Коммутаторы в вычислительных сетях Е.Г. Боровцов

1. Коммутаторы в вычислительных сетях Е.Г. Боровцов

2. Среда Ethernet и метод доступа CSMA/CD • Топология-шина; • Среда множественного доступа; • Метод доступа – CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detect – множественный доступ с прослушиванием несущей/обнаружением коллизий); • Основное достоинство – простота физической реализации сети; • Основные недостатки – низкая надежность и высокая стоимость коаксиального кабеля

3. Среда Ethernet и метод доступа CSMA/CD

4. Среда Ethernet и метод доступа CSMA/CDрасширение сети • Для расширения сети на основе коаксиального кабеля использовались повторители (repeater); Правило 5-4-3-2-1 • Количество сегментов сети не более 5; • Количество повторителей не более 4; • Количество активных сегментов – не более 3; • Количество пассивных сегментов – не более 2; • Количество коллизионных доменов - 1

5. Конвертация физической топологии “шина” в физическую топологию “звезда”

6. Новые свойства В качестве среды передачи данных используется витая пара Выход из строя одного из линков не приводит к потере работоспособности всей сети HUB как активный элемент сетевой инфраструктуры Сохранение прежних свойств • Логическая топология сети – шина • Среда доступа – множественная разделяемая • Метод доступа – CSMA/CD • Правило 5-4-3-2-1

7. Коммутатор как “интеллектуальный” элемент сетевой инфраструктуры • Коммутатор передает трафик в соответствии с MAC-адресами. • Коммутатор ведет таблицу MAC-адресов в памяти. • Коммутатор ведёт таблицу, используя MAC-адреса источника входящих фреймов и номера портов, через которые они получены • В отличие от более простого устройства – моста (Bridge), использует более развитые механизмы передачи фреймов и мощную коммутационную матрицу (switch fabric) • Сокращает размеры коллизионных доменов, позволяя более эффективно использовать полосу пропускания сети. • При соединении “точка-точка” позволяет реализовать передачу фреймов в полнодуплексном режиме.

8. Методы коммутации фреймов • Коммутация на “лету”(cut-throuth-switching) – передача осуществляется при получении части пакета, содержащего адрес получателя • Fast-forward – передача после получения адреса получателя • Fragment-free – передача после получения первых 64 байт (минимальная длина Ethernet-фрейма) • Коммутация с буферизацией(store-and-forward-switching) – после получения всего пакета и сверки контрольной суммы

9. Разновидности коммутаторовуправляемые и неуправляемые (management/unmanagement) • Неуправляемые(unmanagemented) – коммутаторы 2-го уровня с базовым набором функций для рабочих групп. Используются на уровне доступа; • Управляемые(managemented) – коммутаторы 2-го и 3-го уровня с расширенным набором функций (VLAN, VTP, PortSecurity, ACL, QoS, VSS и др. ). Используются на уровне доступа, уровне распределения и уровне ядра. Управляются через последовательный порт, через сеть (протоколы Telnet, SSH, HTTP, HTTPS)

10. Разновидности коммутаторов – симметричные и асимметричные • Симметричные (Symmetric) - все порты имеют одинаковую пропускную способность. • Асимметричные (Asymmetric) – один или несколько портов имеют на порядок большую пропускную способность, например, 10 портов по 100 Мбит, и один порт 1Гбит (20 портов по 100Мбит, 2 порта – по 1 Гбит).

11. Виртуальные сети - VLAN • В коммутируемой сети для ограничения broadcast рассылок и объединения хостов в группы по функциональному назначению могут создаваться виртуальные локальные сети(VLAN). Виртуальные локальные сети являются логически изолированными сетями, каждая из которых представляет отдельный broadcast-домен и имеет собственную IP-адресацию. Взаимодейтвие между VLAN возможно только на 3-ем уровне модели OSI посредством маршрутизатора

12. Использование VLAN для различных видов трафика

13. Преимущества использования VLAN в корпоративной сети • Повышение уровня безопасности сети. Каждый VLAN является изолированным, что снижает риск утечки конфиденциальной информации • Снижение стоимости оборудования сети. Одно устройство(коммутатор) может быть использовано для организации сетей нескольких рабочих групп, что в частности, обеспечивает более полное использование ёмкости портов • Повышение производительности сети за счет сегментации сети и изоляции широковещательных рассылок и всего трафика в рамках одной рабочей группы • Повышение эффективности IT-инфраструктуры за счет сокращения затрат на управление, развитие и модернизацию инфраструктуры • Упрощение процедур управления проектами и приложениями за счет группировки пользователей по функциональной принадлежности и/или географическому положению

14. Порты коммутаторов при использовнии VLAN • Порт доступа (access port) – принадлежит только одной VLAN. Предназначен для подключения отдельных оконечных устройств (пользовательские компьютеры, сетевые принтеры и др.) • Транковый порт(trunk port) – канал доступа типа “точка-точка” между сетевыми устройствами. Транковые подключения служат для передачи трафика нескольких VLAN между сетевыми устройствами.

15. Использование транковых портов

16. Статические и динамические VLAN • Статические VLAN – порты доступа определены на коммутаторе статически администратором сети • Динамические VLAN предполагают наличие сервера политик VLAN (VMPS), содержащего базу данных MAC-адресов устройств и сопоставленных им VLAN. При подключении устройства в порт коммутатора осуществляется перевод порта в соответствующую VLAN

17. Централизованное управление VLAN • Для централизованного управления VLAN в корпоративной инфраструктуре на коммутаторах Cisco используется протокол VTP, обеспечивающий передачу информации о VLAN с коммутатора VTP-сервера на остальные коммутаторы сети. При этом все изменения в структуре VLAN осуществляются только на одном коммутаторе, и автоматически передаются по всей сети.

18. Резервирование в коммутируемой сети • Классическая трехуровневая схема предполагает наличие резервных каналов, обеспечивающих бесперебойную работу сети. При этом может возникнуть проблема маршрутных петель на втором уровне модели OSI, которая может привести к неработоспособности отдельного сетевого сегмента или всей сети. Для разрешения этой проблеммы коммутаторы используют протокол Spanning Tree (STP)(протокол покрывающего дерева) и его модификации

19. Работа протокола STP

20. Характеристики коммутаторов уровня доступа • Port Security (поддержка режимов безопасности портов) • Поддержка VLANs • Fast Ethernet/Gigabit Ethernet • PoE (питание подключаемых устройств по Ethernet) • Link Agregation (Объединение портов в один линк) • QoS (Качество сервиса)

21. Характеристики коммутаторов уровня распределения • Поддержка коммутации 3-го уровня • Высокая скорость коммутации пакетов • Порты Gigabit Ethernet /10Gigabit Ethernet • Элементы обеспечения бесперебойности работы • Поддержка политик безопасности/ списков доступа • Агрегацию портов • Качество сервиса (QoS)

22. Характеристики коммутаторов уровня ядра • Поддержка коммутации 3-го уровня • Очень высокая скорость коммутации пакетов • Порты Gigabit Ethernet /10Gigabit Ethernet • Элементы обеспечения бесперебойности работы • Агрегацию портов • Качество сервиса (QoS)

23. Распределение по уровням линейки коммутаторов Cisco

24. Благодарю за внимание !