Дополнительные функции коммутаторов
реклама
Сети и системы телекоммуникаций Дополнительные функции коммутаторов ИМКН УрФУ Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов План Место в модели OSI Виртуальные локальные сети (VLAN) Связующее (остовное) дерево (Spaning Tree) Агрегация каналов Управление потоком 2 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Место в модели OSI Прикладной Представления Сеансовый Транспортный Сетевой Канальный Физический 3 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов VLAN Виртуальные локальные сети (Virtual Local Area Networks, VLAN) — технология разделения единой сети на несколько логических сетей, изолированных друг от друга Типы VLAN: • На основе коммутатора (нетеггированные) • Теггированные 4 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов VLAN на основе коммутатора 5 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов VLAN между коммутаторами 6 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов VLAN между коммутаторами 7 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов VLAN между коммутаторами 8 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов VLAN между коммутаторами + Тег с номером VLAN 9 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Стандарт IEEE 802.1Q 6 байт 6 байт Адрес Адрес получателя отправителя 2 байта 2 байта 2 байта 46-1496 байт 4 байта Тип Тег Тип Данные CRC32 Поле Тип стандартного кадра: • 0x8100 — указатель, что кадр с VLAN Тег — содержит номер VLAN Второе поле Тип — код протокола уровня выше 10 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet Возможно ли такое соединение коммутаторов? 11 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 12 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: 2: … ПК1 ПК2 ПК3 13 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: ПК1 2: … ПК1 ПК2 ПК3 14 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: ПК1 2: … ПК1 ПК2 ПК3 15 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: … 4: ПК1 1: ПК1 2: … ПК1 ПК2 ПК3 1: ПК1 … 16 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: … 4: ПК1 1: ПК1 2: … ПК1 ПК2 ПК3 1: ПК1 … 17 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: … 5: ПК1 1: ПК1 2: … ПК1 ПК2 ПК3 1: … 8: ПК1 18 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: … 5: ПК1 1: ПК1 2: … ПК1 ПК2 ПК3 1: … 8: ПК1 19 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: … 5: ПК1 1: … 5: ПК1 ПК1 ПК2 ПК3 1: … 8: ПК1 20 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: нестабильность таблицы коммутации ПК4 1: … 5: ПК1 1: … 5: ПК1 ПК1 ПК2 ПК3 1: … 8: ПК1 21 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 22 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 23 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 24 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 25 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 26 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 27 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 28 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 29 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 30 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 31 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 32 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 33 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet: широковещательный шторм ПК4 ПК1 ПК2 ПК3 34 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Кольцо в Ethernet Ethernet не допускает кольцевых соединений • Кадры будут бесконечно коммутатора в коммутатор переходить из Низкая надежность: • Случайно достали/сломался кабель • Сломался порт • Сломался коммутатор Ошибки конфигурации: • Включили кабель в неправильный порт — вся сеть не работает 35 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Spanning Tree Protocol Технология автоматического дублирующих соединений отключения 36 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Spanning Tree Protocol При потере связи отключенные включаются автоматически соединения 37 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Spanning Tree Protocol (STP) Стандарт IEEE 802.1D Этапы работы протокола: • Выбор корневого коммутатора • Определение кратчайших путей до корневого коммутатора • Отключение всех остальных соединений Сообщения протокола: • Bridge Protocol Data Units (BPDU) • Отправляются каждые 2 секунды • Рассылаются на групповой 01:80:C2:00:00:00 адрес STP 38 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Выбор корневого коммутатора Выбирается на основе идентификатора (ID): • Коммутатор с минимальным ID в сети выбирается корневым Идентификатор коммутатора: • MAC-адрес • Дополнительно — поле приоритета коммутатора Алгоритм выбора: • Каждый коммутатор рассылает BPDU со своим ID на роль корневого коммутатора • Если коммутатор получит BPDU с ID, меньшим, чем у него самого, то считает его корневым • Коммутатор рассылает BPDU нового корневого коммутатора 39 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Выбор корневого коммутатора Root BID = 1 Root BID = 3 Root BID = 2 40 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Выбор корневого коммутатора Root BID = 3 BID = 1 Root BID = 3 BID = 1 BID = 3 BID = 1 BID = 2 BID = 2 Root BID = 2 41 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Выбор корневого коммутатора BID = 2 Root BID = 3 BID = 2 BID = 1 BID = 3 BID = 1 Root 1 < 2? 1 < 3? 3 < 2? 3 < 1? 1 < 2? 2 < 1? 2 < 3? Root BID = 2 BID = 1 BID = 3 42 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Выбор корневого коммутатора BID = 1 Root BID = 1 BID = 1 BID = 1 BID = 1 BID = 1 BID = 1 BID = 1 BID = 1 43 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Расчет кратчайшего пути После того, как выбран корневой коммутатор все остальные рассчитывают кратчайшие пути до него • Кратчайший путь — некоторое число, зависит от количества промежуточных коммутаторов и скорости соединения Коммутаторы рассылают на все порты BPDU с минимальным расстоянием до корневого коммутатора 44 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Вес пути Скорость соединения Стоимость соединения в STP 802.1D 4 Mbit/s 250 10 Mbit/s 100 16 Mbit/s 62 100 Mbit/s 19 1 Gbit/s 4 2 Gbit/s 3 10 Gbit/s 2 45 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Выбор кратчайшего пути Root 4 4 46 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Выбор кратчайшего пути Root 4 8 4 47 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Отключение портов Root 4 8 4 48 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Роли портов Designated Root Root 4 Alternate 8 Designated 4 Designated Root 49 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Роли портов Роли портов описывают их отношение к Rootкоммутатору в сети и могут ли они передавать трафик • Root — порты коммутатора, расположенные ближе всего к Root-коммутатору • Designated — все не Root порты, которые могут передавать данные. Все порты Rootкоммутатора находятся в роли Designated • Alternate (Backup) — порты, находящиеся в заблокированном состоянии для предотвращения петель 50 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Автоматическое включение портов Root 4 8 4 51 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Автоматическое включение портов Root 4 8 52 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Автоматическое включение портов Root 4 8 53 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Состояние портов в STP Порты коммутатора при использовании STP могут находится в следующих состояниях • Listening — порт обрабатывает BPDU, но не передает данные • Learning — порт не передает кадры, но изучает MAC-адреса в поступающих кадрах и формирует таблицу коммутации • Forwarding — порт принимает и передает кадры данных и BPDU • Blocking — порт заблокирован чтобы избежать кольцевого соединения • Disabled — порт выключен администратором 54 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Развитие STP Переход от состояния Listening до Forwarding занимает 30 секунд • Достаточно долго для современных крупных и часто меняющихся сетей RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) • Улучшенная версия STP • Срабатывает быстрее при подключении оборудования и изменении конфигурации сети • Стандарт 802.1w STP и VLAN • Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP), 802.1s • Отдельное связующее дерево для каждого VLAN 55 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Radia Perlman I think that I shall never see A graph more lovely than a tree. A tree whose crucial property Is loop-free connectivity. A tree that must be sure to span So packets can reach every LAN. First, the root must be selected. By ID, it is elected. Least-cost paths from root are traced. In the tree, these paths are placed. A mesh is made by folks like me, Then bridges find a spanning tree. 56 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Агрегация каналов STP • Автоматическое отключение дублирующих связей между коммутаторами • Цель — повышение надежности Агрегация каналов • Одновременное использование нескольких каналов связи между коммутаторами/сетевыми устройствами • Цель — повышение производительности • Дополнительная цель — повышение надежности 57 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Агрегация каналов 4 x 1 Гб/с = 4 Гб/с 58 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Агрегация каналов Стандартное решение • Link Aggregation Control Protocol (LACP) • IEEE 802.1AX (ранее 802.3ad) • IEEE 802.1aq — агрегация каналов между несколькими коммутаторами (Split multi-link trunking) Решения производителей • Cisco EtherChannel (основа для стандарта IEEE 802.3ad) • Juniper Aggregated Ethernet • AVAYA Multi-Link Trunking 59 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Управление потоком Для предотвращения перегрузки в включили функцию управления потоком Ethernet • Стандарт IEEE 802.3x, 1997 г. • Единственная функция Pause — приостановка передачи кадров отправителем на некоторое время Специальный тип кадра Ethernet • • • • Поле тип: 88-08 Формат подуровня управления MAC Код операции PAUSE: 00-01 (других пока нет) Можно задать время паузы 60 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Функции коммутаторов и модель OSI Мы рассмотрели дополнительные коммутаторов на канальном уровне функции Современные коммутаторы могут работать и на более высоких уровнях Примеры функций сетевого уровня • Маршрутизация • Маршрутизация между VLAN • Ограничение доступа к портам коммутатора по IPадресам Примеры функций более высокого уровня • Авторизация пользователей 61 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Итоги Место в модели OSI Виртуальные локальные сети (VLAN) Связующее (остовное) дерево (Spanning Tree) Агрегация каналов Управление потоком 62 Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов Вопросы? 63
