ch3 Fundamentals of WANs And IP Routing

Wide-Area Networks

• 専用線WANはきょうびあまり見なくなったが出題はされる
• Ethernet LANsと同じL2プロトコルを使うが、より長距離転送が必要なので、LANで使わなかった機能を利用する

Leased-Line WANs

• Z状に曲がった線(crooked line)は専用線をあらわす
• HDLCプロトコルについて学ぶ

Physical Details of Leased Lines

• 概念的には、転送速度があらかじめ決まっている、cross-over full-duplexケーブルのような感じ

  • 実物はもちろん違う
  • telco(電話通信事業者)のCO: Central Office(中央局)のswitch(交換機)で中継していたりする

• 特有の語彙

  • leased line (専用線)
  • leased = 所有しているわけではなく、月額で借りている
  • leased circuitとも
  • Serial Link, Serial Line
  • パラレルじゃない
  • Point-to-Point Link, Point-to-Point Line

  • トポロジーは2点間接続のみ考えればよい

    • 間の中央局のスイッチのこととかは考えなくてよい
  • T1
  • 1.544Mbps
  • Private Line
  • 転送するデータがプライベートで、telcoの他の顧客が盗聴することはできないということ

HDLC Data-Link Details of Leased Lines

• leased line: L1
• 専用線自身はデータをどう転送するか = L2のことは決めていない

• 専用線のL2でメジャーなもの

  • HDLC: High-Level Data Link Control
  • PPP: Point-to-Point Protocol

• そもそもL2の仕事

  • 物理的な接続の上で、特定のタイプのデータを正しく届ける

• 専用線は単純なPoint-to-Point topologyなので、HDLCはEthernetほどの仕事はしない

  • 宛先に6バイトも要らないよね
• HDLCのフィールドとEthernetとの対比

• Flag Sequenceとゼロインサート

  • 0x7E = 0b01111110
  • 1が6つ続くと終端と誤認してしまうので、1が5つ続いたら6ビットめに0を強制挿入する
  • そのため、1バイト = 8ビットのデータを転送する場合でも、実際に送信されるビット数は8より多くなったりする
  • ので、専用のH/Wが必要

• Control

  • I,S,U の3フォーマット。ルータ的には関係なし

  • I: Information

    • データ通知

  • S: Supervisory format

    • 受信可能状態などの状態通知

  • U: Unnumbered format

    • 通信回線の論理的な接続・切断

• Type

  • Cisco拡張
  • HDLC自体はISO標準だが、ISO標準に本フィールドはない

  • ルータが上位レイヤ(L3)を知る必要があるため導入

    • Dataフィールドの先頭

How Routers Use a WAN Data Link

       LAN       |        WAN         |       LAN

PC1 -- Switch -- R1 -- Leased Line -- R2 -- Switch -- PC2

   802.3 Frame         HDLC Frame         802.3 Frame

• PC1 -> R1 -> R2 -> PC2 なる経路でIPバケットを転送するケースを考える

  1. ルータR1で802.3フレームを de-encapsulateし、IPパケットを取り出して、HDLCフレームでencapsulateしなおす
  2. ルータR2でHDLCフレームを de-encapsulateし、802.3フレームでencapsulateする

Ethernet as a WAN Technology

• 専用線のデメリット

  • 高コスト
  • 敷設のリードタイム
  • 遅い

• WANもEthernetで！

  • 古来、銅線では伝送距離がネックでLANのみだった
  • 長距離伝送可能な光ファイバー規格の登場により、WANも802.3でいけるように
  • 5kmいける1000BASE-LX
  • 70kmいける1000BASE-ZX

• 語彙

  • SP: Service Provider
  • PoP: Point of Presence
  • SPの近くの接続地点
  • 専用線接続における中央局にあたるもの
  • 専用線接続における交換機にあたるものはEthernet Switch

Ethernet WANs That Create a Layer 2 service

• やはり概念的にはルータ2点間のcross-over cableのような接続

• 語彙

  • Ethernet WAN
  • EthernetはLANだけじゃないそ！という言葉
  • Ethernet Line Service (E-Line)
  • MEF: Metro Ethernet Forumの言葉
  • Ethernet emulation
  • 実際には2点間イーサネット接続ではないことを強調する言い方
  • Ethernet over MPLS (EoMPLS)

  • MPLS: Multiprotocol Label Switching

    • L2.5 などと呼ばれることも
    • Etnernet serviceの実現に用いられる技術
    • 【補】VPNやQoSの実現にも用いられる

How Routers Route IP Packets Using Ethernet Emulation

       LAN       |        WAN         |       LAN
                  G0/1            G0/0
PC1 -- Switch -- R1 --   (cloud)   -- R2 -- Switch -- PC2

   802.3 Frame         802.3 Frame         802.3 Frame

• R1-R2間の接続

  • 物理的には2点間接続でない
  • が、EoMPLSにおいて、2点間接続に見える

• データ転送の流れ

  1. PC1 -> R1
  2. R1でフレームをde-encapsulateし、新しいフレームでencapsulateし直す
  3. Source = R1 G0/1
  4. Destination = R2 G0/0
  5. FCS再計算
  6. R2でフレームをde-encapsulateし、新しいフレームでencapsulateし直す

IP Routing

• 同じグループ宛ならば直接送る

• 異なるグループ宛ならば、しかるべきルータに送る

  • hostからならdefault router
  • routerからならrouting tableにしたがって隣のrouterへ

Network Layer Routing (Forwarding) Logic

略

How Network Layer Routing Uses LANs and WANs

• routerでIPパケットをEthernet frameで包むとき、どうやって宛先のMACアドレスを知るの？
• ARP: Address Resolution Protocol

How IP Addressing Helps IP Routing

• networkという言葉について

  • 混乱の元
  • internetwork
  • router, switch, cableその他により構成されるネットワーク

Rules for Groups of IP Addresses (Networks and Subnets)

• routerにより分かたれていない2つのIPアドレスは同一のグループ(subnet)に所属
• 1つ以上のrouterにより分かたれている2つのIPアドレスは異なるグループ(subnet)に所属

How IP Routing Protocols Help IP Routing

• hostはdefault router (default gateway)を知っていること
• routerはIPアドレスのグループごとにホップ先のrouterを知っていること (routing table)

• IP routing protocol

  • routing tableをどうやって構成するの？
  • routerに学習させる

• routing protocolごとに内部仕様の違いはあれど、流れはだいたい同じ

  1. routerに直接接続されているsubnetについてはconfigureしておく
  2. routerは、隣のrouterに知っているrouting table情報を教えてあげる
  3. 直接接続されているroute
  4. 第三のrouterから教えてもらったroute
  5. 隣のrouterからrouteを教えてもらったら、routing tableに情報を追加する
  6. 典型的には、routeを教えてくれたrouteに向ける

Other Network Layer features

• OSPF: Open Shortest Path First

  • IPとは別個のRFCとして定義されているrouting protocolの一種
• DNS: Domain Name System

• ARP: Address Resolution Protocol

  • 「このIPアドレスだったらMACアドレスを返答してください」ってやつ
  • IPパケットを802.3フレームでくるむ時にDestination MAC Addressを知るために必要

• ICMP: Internet Control Message Protocol

  • pingコマンドで使うやつ