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
Скачать