RPwSK Wykład 3: Problemy Routingu

Wstęp do Routingu

1/30

Routing (ruting) to proces przesyłania pakietów między różnymi sieciami.
Routery podejmują decyzje o trasie na podstawie docelowego adresu IP.
Kluczowym elementem sterującym jest tablica routingu.
Problemy rutingowe skutkują brakiem łączności między podsieciami.
Rozróżniamy routing statyczny (ręczny) oraz dynamiczny (automatyczny).
Diagnostyka wymaga analizy ścieżki pakietu w obie strony.
Błędy rutingowe są często trudniejsze do zlokalizowania niż awarie fizyczne.

Zasada działania routera

2/30

Router odbiera pakiet na interfejsie wejściowym.
Analizuje adres docelowy IP zawarty w nagłówku pakietu.
Przeszukuje tablicę routingu w celu znalezienia najlepszego dopasowania.
Longest Prefix Match: wygrywa trasa posiadająca najdłuższą maskę.
Przekazuje pakiet do właściwego interfejsu wyjściowego.
W przypadku braku trasy pakiet jest odrzucany (komunikat ICMP Unreachable).
Router obniża wartość TTL (Time To Live) w nagłówku IP o 1.

Tablica routingu

3/30

Integralna baza wiedzy routera o strukturze i topologii sieci.
Zawiera wpisy: Sieć docelowa, Maska, Next Hop (Brama) lub Interfejs.
Źródła tras: bezpośrednie (Connected), statyczne (Static), dynamiczne (OSPF, BGP).
Trasy bezpośrednio podłączone mają najwyższy priorytet (AD = 0).
Administrative Distance (AD) określa wiarygodność źródła trasy.
Metric (metryka) służy do wyboru najlepszej trasy w danym protokole.
`show ip route` to fundament diagnostyki rutingowej.

Trasy statyczne: Konfiguracja i zastosowanie

4/30

Wpisy wprowadzane do tablicy ręcznie przez administratora.
Zalety: prostota, bezpieczeństwo, brak obciążenia procesora routera.
Wady: brak automatycznej reakcji na awarię łącza (wymaga ręcznej zmiany).
Składnia: `ip route [sieć] [maska] [next-hop]`.
Błąd w konfiguracji (np. literówka w adresie IP) to częsty powód awarii.
Trasy statyczne posiadają domyślnie bardzo wysoką wiarygodność (AD = 1).
Floating Static Route: trasa zapasowa z podwyższoną wartością AD.

Problem: Brak trasy powrotnej

5/30

Najpowszechniejszy błąd w konfiguracji routingu statycznego.
Pakiet bez przeszkód dociera do celu, lecz odpowiedź nie może wrócić.
Objawy: Brak odpowiedzi na Ping (komunikat Request Timed Out).
Router A zna drogę do sieci B, lecz Router B nie posiada trasy do sieci A.
Routing jest procesem wymagającym drogi w obu kierunkach.
Diagnostyka: `traceroute` urywa się na ostatnim skoku przed celem lub u celu.
Rozwiązanie: dodanie brakującej trasy powrotnej na routerze zdalnym.

Brama domyślna (Default Gateway / Routing)

6/30

Trasa ostatniej szansy (Gateway of Last Resort).
Stosowana, gdy router nie posiada konkretnej trasy do sieci docelowej.
W tablicy zapisywana jako adres 0.0.0.0 z maską 0.0.0.0.
Niezbędna do komunikacji z sieciami zewnętrznymi i Internetem.
Brak bramy domyślnej całkowicie izoluje sieć od świata zewnętrznego.
Błąd na hoście uniemożliwia jakąkolwiek komunikację poza lokalny LAN.
Konfiguracja wielu bram na jednym urządzeniu prowadzi do niestabilności.

Routing dynamiczny: Charakterystyka

7/30

Routery automatycznie wymieniają informacje o dostępnych sieciach.
Najpopularniejsze protokoły: OSPF, EIGRP, BGP, RIP.
Zdolność do automatycznej reakcji na zmiany w topologii (np. awaria łącza).
Większe zapotrzebowanie na zasoby (CPU, RAM) oraz wiedzę ekspercką.
Zbieżność (convergence): czas potrzebny na ustabilizowanie tablic po zmianie.
Problemy najczęściej wynikają z braku nawiązania sąsiedztwa między routerami.
Każdy protokół rutingowy posiada specyficzne wymagania i parametry.

OSPF: Problemy z nawiązywaniem sąsiedztwa

8/30

Open Shortest Path First – zaawansowany protokół stanu łącza.
Wymaga nawiązania logicznej relacji sąsiedztwa (Adjacency).
Warunki: identyczny Area ID, te same czasy Hello/Dead Timer.
Warunki techniczne: ta sama podsieć IP, zgodność jednostek MTU.
Stan `FULL` oznacza poprawne i w pełni operacyjne sąsiedztwo.
Stan `2WAY` jest dopuszczalny tylko w sieciach wielodostępowych (DROther).
Stany `INIT`, `EXSTART` czy `EXCHANGE` sugerują błędy w konfiguracji.

OSPF: Najczęstsze przyczyny błędów

9/30

Niezgodność MTU: routery utkną w procesie wymiany (stan `EXSTART`).
Błędne timery: sąsiedztwo w ogóle nie zostanie zainicjowane.
Niedopasowanie Area ID: routery będą ignorować pakiety Hello sąsiada.
Błędy uwierzytelniania: niepoprawne hasło uniemożliwi komunikację.
Różny typ sieci na końcach łącza (np. Broadcast kontra Point-to-Point).
Diagnostyka: polecenia `debug ip ospf adj` oraz `show ip ospf neighbor`.
Logi systemowe routera precyzyjnie wskazują powód odrzucenia sąsiada.

EIGRP: Diagnoza problemów

10/30

Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (standard Cisco).
Wymaga identycznego numeru systemu autonomicznego (AS Number).
Parametry metryki (wartości K) muszą być zgodne na obu routerach.
Błędne użycie `Passive Interface` blokuje wysyłanie pakietów Hello.
Stuck in Active (SIA): router nie otrzymuje odpowiedzi na zapytanie o trasę.
Funkcja Auto-summary może powodować problemy w sieciach nieciągłych.
Podstawowe polecenie kontrolne: `show ip eigrp neighbors`.

BGP: Wyzwania w routingu międzyoperatorskim

11/30

Border Gateway Protocol – protokół wektora ścieżki (Path Vector).
Służy do łączenia Systemów Autonomicznych (ISP, korporacje).
Relacje sąsiedztwa (Peering) muszą być konfigurowane ręcznie.
Stan `Established` potwierdza poprawną i aktywną sesję.
Stan `Active` lub `Idle` sygnalizuje błąd (np. brak łączności TCP na porcie 179).
Problemy z brakiem aktualizacji wynikają często z filtrów lub Route Maps.
BGP zapewnia ogromną skalowalność kosztem powolnej zbieżności.

Pętle routingowe (Routing Loops)

12/30

Niebezpieczne zjawisko krążenia pakietu między routerami bez końca.
Przyczyna: błędy w routingu statycznym lub brak zbieżności protokołów.
Objawy: drastyczny wzrost obciążenia CPU, masowa utrata pakietów.
Mechanizm ratunkowy: pole TTL (Time To Live) w nagłówku IP.
Po osiągnięciu wartości 0 pakiet jest usuwany (komunikat Time Exceeded).
Mechanizmy zapobiegawcze: np. podzielony horyzont (Split Horizon).
Polecenie `traceroute` ujawnia powtarzające się adresy IP w ścieżce.

Narzędzia diagnostyczne: Ping

13/30

Najprostsze narzędzie do weryfikacji osiągalności warstwy sieciowej.
Wykorzystuje komunikaty ICMP (Echo Request / Echo Reply).
`ping -t` (Windows) umożliwia długotrwały monitoring stabilności połączenia.
`ping -l [rozmiar]` (Windows) pozwala na testowanie progu fragmentacji MTU.
Typowe odpowiedzi: Reply, Request Timed Out, Destination Unreachable.
Destination Unreachable sugeruje konkretny problem z brakiem trasy.
Timed Out może oznaczać brak trasy powrotnej lub blokadę na zapaporze (firewall).

Narzędzia diagnostyczne: Traceroute / Tracert

14/30

Śledzi pełną ścieżkę pakietu przez wszystkie węzły pośrednie.
Działa poprzez stopniowe zwiększanie wartości TTL (1, 2, 3...).
Umożliwia precyzyjne wskazanie miejsca awarii (ostatni reagujący węzeł).
Symbole gwiazdek (*) oznaczają brak odpowiedzi od danego routera.
Pozwala na analizę opóźnień na każdym poszczególnym skoku (hop).
Ujawnia pętle oraz routing asymetryczny (inną drogę tam i z powrotem).
Systemy Windows używają ICMP (`tracert`), Linux częściej UDP (`traceroute`).

Zaawansowane narzędzia: Pathping i MTR

15/30

Pathping (Windows): łączy w sobie zalety poleceń ping oraz tracert.
Analizuje procentową utratę pakietów na każdym węźle w czasie.
MTR (My Traceroute): potężne narzędzie diagnostyczne czasu rzeczywistego.
Na bieżąco odświeża statystyki opóźnień i strat dla całej ścieżki.
Pozwala wykryć drgania opóźnień (jitter) oraz chwilowe przeciążenia.
Niezastąpione przy profesjonalnej diagnostyce łączności WAN.
Wymaga odpowiednich uprawnień systemowych do poprawnego działania.

Case Study 1: "Utrata łączności z oddziałem"

16/30

Objawy: Pracownicy centrali nie mogą połączyć się z serwerem w filii.
Diagnostyka: `traceroute` kończy bieg na routerze brzegowym centrali.
Tablica routingu: brak aktywnego wpisu dla podsieci IP oddziału.
Przyczyna: błędne usunięcie trasy podczas prac modernizacyjnych.
Rozwiązanie: Przywrócenie i weryfikacja trasy statycznej.
Wniosek: Wszystkie zmiany w konfiguracji rutingowej muszą być logowane.
Routing statyczny wymaga ogromnej dyscypliny w dokumentowaniu zmian.

Case Study 2: "Nestabilność w sieci OSPF"

17/30

Objawy: Bardzo niska wydajność sieci, przeciążenie procesorów routerów.
Diagnostyka: `traceroute` pokazuje ciągłe krążenie pakietu między węzłami.
Analiza: Wykryto wzajemną redystrybucję tras między OSPF a EIGRP.
Przyczyna: "Pętla zwrotna tras" (Route Feedback) przy braku filtrów.
Trasa z OSPF trafia do EIGRP i powraca do OSPF z "lepszą" metryką.
Rozwiązanie: Wdrożenie mechanizmu Route Tagging i filtrowania (Route Maps).
Wniosek: Łączenie różnych protokołów wymaga precyzyjnego planowania.

Case Study 3: "Routing asymetryczny a bariera Firewall"

18/30

Objawy: Sesje TCP są niespodziewanie zrywane, komunikacja ICMP działa.
Diagnostyka: `traceroute` ujawnia różne drogi dla ruchu wychodzącego i powrotnego.
Analiza: Wykorzystanie dwóch niezależnych łączy internetowych.
Pakiet wychodzi bramą A, natomiast odpowiedź powraca bramą B.
Stanowa zapora (Stateful Firewall) na bramie B blokuje ruch (brak rekordu sesji).
Rozwiązanie: Wymuszenie symetrii ruchu lub klastrowanie zapór.
Wniosek: Routing asymetryczny jest krytycznym wyzwaniem dla bezpieczeństwa.

Zaawansowana analiza skoków i opóźnień

19/30

Opóźnienie na szczycie listy (skok 1) = awaria w sieci lokalnej LAN.
Wysokie wartości w środku ścieżki = przeciążenie u dostawcy ISP.
Wysokie opóźnienie wyłącznie u celu = problem z wydajnością serwera.
Skokowe wzrosty parametrów wskazują na konkretne wąskie gardła.
Utrata pakietów tylko na jednym węźle to często efekt filtrów ICMP.
Poprawna interpretacja wyników traceroute wymaga dużej praktyki.
Brak odpowiedzi od routera nie zawsze musi oznaczać jego awarię.

Policy-Based Routing (PBR)

20/30

Standardowe przesyłanie bazuje wyłącznie na adresie docelowym IP.
PBR pozwala sterować ruchem na podstawie źródła, typu usługi, portu itp.
Przykład: Ruch WWW kieruj szybszym łączem, a pocztę łączem tanim.
Konfiguracja realizowana poprzez Route Maps przypisane do interfejsu.
Potężne narzędzie, lecz znacząco utrudnia proces debugowania.
Wyniki `traceroute` mogą być mylące przy aktywnym mechanizmie PBR.
Używane do optymalizacji kosztów i wydajności specyficznych aplikacji.

Wirtualizacja rutingowa: VRF

21/30

Virtual Routing and Forwarding (Wirtualny Routing i Przesyłanie).
Obsługa wielu niezależnych tablic rutingowych na procesorze jednego routera.
Fundament budowy sieci MPLS VPN oraz ścisłej segmentacji ruchu.
Adresacja IP może być zduplikowana (zakładka "RED" kontra "BLUE").
Diagnostyka wymaga wskazania instancji VRF (np. `ping vrf RED ...`).
Błędy: próba komunikacji bez wskazania właściwego kontekstu VRF.
Zapewnia pełną izolację ruchu między różnymi klientami lub działami firm.

Problematyka jednostki MTU w rutingach

22/30

Maximum Transmission Unit – maksymalny dopuszczalny rozmiar pakietu.
Standard Ethernet to 1500 bajtów (bez dodatkowych enkapsulacji).
Tunele VPN/GRE narzucają własne nagłówki, co zmniejsza efektywne MTU.
Pakiety ze znacznikiem DF (Don't Fragment) są odrzucane po przekroczeniu progu.
Objawy: Pingi przechodzą, lecz sesje WWW lub SSH nagle "wiszą".
Rozwiązanie: MSS Clamping (dynamiczne ograniczanie segmentu TCP).
Weryfikacja: `ping -f -l [rozmiar] [cel]` (Windows, szukanie progu fragmentacji).