38

CCNA2

Модуль 1: Понятие глобальных сетей. Отличия глобальных и локальных сетей. Основные компоненты маршрутизатора и их назначение. Функции маршрутизаторов в глобальных сетях. Физические характеристики маршрутизатора. Консольный и вспомогательный (AUX) порты маршрутизатора. Подключение терминала через консольный порт. Способы подключения маршрутизатора к локальным и глобальным сетям. Стандарты последовательных интерфейсов.

Локальные сети - Local Area Networks (LAN) - сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.

Отличия локальных сетей от глобальных

• Протяженность, качество и способ прокладки линий связи. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из-за экономических ограничений) на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям. В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.

• Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция, асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования, квитирование и повторные передачи искаженных кадров. С другой стороны, качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения пакета.

• Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10,16 и 100 Мбит/с) сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера - дисков, внутренних шин обмена данными и т. п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как "своим". Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных - 2400,9600,28800,33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на магистральных каналах - до 2 Мбит/с.

• Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг - это различные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями - передачу файлов из публичных архивов удаленных серверов без предварительного просмотра их содержания.

• Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его передачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию служб для режима on-line, который является обычным для локальных сетей.

• Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях - индивидуально.

• Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой график обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности графика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который для пульсирующего графика оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы - как унаследованные технологии некомпьютерных сетей.

• Масштабируемость. "Классические" локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При использовании многих базовых топологий характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.

Маршрутизаторы

Другим типом устройств межсетевого взаимодействия являются маршрутизаторы. Как было сказано выше, мосты прежде всего используются для соединения сегментов сети. Маршрутизаторы же используются для объединения отдельных сетей и для доступа к Internet.

Они обеспечивают сквозную маршрутизацию при прохождении пакетов данных и маршрутизацию трафика между различными сетями на основании информации сетевого протокола или уровня 3 и способны принимать решение о выборе оптимального маршрута движения данных в сети (рис. 3.6). С помощью маршрутизаторов также может быть решена проблема чрезмерного широковещательного трафика, так как они не переадресовывают дальше широковещательные кадры, если им это не предписано.

Маршрутизаторы и мосты отличаются друг от друга в нескольких аспектах. Во-первых, мостовые соединения осуществляются на канальном уровне, в то время как маршрутизация выполняется на сетевом уровне эталонной модели OSI. Во-вторых, мосты используют физические или МАС-адреса для принятия решения о передаче данных. Маршрутизаторы для принятия решения используют различные схемы адресации, существующие на уровне 3. Они используют адреса сетевого уровня, также называемые логическими, или /Р-адресами (Internet Protocol). Поскольку IP-адреса реализованы в программном обеспечении и соотносятся с сетью, в которой находится устройство, иногда адреса уровня 3 называют еще протокольными или сетевыми адресами Физические или МАС-адреса обычно устанавливаются производителем сетевого адаптера и зашиваются в адаптере на аппаратном уровне; IP-адреса обычно назначаются сетевым администратором.

Чтобы маршрутизация была успешной, необходимо, чтобы каждая сеть имела уникальный номер. Этот уникальный номер сети включен в IP-адрес каждого устройства, подключенного к сети (рис. 3.7, табл. 3.1).

Маршрутизатор выполняет две основные функции: переключение трафика и обслуживание среды, в которой он работает.

Аппаратная часть маршрутизаторов Cisco Процессоры и производительность

В маршрутизаторах Cisco младших моделей устанавливается один RISC-процессор, который выполняет как задачи ретрансляции дейтаграмм между интерфейсами, так и задачи расчета маршрутов (поддержка протоколов маршрутизации, построение таблиц маршрутов) и обслуживания маршрутизатора (логирование сообщение, командный интерпретатор для администратора и т.п.).

В серии 7200 возможен выбор процессорного модуля, который является сменным.

В сериях 7500 и 12000 ретранcляция дейтаграмм выполняется специализированными интерфейсными процессорами, которых может быть несколько, а расчет маршрутов и обслуживание маршрутизатора выполняются центральным процессором. В Cat6500 имеется два центральных процессора, один из которых (MSFC) занимается построением маршрутов, а другой (PFC) - принимает решения по ретрансляции пакетов. Дополнительные карты DFC, устанавливаемые в интерфейсные модули, могут принимать решения по ретрансляции пакетов самостоятельно, независимо от PFC.

Производительность маршрутизатора характеризуется двумя параметрами:

• Скорость обслуживания пакетов (packet forwarding или packet switching, не путать с LAN switching), измеряется в кило- или мегапакетах в секунду (kpps или mpps). Пакеты могут иметь разный размер, но для каждого пакета маршрутизатор должен проанализировать его заголовок и принять решение о ретрансляции пакета. Скорость обслуживания пакетов указывает, какое максимальное число решений в секунду способен принять маршрутизатор. Необходимо отметить, что скорость принятия решений зависит не только от мощности процессора, но и от того, каким образом IOS обрабатывает поступивший пакет; в справочной информации скорость обслуживания пакетов указывается для режима fast switching или CEF.

• Пропускная способность аппаратной части (bandwidth), измеряется в мега- или гигабитах в секунду (Mbps или Gbps). Указывает, какой объем трафика (независимо от числа дейтаграмм, из которых этот трафик состоит) маршрутизатор способен пропустить через себя за секунду. Эта величина определяется схемотехнической и физической реализацией шин передачи данных внутри шасси маршрутизатора.

Например, гипотетический маршрутизатор имеет характеристики 4 pps и 100 bps. Обе эти величины ограничивают производительность маршрутизатора в том или ином случае: например, маршрутизатор не сможет за секунду ретранслировать три пакета по 50 бит каждый (превышен второй параметр, хоть первый и не превышен) или 5 пакетов по 10 бит каждый (превышен первый параметр, хотя второй в норме).

Для правильного рассчета требуемой производительности маршрутизатора необходимо знать:

• средний процент загрузки каждого интерфейса;

• средний размер обрабатываемых пакетов.

Эти величины определяются во время проектирования сети.

Память

В маршрутизаторах младших моделей (до 3600 включительно) устанавливается 4 типа памяти:

• ROM - неизменяемое ПЗУ, содержит POST (Power-On Selftest), программу ROM monitor и сокращенную версию IOS, используемую для загрузки основной версии.

• Flash - изменяемое ПЗУ (файловая система), содержит образ операционной системы IOS. Размер Flash зависит от модели и комплектации маршрутизатора и составляет обычно 8-32 Мбайт. При запуске маршрутизатора (для большинства моделей) ОС загружается из Flash в оперативную память.

• RAM (DRAM) - оперативная память. Размер оперативной зависит от модели и комплектации маршрутизатора и составляет от 8 до 512 Мбайт. RAM делится на процессорную память и память ввода-вывода. В процессорной памяти размещается IOS и куча (heap, пул динамически выделяемой памяти). В память ввода-вывода помещаются маршрутизируемые пакеты. В маршрутизаторах с распределенной обработкой пакетов (7500, Cat6500, 12000) маршрутизируемые пакеты размещаются в отдельной памяти, расположенной на интерфейсных процессорах.

• NVRAM - изменямое ПЗУ, содержит конфигурацию маршрутизатора. Размер NVRAM обычно 32-64 Кбайт, он фиксирован.

Каждая модель маршрутизатора по умолчанию поставляется с определенным объемом RAM и Flash. Этот объем может быть недостаточным для выбранного образа IOS и набора модулей маршрутизатора. Перед установкой нового образа IOS администратор всегда должен выяснить требуемый объем RAM и Flash и в случае необходимости заказать дополнительную память.

(Пример) Характеристики:

• Подключение удаленных офисов

• 1 порт 10/100Mbps Fast Ethernet

• Доступ по VPN

• 1 вспомогательный порт (AUX) с поддержкой модема

• 2 слота для установки WAN и голосовых интерфейсов

• 2 слота для установки сетевых модулей

• DI-2630 и DI-3660 разделяют все сетевые модули

• Установка в стойку 19", высота 1 U

• Интеграция сервисов Голос/Данные

Современные маршрутизаторы обладают следующими свойствами:

• поддерживают коммутацию уровня 3, высокоскоростную маршрутизацию уровня 3 и коммутацию уровня 4;

• поддерживают передовые технологии передачи данных, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и АТМ;

• поддерживают технологии АТМ с использованием скоростей до 622 Мбит/сек;

• поддерживают одновременно разные типы кабельных соединений (медные, оптические и их разновидности);

• поддерживают WAN-соединения включая поддержку PPP, Frame Relay, HSSI, SONET и др.;

• поддерживают технологию коммутации уровня 4 (Layer 4 Switching), использующую не только информация об адресах отправителя и получателя, но и информацию о типах приложений, с которыми работают пользователи сети;

• обеспечивают возможность использования механизма "сервис по запросу" (Quality of Service) - QoS, позволяющего назначать приоритеты тем или иным ресурсам в сети и обеспечивать передачу трафика в соответствии со схемой приоритетов;

• позволяют управлять шириной полосы пропускания для каждого типа трафика;

• поддерживают основные протоколы маршрутизации, такие как IP RIP1, IP RIP2, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, а также протоколы IGMP, DVMPR, PIM-DM, PIM-SM, RSVP;

• поддерживают несколько IP сетей одновременно;

• поддерживают протоколы SNMP, RMON и RMON 2, что дает возможность осуществлять управление работой устройств, их конфигурированием со станции сетевого управления, а также осуществлять сбор и последующий анализ статистики как о работе устройства в целом, так и его интерфейсных модулей;

• поддерживать как одноадресный (unicast), так и многоадресный (multicast) трафик;

Консольный порт необходим для локальных подключений и настройки устройства.

Вспомогательный порт (AUX) позволяет подключиться к удаленной консоли для управления через аналоговый модем

К маршрутизатору Cisco подключаются для его настройки (конфигурация), проверки параметров настройки или получения статических данных о работе устройства. Существуют разные способы подключения к маршрутизатору Cisco, но в первый раз такое подключение обычно выполняется через консольный порт.

Консольный порт имеет разъем RJ-45 на задней стенке маршрутизатора. Этот разъем служит для подключения к маршрутизатору и его настройки. По умолчанию для доступа к консольному порту не установлен пароль.

Другим способом доступа к маршрутизатору Cisco является вспомогательный порт (auxiliary port). Он подобен консольному порту и используется с теми же целями. Однако вспомогательный порт допускает настройку

на модемные команды для подключения к маршрутизатору через модем. Т.е. можно вызвать удаленный маршрутизатор по коммутируемой (телефонной) линии и подключиться к нему через вспомогательный порт,

если маршрутизатор выключен и необходимо настроить его параметры. Третий способ подключения к маршрутизатору Cisco предполагает использование программы Telnet. Это программа эмуляции терминала,

которая поддерживает режим неинтеллектуального терминала (dumb-terminal). Можно использовать Telnet для подключения к любому активному интерфейсу маршрутизатора, например к порту Ethernet или последовательному порту.

Интерфейсы маршрутизатора

В каждом маршрутизаторе имеется некоторое число физических интерфейсов. Наиболее распространенными типами интерфейсов являются: Ethernet/FastEthernet и последовательные интерфейсы (Serial). Последовательные интерфейсы по своему аппаратному исполнению бывают синхронные, синхронно-асинхронные (режим выбирается командой конфигурации) и асинхронные (Async). Протоколы физического уровня последовательных интерфейсов: V.35 (чаще всего используется на синхронных линиях), RS-232 (чаще всего используется на асинхронных линиях) и другие.

Каждому интерфейсу соответствует разъем на корпусе маршрутизатора. Интерфейсы Ethernet на витой паре обычно имеют разъем RJ-45, но на некоторых моделях (серия 2500) встречаются разъемы AUI (DB-15), которые требуют подключения внешнего трансивера, реализующего тот или иной интерфейс физического уровня Ethernet.

Последовательные интерфейсы чаще всего снабжаются фирменными разъемами DB-60 F или SmartSerial F (последний более компактен). Для того, чтобы подключить интерфейс к внешнему оборудованию, необходимо использовать фирменный кабель - свой для каждого протокола физического уровня. Фирменный кабель имеет с одной стороны разъем DB-60 M, а с другой стороны - разъем выбранного стандарта физического уровня для устройства DTE или DCE. Таким образом, кабель выполняет следующие задачи:

• путем замыкания специальных контактов в разъеме DB-60 сигнализирует маршрутизатору, какой выбран протокол физического уровня, и каким типом устройства является маршрутизатор: DTE или DCE;

• является переходником с универсального разъема DB-60 на стандартный разъем выбранного протокола физического уровня.

Интерфейс с разъемом DB-60	Два интерфейса с разъемом SmartSerial
Последовательные интерфейсы Cisco

Примечание. В терминологии Cisco кабель DTE подключается к устройству DCE, а кабель DCE - к устройству DTE; то есть тип кабеля указывает, какого вида устройством является сам маршрутизатор, а не тот прибор, с которым его соединяет кабель.

Обычно кабели DTE используются для подключения к маршрутизатору модемов, а связка двух кабелей DTE-DCE используется для соединения двух маршрутизаторов напрямую (back-to-back), при этом, естественно, один из маршрутизаторов будет в роли DCE. На рисунке 2.2 приведен пример сипользования кабедей для соединения устройств через интерфейс V.35 (стандартный разъем M.34).

Примеры кабелей для последовательных интерфейсов:

Артикул (Part Number)	Интерфейс	Тип	Разъем на стороне маршрутизатора	Разъем на дальнем конце
CAB-V35MT	V.35	DTE	DB-60 M	M.34 M
CAB-SS-V35MT	V.35	DTE	Smart Serial M	M.34 M
CAB-V35FC	V.35	DCE	DB-60 M	M.34 F
CAB-SS-V35FC	V.35	DCE	Smart Serial M	M34 F
CAB-232MT	RS-232	DTE	DB-60 M	DB-25 M
CAB-SS-232MT	RS-232	DTE	Smart Serial M	DB-25 M

Кроме универсальных последовательных интерфейсов, рассматривавшихся выше, существуют специализированные последовательные интерфейсы, реализованные вместе с каналообразующим оборудованием: контроллеры E1, модули ISDN BRI, модули DSL, встроенные аналоговые или ISDN-модемы. В этом случае последовательный интерфейс находится внутри маршрутизатора, "между" каналообразующим оборудованием и ядром маршрутизатора. Для подключения линий связи к вышеуказанному каналообразующему оборудованию обычно используется разъем RJ-45 (для подключения линий к аналоговым модемам - RJ-11).

Модуль 2: Основы операционной системы Cisco IOS. Интерфейс командной строки маршрутизатора. Пользовательский и привилегированный режимы конфигурирования. Правила назначения номеров версий IOS. Команды show version и show flash. Загрузка образа операционной системы. Процесс начальной загрузки маршрутизатора. Значение световых индикаторов. Соединение с маршрутизатором через консольный порт. Пользовательский и привилегированный режимы. Контекстная помощь в интерфейсе командной строки.

IOS (Internetworking Operating System) - операционная система IOS ПЗУ-резидентная ОС реального времени, разработанная компанией Cisco Systems для маршрутизаторов. Содержит набор команд и функций для настройки и контроля маршрутизатора, а также поддерживает выполнение различных протоколов

Операционная система IOS в маршрутизаторах Cisco

ОС IOS была создана для доставки сетевых служб и поддержки сетевых приложений. Cisco IOS действует в большинстве маршрутизаторов Cisco и некоторых переключателях Cisco Catalyst, например Catalyst 1900 (см.

приложение В). Программное обеспечение IOS в маршрутизаторе Cisco служит для следующих целей, дополняя функции аппаратного обеспечения Cisco:

• Обслуживание сетевых протоколов и функций

• Передача высокоскоростного трафика между устройствами

• Защита управления доступом и предотвращение неавторизованного использования сети

• Обеспечение масштабируемости для упрощения расширения сети и создания избыточности (резервирования)

• Поддержка должного уровня надежности при подключениях к сетевым ресурсам

К Cisco IOS можно обратиться через консольный порт маршрутизатора, по модемному соединению или по протоколу Telnet.

Доступ к командной строке IOS называется сеансом EXEC (исполнения команды).

Маршрутизаторы Cisco имеют два уровня доступа к командам:

• Пользовательский режим — типовые задачи, включая проверку состояния маршрутизатора. В этом режиме изменять конфигурацию маршрутизатора не разрешается

• Привилегированный режим — типовые задачи, включая изменение конфигурации маршрутизатора

Команды, доступные на пользовательском уровне (>), представляют собой подмножество команд, доступных в привилегированном режиме (#).С привилегированного уровня также можно получить доступ к режиму глобального конфигурирования и другим специальным режимам конфигурирования, в том числе конфигурирования интерфейса, линии, маршрутизатора.

enable – вход в привилегированный режим.