץ ביותר בקבוצת ה‪OSPF .IGP-‬‬ ‫עבר כמה גרסאות עד שהגיע לגרסא הנוכחית שנקראת ‪( OSPFv2‬למרות שהיו לפחות ‪ 1‬גרסאות שונות)‪.‬‬ ‫כיצד עובד הפרוטוקול‬ ‫בשיטת ‪ Link State‬לכל נתב יש תמונה מלאה של הרשת‪ .‬מצד אחד שיטה זו מאפשרת להגיב מהר על שינויים ברשת‪ ,‬אבל‬ ‫מצד שני זה מציב אתגר מסוג שונה‪ ,‬מפני שעל מנת שהרשת תתפקד לכל הנתבים צריכה להיות תמונה עקבית‪ ,‬כלומר‬ ‫שתמונת הרשת של נתב א' לא תסתור את זו של נתב ב'‪.‬‬ ‫‬‫‪-‬‬ ‫‬‫‪-‬‬ ‫כל נתב יוצר קשר עם השכנים שלו (נתבים אחרים שנמצאים עם אותו ‪ LAN‬כמוהו)‬ ‫כל נתב מייצר הודעת )‪ Link State Advertisement (LSA‬שמופצת לכל הנתבים האחרים ברשת‪ .‬ה‪ LSA-‬כולל‪:‬‬ ‫‪Link ID o‬‬ ‫‪State of Link o‬‬ ‫‪Cost o‬‬ ‫‪neighbors of link o‬‬ ‫כל נתב מחזיק מאגר נתונים שנבנה מתוך ה‪ .LSA-‬מאגר זה נקרא ‪ Link State Database‬והוא מתאר את הרשת‬ ‫בצורה של גרף עם משקלים‬ ‫כל נתב משתמש במאגר הנתונים של ה‪ LSA-‬ומריץ אלגוריתם דיאקסטרה למציאת הנתיב הקצר ביותר לכל תת‬ ‫רשת‪ .‬תוצאות ההרצה מוזנות לתוך טבלת הניתוב‪.‬‬ ‫חלוקה לאזורים‬ ‫על מנת להיות מסוגלים לתמוך ברשתות גדולות‪ OSPF ,‬מאפשר חלוקה לאזורים (‪ .)Area‬בכל אזור יש לפחות נתב אחד‬ ‫שמתקשר אל מחוץ לאזור ונקרא ‪ .ABR‬כל שאר הנתבים הם נתבים פנימים לאזור‪ ,‬ונקראים ‪ .Internal Routers‬נתבים אלה‬ ‫מכירים רק את האזור עצמו‪ ,‬כלומר גרף הרשת שהם מחזיקים מכיל רק נתבים מהאזור שלהם‪ .‬לשאר אזורי הרשת הם‬ ‫מגיעים דרך ה‪ ABR-‬שמהווה ה‪ default gateway-‬שלהם‪ .‬בצורה כזו‪ ,‬ה‪ Link State Database-‬קטן באופן משמעותי‪.‬‬ ‫‪ Area 0‬נקרא גם ‪ . Backbone Area‬כל האזורים האחרים מחוברים אליו‪ ,‬וכל התקשורת שנעשית בין האזורים עוברת דרכו‪.‬‬ ‫לכל רשת ‪ OSPF‬חייב להיות ‪ .area 0‬נתב ששייך ל‪ Area 0-‬נקרא ‪.backbone router‬‬ ‫סוג נוסף של נתב הוא ‪ .ASBR‬נתב כזה מתקשר לא רק ב‪ OSPF-‬אלא גם בפרוטוקולים אחרים עם רשתות שכנות‪.‬‬ ‫‪13‬‬ ‫הציור הבא מסכם את כל סוגי האזורים והרשתות‪:‬‬ ‫סוגי הודעות ‪OSPF‬‬ ‫הודעה יכולה להיות אחד מהסוגים הבאים‪:‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.0‬‬ ‫‪.0‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪ – Hello‬הנתב מודיע שהוא קיים ומתפקד‪ .‬ע"י שליחה וקבלה של הודעות אלה נוצרים יחסי שכנות בין נתבים באותו‬ ‫איזור‪ .‬זו הודעה עם מעט אינפורמציה שנשלחת לעיתים תכופות (כל ‪ 53‬שניות) ואם עבור נתב מסויים לא מקבלים‬ ‫‪ Hello‬תוך ‪ 03‬שניות הוא נחשב מנותק‬ ‫‪ – Database Description‬בעיקר משמש להחלפה של ‪ LSA headers‬בין ‪ 2‬מחשבים‪.‬‬ ‫‪ – Link State Request‬כאשר לנתב חסר ‪ LSA‬מסויים או שעומד לפוג תוקפו‪ ,‬הוא מבקש אותו מהנתב שסיפק לו את‬ ‫ה‪ LSA-‬מלכתחילה‬ ‫‪ :Link State Update‬עדכון של ‪ LSA‬אחד או יותר‪ .‬יכול גם להישלח כתשובה ל‪.Link State Request‬‬ ‫‪ :Link State Acknowledgement‬סוג ‪ 1‬ואחרון נשלח כחיווי ל‪.Link State Update-‬‬ ‫)‪DESIGNATED ROUTER (DR‬‬ ‫בכל איזור יש נתב אחד שנקרא ‪ DR‬ואחד אחר לגיבוי שנקרא ‪ .BDR‬הנתב הזה נבחר ע"י הנתבים באופן מבוזר‪ .‬כאשר נתב‬ ‫מזהה שינוי ברשת ושולח עדכון‪ ,‬העדכון נשלח רק ל‪ DR-‬ו‪ .BDR-‬ה‪ DR-‬דואג לשלוח את העדכון הזה לנתבים האחרים‪.‬‬ ‫סוגי ‪LSA‬‬ ‫‪ROUTER LSA‬‬ ‫כל נתב מייצר ‪ LSA‬כזה‪ ,‬בו הוא מספק רשימה של כל ה‪ Links-‬שנמצאים באזור שלו‪ ,‬כולל המשקלים שלהם והסוג שלהם‪.‬‬ ‫נתב המקבל ‪ LSA‬מסוג כזה יעביר אותו הלאה‪ ,‬אבל רק בתוך האזור בו נמצא הנתב‪ .‬לכן ‪ ABR‬לא יעביר מידע מסוג כזה‬ ‫מאזור אחד לאזור אחר‪.‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪NETWORK LSA‬‬ ‫ה‪ DR-‬מייצר ‪ LSA‬מסוג זה‪ .‬הוא מכיל רשימה של הרשתות באזור של הנתב‪ ,‬ואילו נתבים מחוברים לכל רשת‪ .‬גם ‪ LSA‬זה לא‬ ‫יוצא מתחומי האזור בו הוא מתפרסם‪.‬‬ ‫‪SUMMARY LSA‬‬ ‫נתבי ‪ ABR‬מפיצים הודעות מסוג ‪ Summary LSA‬על מנת לפרסם את כל הרשתות אשר נמצאות מחוץ לאזור‪ ,‬שהם עדיין חלק‬ ‫מה‪ .AS-‬סוג זה יהיה קיים רק ברשת בו מוגדרים כמה אזורים‪ ,‬כאשר ‪ Area 0‬מקשר ביניהם‪ .‬אין כאן מידע על לינקים‪ ,‬אלא‬ ‫במקום זה רשימה של רשתות ועבור כל רשת הנתב שמקשר אליו‪.‬‬ ‫דוגמא ‪:‬‬ ‫‪Area 1‬‬ ‫‪10.0.103.1‬‬ ‫‪10.0.102.1‬‬ ‫‪10.0.103.0‬‬ ‫‪10.0.100.2/24‬‬ ‫‪10.0.100.3/24‬‬ ‫‪10.0.102.0‬‬ ‫‪10.0.101.1/24‬‬ ‫‪10.0.100.1/24‬‬ ‫‪10.0.10.2/24‬‬ ‫‪ABR‬‬ ‫‪Area 0‬‬ ‫‪10.0.10.1/24‬‬ ‫‪10.0.11.1/24‬‬ ‫‪10.0.12.1/24‬‬ ‫‪10.0.12.2/24‬‬ ‫‪10.0.122.0‬‬ ‫‪10.0.11.2/24‬‬ ‫נתב ה‪( ABR-‬מסומן בחץ) ישלח עדכוני ‪ Link State‬אל הנתבים ב‪ Area 0-‬ואל הנתבים ב‪ .Area 1-‬המידע שמפורסם לאזור‬ ‫הראשון שונה מזה שמפורסם באזור השני‪ ,‬מכיוון שלכל אזור הנתב מעדכן רק מה שרלוונטי אליו‪.‬‬ ‫הנה ה‪ Link States-‬עבור ‪:Area 1‬‬ ‫‪:Router Link State‬‬ ‫‪15‬‬ ‫יש רק אחד‪ ,‬זה המחובר ליציאה עם הכתובת ‪53.3.533.5‬‬ ‫‪:Network Link State‬‬ ‫גם כאן הנתב יפרסם רק אחד‪ .‬זוהי הרשת ‪ 53.3.533.3‬אליה מחוברים ‪ 0‬הנתבים ב‪.area 1-‬‬ ‫‪:Summary Link State‬‬ ‫הנתב יפרסם שאל הרשתות‪ 53.3.52.3 ,53.3.55.3 ,53.3.53.3 :‬ו‪ 53.3.522.3-‬ניתן להגיע דרכו בכתובת ‪.53.3.533.5‬‬ ‫הנה ה‪ Link States-‬עבור ‪:Area 0‬‬ ‫‪:Route Link State‬‬ ‫הנתב יפרסם רק אחד‪ ,‬זה המחובר ליציאה עם הכתובת ‪53.3.53.2‬‬ ‫‪:Network Link State‬‬ ‫גם כאן הנתב יפרסם רק אחד‪ .‬זוהי הרשת ‪ 53.3.53.3‬אליה מחוברים נתב ה‪ ABR-‬והנתב המרכזי‪.‬‬ ‫‪:Summary Link State‬‬ ‫הנתב יפרסם שאל הרשתות‪ 53.3.532.3 ,53.3.533.3 :‬ו‪ 53.3.530.3-‬ניתן להגיע דרכו בכתובת ‪.53.3.53.2‬‬ ‫‪LINK STATE DATABASE‬‬ ‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫לכל ה‪ Internal Routers-‬של אותו איזור יש ‪ LSDB‬זהה‪.‬‬ ‫כאשר ‪ 2‬נתבים מזהים זה את זה לראשונה‪ ,‬הם מחליפים ביניהם את כל ה‪ LSDB-‬שלהם‬ ‫עדכון ‪ Link State‬נעשה דרך כתובות ‪.multicast‬‬ ‫מבנה הודעת ‪OSPF‬‬ ‫‪ OSPF‬מורכב מ‪ header-‬וגוף ההודעה‪ .‬הפורמט של גוף ההודעה משתנה בהתאם לסוג ההודעה‪ ,‬אולם מבנה ה‪ header -‬זהה‬ ‫בכולם‪.‬‬ ‫מבנה ה ‪HEADER -‬‬ ‫‪OSPF Message‬‬ ‫‪Header‬‬ ‫‪Body of OSPF Message‬‬ ‫‪type‬‬ ‫‪message length‬‬ ‫‪version‬‬ ‫‪source router IP address‬‬ ‫‪Area ID‬‬ ‫‪authentication type‬‬ ‫‪checksum‬‬ ‫‪authentication‬‬ ‫‪16 authentication‬‬ ‫‪32 bits‬‬ ‫‬‫‬‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫‪ :Type‬מהו סוג ההודעה‪.‬‬ ‫‪ :message length‬אורך הודעת ה‪ OSPF-‬כולל ה‪header-‬‬ ‫‪ : IP Address‬מכיוון שלנתב יש יותר מכתובת אחת‪ ,‬בדרך כלל תילקח הכתובת הגבוהה ביותר‬ ‫‪ :Area ID‬מספר ה‪ area-‬כפי שהוסבר למעלה‬ ‫‪ :Checksum‬של כל החבילה כולל ‪.headers‬‬ ‫‪ :Au Type‬יכול לקבל ‪ 3,5‬או ‪ 2‬בהתאם לרמת האוטנטיקציה‬ ‫‪-‬‬ ‫מי שרוצה להתעמק יותר בפורמט של כל הודעה יכול להסתכל כאן‪http://cisco.iphelp.ru/faq/5/ch08lev1sec1.html :‬‬ ‫שאלות הכנה לחלק א'‬ ‫‪ .5‬מה ההבדל בין מתג לנתב? מתי משתמשים בכל אחד מהם?‬ ‫‪ .2‬מה התפקיד של ‪?default gateway‬‬ ‫‪ .0‬אילו מבין כניסות הניתוב הבאות משמשת בפועל כ‪( default gateway-‬יכולה להיות יותר מתשובה אחת נכונה)?‬ ‫‪network‬‬ ‫‪mask‬‬ ‫‪0.0.0.0‬‬ ‫‪10.0.0.0‬‬ ‫‪255.0.0.0‬‬ ‫‪0.0.0.0‬‬ ‫‪0.0.0.0‬‬ ‫‪0.0.0.0‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫נמקו את תשובתכם‬ ‫‪ .0‬נתונה טבלת הניתוב הבאה‪ .‬העמודה השמאלית מייצגת את הרשת המנותבת‪ ,‬והעמודה הימנית את הנתב‬ ‫המתאים לכל רשת‪.‬‬ ‫‪Next Hop‬‬ ‫‪R1‬‬ ‫‪R2‬‬ ‫‪R3‬‬ ‫‪R4‬‬ ‫‪R5‬‬ ‫‪R6‬‬ ‫‪R7‬‬ ‫‪Destination‬‬ ‫‪10.0.0.0/8‬‬ ‫‪512.168.0.0/16‬‬ ‫‪512.168.1.0/24‬‬ ‫‪512.168.2.0/23‬‬ ‫‪512.168.4.0/22‬‬ ‫‪512.168.4.64/26‬‬ ‫‪512.168.5.0/32‬‬ ‫‪17‬‬ ‫‪512.168.10.0/24‬‬ ‫‪default‬‬ ‫‪R8‬‬ ‫‪R9‬‬ ‫לאיזה נתב ינותבו הכתובות הבאות? נמקו בקצרה את תשובתכם‪.‬‬ ‫‪.a‬‬ ‫‪.b‬‬ ‫‪.c‬‬ ‫‪.d‬‬ ‫‪.e‬‬ ‫‪.f‬‬ ‫‪.g‬‬ ‫‪192.168.1.34‬‬ ‫‪192.168.3.34‬‬ ‫‪192.168.4.102‬‬ ‫‪192.168. 5.102‬‬ ‫‪192.168.7.102‬‬ ‫‪192.168.9.102‬‬ ‫‪192.168.11.102‬‬ ‫‪18‬‬ ‫‪OSPF‬‬ ‫נתונה הרשת הבאה‪:‬‬ ‫‪Area 1‬‬ ‫‪10.0.103.1‬‬ ‫‪10.0.102.1‬‬ ‫‪10.0.103.0‬‬ ‫‪10.0.100.3/24‬‬ ‫‪10.0.100.2/24‬‬ ‫‪10.0.102.0‬‬ ‫‪10.0.101.1/24‬‬ ‫‪10.0.100.1/24‬‬ ‫‪10.0.10.2/24‬‬ ‫‪Area 3‬‬ ‫‪Area 0‬‬ ‫‪10.0.11.2/24‬‬ ‫‪10.0.112.0‬‬ ‫‪10.0.10.1/24‬‬ ‫‪10.0.11.1/24‬‬ ‫‪10.0.12.1/24‬‬ ‫‪10.0.12.2/24‬‬ ‫‪Area 2‬‬ ‫‪10.0.122.0‬‬ ‫‪ .5‬כמה ‪ ABR‬יש ברשת הזו?‬ ‫‪ .2‬אילו רשתות יפרסם הנתב בגבול ‪ Area 3‬ב‪ Summary LSA-‬לכיוון ‪?Area 3‬‬ ‫‪ .0‬כמה לינקים יפרסם הנתב שכתובתו ‪ ?53.3.532.5‬כמה נתבים יקבלו את המידע הזה?‬ ‫‪19‬‬ ‫מפגש שני – מיתוג‬ ‫הערה‪ :‬מבוא זה הוא אמנם קצר‪ ,‬אבל חשוב להשקיע בו זמן ולהבין אותו כהלכה‪ ,‬על מנת לבצע את הניסוי כראוי‪.‬‬ ‫מתגים ( ‪) SWITCHES‬‬ ‫תפקידו של המתג הינו לקשר בין מחשבים ברשת המקומית‪ .‬המונח באנגלית הוא ‪ .Network Switch‬בעבר נהוג היה‬ ‫להשתמש במונח ‪ bridge‬או ‪ transparent bridge‬ומונחים זהים לחלוטין‪ .‬מתגים פועלים בשכבה ‪ .2‬ברוב הרשתות המקומיות‬ ‫הפרוטוקול הינו ‪ .Ethernet‬מהירות הקו הנפוצה ביותר היא ‪ ,100Mbps‬אולם מהירות ‪ 1Gbps‬חודרת במהירות ותוך שנים‬ ‫ספורות רוב הרשתות יעבדו במהירות זו‪.‬‬ ‫ברשתות ביתיות וקטנות יותקנו בדרך כלל מתגים מאד פשו טים וזולים‪ .‬במתגים אלו אין כלל צורך בהגדרות‪ .‬כל שצריך‬ ‫לעשות הוא לחבר כבלים בין המתג למחשבים או לנתב‪ ,‬והמתג יקשר בין כולם‪.‬‬ ‫מתג פשוט‬ ‫ברשתות גדולות יותר יש צורך במתגים יותר מתוחכמים שניתן לקנפג ולנהל‪ .‬מתגים אלו כוללים יישומים מורחבים של‬ ‫פרוטוקולים לשכבה ‪( 2‬כמו למשל ‪ STP‬ו‪ ) VLAN-‬וכן יישומים נוספים ולעיתים גם מימוש פרוטוקולים בשכבות היותר גבוהות‬ ‫עד רמת האפליקציה‪ .‬במסגרת הניסוי אנו נתמקד בתפקידו הבסיסי בלבד של מתג‪ ,‬ולא נגלוש לפונקציונאליות הנוספת‪.‬‬ ‫מתג מתוחכם‬ ‫טופולוגיות‬ ‫בראשית ה‪ Ethernet-‬הגיע בטופולוגיה של ‪ .bus‬הרבה מחשבים היו מחוברים לאותו סגמנט‪ ,‬וכאשר אחד היה משדר כל‬ ‫המחשבים האחרים היו שומעים ולא היו מסוגלים לשדר גם הם באותו הזמן‪ .‬לכן הטכנולוגיה של ‪ CSMA/CD‬הייתה‬ ‫משמעותית‪.‬‬ ‫זה נראה בערך כך‪:‬‬ ‫‪20‬‬ ‫היום‪ ,‬ולמעשה כבר די הרבה שנים‪ ,‬אין טופולוגיות כאלו‪ .‬הרשת היא רשת ממותגת‪ ,‬כלומר כל המחשבים מחוברים למתג‪.‬‬ ‫בטופולוגיה כזו‪ ,‬כל חיבור בין מחשב למתג מהווה מעין ‪ Bus‬משלו‪ .‬משמעות הדבר היא ש‪:‬‬ ‫‪ .5‬כמה נקודות יכולות לשדר בו זמנית‬ ‫‪ .2‬כאשר נקודה אחד משדרת‪ ,‬לא בהכרח כל הנקודות האחרות יקבלו את התשדורת הזו‬ ‫‪ .0‬נקודות שונות על אותו ‪ LAN‬יכולות להשתמש בקצבים שונים של הפרוטוקול (‪.)Mbps 5333 ,533 ,53‬‬ ‫הטופולוגיה נראית בערך כך‪:‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪LEARNING SWITCH‬‬ ‫הזכרנו כבר בסעיף הקודם‪ ,‬שבטופולוגיה של היום כאשר מחשב אחד משדר למחשב שני‪ ,‬לא בהכרח כל המחשבים האחרים‬ ‫שומעים את התעבורה הזו‪ .‬כיצד זה נעשה? הנה ההסבר‪.‬‬ ‫נניח שבציור למעלה‪ ,‬מחשב ‪ A‬מחובר לפורט ‪ 5‬במתג‪ ,‬מחשב ‪ B‬לפורט ‪ 2‬וכך הלאה‪ .‬המתג מחזיק טבלה שממפה בין‬ ‫כתובות ‪ MAC‬לבין הפורט שמאחוריו הם נמצאים (טבלת ‪ .)forwarding‬אם מגיעה למתג חבילה שמיועדת לכתובת מסוימת‬ ‫שמופיעה בטבלה‪ ,‬המתג ישדר את החבילה רק לאותו פורט שמאחוריו נמצא המחשב‪ .‬אם החבילה מיועדת לכתובת שלא‬ ‫מופיעה בטבלה‪ ,‬או שזו חבילת ‪ ,multicast‬המתג מבצע פעולה שנקראת ‪ flooding‬שבה החבילה משודרת דרך כל הפורטים‪.‬‬ ‫נניח לדוגמא שעשינו ‪ RESET‬למתג‪ ,‬וטבלת המיפוי ריקה‪.‬‬ ‫כאשר מחשב ‪ A‬משדר חבילה למחשב ‪ ,E‬מכיוון שמחשב ‪ E‬אינו ממופה בטבלה‪ ,‬מתבצע ‪ flooding‬וכל המחשבים האחרים‬ ‫מקבלים גם הם את החבילה (הם יזרקו אותה מהר מאד כי יגלו שה‪ Destination MAC address-‬אינו מתאים לכתובת שלהם)‪.‬‬ ‫בנוסף‪ ,‬כתובת של מחשב ‪ A‬ממופת בטבלה על פי הפורט שממנו הגיעה החבילה‪.‬‬ ‫‪21‬‬ ‫כאשר ‪ E‬עונה ל‪ A ,A-‬כבר נמצא בטבלה כי הוא שידר חבילה מקודם‪ .‬לכן החבילה מועברת רק לפורט ‪ .5‬שאר המחשבים לא‬ ‫יראו את החבילה הזו‪.‬‬ ‫טבלת ה‪ Forwarding-‬אינה חד‪-‬חד ערכית‪ .‬ברוב הרשתות מתגים משורשרים אחד לשני‪ .‬במצב כזה‪ ,‬פורט שמשמש לחיבור‬ ‫עם מתג אחר יהיה ממופה למספר גדול של כתובות‪.‬‬ ‫הציור למטה הוא דוגמא לכך‪ .‬נניח שהמתגים מחוברים ביניהם בפורט ‪ 20‬בשני המתגים‪ .‬טבלת ה‪ forwarding-‬במתג הימני‬ ‫תמפה את המחשבים ‪ B ,A‬ו‪ C-‬עם פורט ‪.20‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪22‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪A‬‬ ‫לולאות ברשת ממותגת‬ ‫נניח שקיימת הרשת הבאה‪ ,‬וכל טבלאות ה‪ forward -‬במתגים ריקות‪.‬‬ ‫‪S2‬‬ ‫‪S4‬‬ ‫‪S1‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪S3‬‬ ‫נניח שמחשב ‪ A‬משדר חבילה אחת ל‪ .B-‬החבילה מגיעה למתג ‪ .S1‬המתג מבצע ‪ Flooding‬ושולח את החבילה ל‪ S2-‬ול‪.S3-‬‬ ‫הם שולחים את החבילה ל‪ S4-‬וגם אחד לשני‪ .‬בשלב הזה כבר ‪ 0‬חבילות משוכפלות‪ .‬השכפול ממשיך ומתעצם ואותה חבילה‬ ‫עוברת אינספור פעמים ממתג למתג עד שהרשת קורסת‪.‬‬ ‫הפיתרון לבעיה כזו – מניעת לולאות ברשת‪ .‬לצורך כך קיים פרוטוקול ‪ ,Spanning Tree‬או בקיצור ‪ .STP‬במסגרת פרוטוקול זה‬ ‫מתגים מחליפים ביניהם מידע בעזרת )‪.Bridge Protocol Data Units (BPDU‬‬ ‫הנה עיקרי הפרוטוקול‪:‬‬ ‫‬‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬ ‫המתגים מסכימים על מתג שיהווה שורש העץ ‪.Root Bridge -‬‬ ‫כל מתג מחשב את ה‪ ,Designated Cost-‬שהוא המרחק ממנו ל‪.Root Bridge-‬‬ ‫‪1‬‬ ‫כל מקטע בוחר את ה‪ ,Designated Bridge-‬שהוא המתג דרכו ניתן להגיע ל‪ .Root Bridge-‬יציאת הרשת של‬ ‫שמחברת את ה‪ Designated Bridge-‬למקטע נקראת ‪.Designated port‬‬ ‫כל מתג בוחר את ה‪ Root Port-‬שלו‪ ,‬דרכו ניתן להגיע ל‪ root bridge‬בדרך הקצרה ביותר‪.‬‬ ‫כל יציאת רשת שהיא לא ‪ Designated Port‬או ‪ Root Port‬תהפוך ל‪ Blocked Port-‬ולא תעבור דרכה תעבורת רשת‪.‬‬ ‫בחירת ה ‪ROOT BRIDGE -‬‬ ‫לכל מתג מוגדר ‪ .Bridge ID‬ה‪ Bridge ID-‬מורכב מ‪ 2-‬בתים של ‪ Priority‬ועוד ‪ 8‬בתים של ‪ MAC Address‬של יציאת הרשת עם‬ ‫הכתובת הנמוכה ביותר‪ .‬המתג עם ה‪ Bridge ID-‬הנמוך ביותר יבחר כ‪ .root-‬בהרבה מקרים מנהל הרשת לא נוגע בערך של‬ ‫ה‪ ,priority-‬ומכיוון שערך ברירת המחדל הוא שווה בכל המתגים‪ ,‬התוצאה היא שהמכשיר בעל כתובת ה‪ MAC-‬הנמוכה‬ ‫ביותר הוא זה שנבחר כ‪.Root Bridge-‬‬ ‫‪1‬‬ ‫מקטע הוא אוסף נקודות רשת שאין ‪ bridge‬שמפריד ביניהן‪ .‬הפרוטוקול מאפשר לנקודות רשת אלה להחליף ביניהן מידע‪,‬‬ ‫עד שיוחלט דרך איזה ‪ bridge‬מגיעים ל‪ .root-‬בדוגמא שלנו כל לינק בין ‪ 2‬מתגים מהווה מקטע‪ ,‬אולם במציאות אין זה כך‪,‬‬ ‫ונראה את זה בניסוי עצמו‪.‬‬ ‫‪23‬‬ ‫אם נחזור לדוגמא שלנו‪ ,‬נניח שנתב ‪ S1‬נבחר כ‪ ,root-‬וה‪ cost-‬של כל לינק הוא ‪ ,53‬תיווצר התמונה הבאה‪:‬‬ ‫‪BP‬‬ ‫‪DP‬‬ ‫‪RP‬‬ ‫‪RP‬‬ ‫‪DP‬‬ ‫‪BP‬‬ ‫‪DP‬‬ ‫‪BP‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪RP‬‬ ‫‪BP‬‬ ‫‪A‬‬ ‫ואם נוציא מהציור את ‪ 2‬הלינקים החסומים נקבל את הרשת הזו שהיא נטולת מעגלים‪:‬‬ ‫‪24‬‬ ‫שאלות הכנה לחלק ב'‬ ‫פרוטוקול עץ פורס‬ ‫נתונה הרשת הבאה‪:‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪I‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪G‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪ .5‬מה יקרה אם על המתגים לא ירוץ פרוטוקול ‪?Spanning Tree‬‬ ‫על הרשת הזו רץ פרוטוקול ‪ .Spanning Tree‬נניח שמתג ‪ D‬זכה להיות ה‪.Root-‬‬ ‫‪ .2‬הציעו עץ פורס (יש הרבה אפשרויות)‪ .‬העתיקו את הציור וסמנו את הלינקים בהם לא תהיה תעבורת רשת‪.‬‬ ‫‪ .0‬מלאו את הטבלא הבאה‪ .‬עבור כל ‪ port‬אם הוא ‪ Blocking Port‬ציינו ‪ ,BP‬אם הוא ‪ Root Port‬ציינו ‪ RP‬ואם הוא‬ ‫‪ Designated Port‬ציינו ‪ .DP‬זיכרו שכל פורט יכול להיות בדיוק אחד מהאפשרויות האלה‪.‬‬ ‫‪Switch I‬‬ ‫‪Switch H‬‬ ‫‪Switch G‬‬ ‫‪Switch F‬‬ ‫‪Switch E‬‬ ‫‪Switch D‬‬ ‫‪Switch C‬‬ ‫‪Switch B‬‬ ‫‪Switch A‬‬ ‫‪Port 1‬‬ ‫‪Port 2‬‬ ‫‪Port 3‬‬ ‫‪Port 4‬‬ ‫‪25‬‬ ‫‪ .5‬לפי מה שציירתם מהו ה‪ Designated Bridge-‬של‪:‬‬ ‫‪Port E1 .a‬‬ ‫‪Port I3 .b‬‬ ‫‪Port G1 .c‬‬ ‫‪ .2‬אם כל מתג מקפיץ את ה‪ cost-‬ב‪ ,0-‬מהו ה‪ cost-‬של כל פורט במתג ‪?C‬‬ ‫‪26‬‬