Комп'ютерні мережі

Комп'ютерні мережі Лекція 9 Структуризація мереж на канальному рівні

План лекції • Протокол STP • Віртуальні локальні мережі VLAN • Агрегація каналів Лекція 9

Комутатор Комутатор Проблема петель при застосуванні мостів і комутаторів 1 2 3 4 • Отримавши широкомовний кадр на один з портів, міст (комутатор) завжди відправить його з усіх інших портів • За наявності петлі, дві копії кожного широкомовного пакета будуть нескінченно циркулювати мережею, причому мости будуть змушені весь час модифікувати свої адресні таблиці • За наявності двох або більше петель, копії кожного широкомовного пакета не лише будуть нескінченно циркулювати мережею, але й будуть розмножуватись при кожному циклі 11 12 13 14 Лекція 9

Алгоритм Spanning Tree • Spanning Tree – «зв’язувальне дерево» • За цим алгоритмом знаходиться підмножина зв'язків мережі, що має топологію дерева і зв'язує усі вузли мережі • Алгоритм реалізований у протоколі STP (Spanning Tree Protocol) • Описаний у стандарті IEEE 802.1D • Етапи активної конфігурації мережі: • Визначають кореневий міст (root bridge) • Для кожного мосту визначають кореневий порт (root port) – найближчий до кореневого мосту • Для кожного сегмента мережі визначають призначений порт (designated port) • Порти, що не є кореневими або призначеними, відключають Лекція 9

Формат BPDU – пакета протоколу STP (Bridge Protocol Data Unit) Лекція 9

Протокол Spanning Tree • Визначення кореневого мосту (root bridge) • Спочатку (після ініціалізації або після отримання повідомлення про реконфігурацію) кожний комутатор вважає себе кореневим, і усі вони розсилають BPDU • Якщо комутатор отримує BPDU, що містить ідентифікатор менший, ніж його власний, він визнає себе не кореневим і перестає розсилати власні BPDU • Визначення кореневого порту (root port) • Пересилаючи BPDU, комутаторзбільшує у ньому значення відстані до кореневого мосту на певну умовну відстань, що визначається технологією мережі • Для кожного порту, з якого надходять BPDU, комутатор запам'ятовує мінімальні отримані значення відстані до кореня • Після завершення процедури (за тайм-аутом) комутатор визначає в себе кореневий порт з найменшою відстанню до кореня (за рівності відстаней – за найменшим номером порту) Лекція 9

Протокол Spanning Tree (2) • Визначення призначених портів (designated port) для кожного сегмента мережі • Порт, з якого не надходили BPDU, є призначеним (цей сегмент мережі не має іншого шляху до кореня) • Якщо в BPDU, що надходили з певного (не кореневого) порту, зазначена відстань до кореня більша, ніж у цього комутатора, то такий порт є призначеним (найкоротший шлях до цього сегмента йде через цей комутатор) • Порти, що не є кореневими або призначеними, переводять у заблокований стан • Підтримання зв’язувального дерева • Кореневий комутатор продовжує весь час надсилати BPDU через інтервал часу hello, а всі решта комутаторів приймають BPDU на свої кореневі порти і транслюють їх через призначені порти • Якщо будь-який комутатор не отримає своєчасно черговий BPDU, або BPDU надійде з іншого (не кореневого) порту, то цей комутатор розсилає повідомлення про реконфігурацію Лекція 9

Стани портів • Кожний порт мосту, що підтримує STA, знаходиться в одному з таких станів: • відключений (disabled) • заблокований (blocked) • прослуховування (listening) • навчання (learning) • трансляція (forwarding) Лекція 9

Стани портів і можливі переходи Відключений • Порт відключений адміністратором (не бере участь в роботі зв'язувального дерева) • Порт заблокований за алгоритмом STA або через відмову • Порт обраний як кореневий або призначений • Порт більше не є кореневим або призначеним • Вичерпаний таймер трансляції 1 1 1 1 2 3 1 Заблокований 4 4 4 Прослуховування Навчання 5 5 Трансляція Лекція 9

RapidSpanningTreeProtocolIEEE 802.1w • RSTP, що описаний в 802.1w, заміняє STP стандарту 802.1D, в той же час залишається сумісним з STP • RSTP значно знижує час для реконфігурації активної топології мережі, коли необхідно змінити фізичну топологію або параметри конфігурації • RSTP обирає один комутатор за кореневий для активної топології зв’язувального дерева і призначає ролі портів індивідуально портам комутатора, в залежності від того, чи є порт частиною активної топології Лекція 9

Ролі RSTP портів • Кореневий (Root) • Призначений (Designated) • Резервний (Backup) – резервний шлях, що веде до листків зв'язувального дерева • Альтернативний (Alternate) – альтернативний шлях до кореневого мосту • Відключений (Disabled) – порт, що не бере участі в роботі зв'язувального дерева Лекція 9

MultipleSpanningTree (MST) IEEE 802.1s • Протокол множинного зв'язувального дерева розширює алгоритм IEEE 802.1w (RST) для множинних дерев (spanning trees) • MST є зворотно сумісним з 802.1D STP, 802.1w (RSTP) и Cisco PVST+ • Технологія Per VLAN Spanning Tree (PVST+) дозволяє одночасно конфігурувати резервні високошвидкісні з'єднання і розподіляти трафік по кількох каналах • Міст, що підтримує MST, надає можливість взаємодії з мостами SST (single spanning tree) Лекція 9

Віртуальні локальні мережі (VLAN) • Віртуальною мережею (Virtual LAN, VLAN) називають групу (підмножину) вузлів мережі, трафік якої, у тому числі й широкомовний, на канальному рівні повністю ізольований від інших вузлів мережі • Із застосуванням технології віртуальних мереж в комутаторах одночасно вирішують два завдання: • Підвищення продуктивності в кожній з віртуальних мереж шляхом локалізації трафіку • Ізолювання мереж одна від одної для керування правами доступу користувачів і створення захисних бар’єрів на шляху широкомовних штормів Лекція 9

Типи віртуальних мереж • За номерами портів (port-based VLAN) • За МАС-адресами (MAC address based VLAN) • За протоколами (protocol based VLAN) • З використанням міток (тегів) у додатковому полі кадру – специфікації IEEE 802.1p/Q Лекція 9

VLAN на основі групування портів (Port-based VLAN) Лекція 9

VLAN на основі групування МАС-адрес Лекція 9

СтандартиIEEE 802.1p і 802.1Q • Стандарт IEEE 802.1p • GARP (Generic Attributes Registration Protocol) • GMRP (GARP Multicast Registration Protocol) • GVRP (GARP VLAN Registration Protocol) • Стандарт IEEE 802.1 Q • Трафік вхідного порту (Ingress Port) • Внутрішній трафік (Progress Traffic) • Трафік вихідного порту (Egress Port) Лекція 9

Маркування кадрів • Формат маркованих кадрів • Поле Length/Type – 802.1Q Type (A100) • 2 байта – тег 802.1p/Q • MAC client Length/Type • Поле даних зменшується на 4 байта • Додаткові можливості (пріоритетна обробка) • 3 біта – пріоритет • 12 біт – номерVLAN Лекція 9

Агрегація каналів • Якщо трафік з кількох каналів (портів комутатора) спрямовується у один порт, то перепускна спроможність може бути вичерпана, і комутатор буде змушений відкидати кадри • Очевидне рішення – застосувати канал більшої перепускної спроможності (uplink port) • Як правило, комутатор має не більше двох uplink-портів • Не завжди потрібно підвищувати перепускну спроможність аж у 10 разів • Можливе рішення – агрегація каналів • Кілька (до 4-х) каналів • Перепускна спроможність агрегованих каналів досягає сумарної перепускної спроможності усіх об'єднаних каналів Лекція 9

Агреговані канали комутатор-комутатор Лекція 9

Агреговані канали комутатор-сервер Лекція 9

Конфігурація клієнт-сервер з використанням агрегованих каналів Лекція 9

Конфігурація клієнт-сервер з використанням агрегованих каналів • Перепускна спроможність агрегованих каналів обирається відповідно до потреб окремих сегментів і визначається кількістю задіяних зв’язків • Між комутаторами S1 і S2 організовані 2 агрегованих канали – T2 і T3, с метою резервування • Для коректної роботи необхідно задіяти підтримку STP, або віднести ці агреговані канали до різних VLAN Лекція 9

Надійність агрегованих каналів • Програмне забезпечення, що підтримує агрегований канал, здатне виявляти неправильно конфігуровані або порушені зв’язки • При цьому трафік з неправильно конфігурованого або порушеного зв’язку каналу переадресується іншим зв’язкам – членам цього агрегованого каналу • Таким чином, у разі виходу з ладу окремої лінії зв’язку, що входить до складу агрегованого каналу, не відбувається відмова в обслуговуванні, а тільки зменшується сумарна перепускна спроможність каналу Лекція 9

Стандарти агрегації каналів • Спочатку протоколи агрегації каналів були пропрієтарними. В результаті організація агрегованих каналів між комутаторами різних виробників була неможлива • Fast EtherChannel и Gigabit EtherChannel (Cisco) • MultiLink Trunking (Nortel Networks) • Adaptive Load Balancing (Intel) • Перший стандарт: IEEE 802.3ad Link Aggregation (2000 р.) • В наш час: IEEE 802.1AX (2008 р.) Лекція 9

Агрегація каналів і протокол STP • Програмне забезпечення комутатора в контексті протоколу STP розглядає агреговані порти як один порт • Якщо комутатор підтримує незалежні групи базового дерева STG, то усі агреговані порти обов’язково повинні входити в одну STG • Якщо між двома комутаторами організується більше одного агрегованого з’єднання, то протокол STP залишить активним одне із з’єднань, а інші переведе в резерв • Це означає, що організовувати кілька паралельних агрегованих каналів з метою подальшого нарощування перепускної спроможності з’єднання неможливо Лекція 9

Конфігурація з двома агрегованими з’єднаннями Лекція 9

Агрегація каналів і віртуальні локальні мережі • Усі агреговані порти обов’язково повинні мати однакові налаштування VLAN • Якщо задіяні два паралельних агрегованих з’єднання, як у наведеному вище прикладі, и протокол STP не використовується, то такі з’єднання обов’язково повинні бути в різних VLAN • У такому випадку принципово можна задіяти одночасно обидва з’єднання Лекція 9

Комп'ютерні мережі

Комп'ютерні мережі

Presentation Transcript