Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Применение коммутаторов в современных сетях передачи информации. Учебно-методическое пособие
.pdf
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Институт транспортной техники и систем управления
Кафедра «Управления и защита информации»
Д.А.АНТОНОВ А.Е.ЕРМАКОВА С.Е.ИКОННИКОВ
ПРИМЕНЕНИЕ КОММУТАТОРОВ В СОВРЕМЕННЫХ СЕТЯХ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Учебно-методическое пособие
для направления 27.03.04 «Управление в технических системах»
профиля «Управления и информатика в технических системах»
(бакалавры) очная и очно-заочная (вечерняя) формы обучения
Москва - 2021
УДК 004.3
А 72
Антонов Д.А., Ермакова А.Е., Иконников С.Е. Применение
коммутаторов в современных сетях передачи информации: Учебнометодическое пособие. — М.: РУТ(МИИТ), 2021. - 94 с.
Учебно-методическое пособие содержит изложение материала о роли
коммутаторов в построении современных компьютерных сетей и о настройке
таких устройств для обеспечения эффективного и безопасного
функционирования сетей передачи информации на примере коммутаторов
компании Cisco.
В учебно-методическом пособии приведено описание протоколов
компьютерных сетей, взаимодействующих с коммутаторами, в том числе
протоколы от компании Cisco.
Пособие предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению
27.03.04 «Управление в технических системах», для изучения дисциплины
«Информационные сети и телекоммуникации» на кафедре «Управление и
защита информации» РУТ (МИИТ).
Рецензент:
д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Системы управления транспортной
инфраструктурой» РУТ (МИИТ) Горелик А.В.
© РУТ (МИИТ), 2021
2
Введение
Локальные и глобальные компьютерные сети в настоящие время стали
обычным явлением. С каждым годом производительность сетей возрастает, а
коммутационного оборудования падает, что еще более ускоряет рост
количества вычислительных сетей.
Любая компьютерная сеть – это либо отдельная локальная сеть (LAN)
или несколько LAN, объединенных в группы. Для построения локальной сети
необходимо объединить несколько компьютеров через коммутационное
устройство.
На начальном этапе компьютеры подключались непосредственно к
коаксиальному кабелю, но при этом процедура подключения к сети была
сложной при низкой надежности работы и в один момент времени по такой
сети могла передавать информацию только одна рабочая станция. Затем
появились концентраторы, которые являлись средой передачи данных.
Повысилась надежность сетей и максимально упростилась процедура
подключения к ней, но при этом осталась проблема доступа к разделяемой
среде передачи данных. Эту проблему решило появления мостов и их развития
– коммутаторов.
На данном этапе развития сетевых технологий коммутаторы локальных
сетей практически полностью вытеснили концентраторы. При этом постоянно
развиваются их возможности в области контроля и управления потоками
данных.
Данное учебно-методическое пособие описывает общие принципы
работы коммутаторов и алгоритмы, обеспечивающие устойчивую работу сети.
Рассматриваются возможности по настройке коммутаторов для управления
потоками данных на примере коммутаторов фирмы Cisco.
3
1.Назначение коммутаторов
Коммутаторы локальных сетей (LAN) обрабатывают и передают данные
на уровне, кадров что соответствует канальному уровню модели OSI.
Принятые решения на коммутацию выполняется на основании анализа
физических адресов (MAC-mediaaccesscontrol) источника и назначения,
которые находятся в заголовке кадра.
Коммутаторы выполняют три основных задачи:
1. Изучение (learning) - Коммутатор изучает все МАС-адреса в поле
адреса источника кадра и составляет таблицу МАС-адресов.
2. Передача (forwarding) илифильтрация (filtering) - На основании
МАС-адреса назначения коммутатор решает передавать поступивший кадр
или фильтровать (не передавать). При передаче кадра коммутатор выполняет
коммутацию на основе построенной таблицы МАС-адресов.
3. Предотвращение петель (loopprevention) - В случае возникновения в
сети избыточных (дублирующих) маршрутов коммутатор предотвращает
некорректную работу сети с помощью протокола STP (SpanningTreeProtocol).
Коммутаторы могут обрабатывать кадры в трех режимах:
• Stоrе andForward: в этом режиме коммутатор полностью записывает
кадр в свой буфер. Затем анализируются МАС-адреса источника(SAsourceaddress) и назначения (DA-destinationaddress) и контрольная
сумма(CRC) и только после этого выполняется фильтрация или передача кадра
на соответствующий выходной порт.
Задержка при передаче кадра таким способом зависит от его размера.
• Cut-through: в этом режиме, как только заголовок кадра поступает на
коммутатор, выполняется проверка МАС-адреса источника и назначения и
сразу же выполняется фильтрация или передача кадра на соответствующий
выходной порт.
Задержка в данном режиме остается постоянной независимо от размера
кадра, так как коммутация начинается сразу после прочтения МАС-адреса
назначения.
4
При этом коммутатор может продолжать читать кадр до контрольной
суммы и вести счетчик ошибок. При превышении определенного порога
коммутатор может перейти в режим передачи StoreandForward. Такой режим
коммутации часто называют adaptivecut-through. Он сочетает преимущества
низкой задержки при передаче кадра с защитой от ошибок.
• Fragment-free (modifiedcut-through): в данном режиме коммутатор или
мост читает первые 64 байта (минимальный размер кадра Ethernet) прежде чем
начать коммутацию кадра. Обычно коллизии происходят внутри этих первых
64 байт кадра. При возникновении коллизии появляется фрагмент меньше 64
байт. Такой фрагмент подлежит фильтрации, так как информация в нем уже
искажена.
Задержка в этом режиме выше, чем в cut-through, но при этом
фильтруются кадры с коллизией. Такой режим актуален, если рабочие станции
подключены к порту коммутатора через концентратор.
1.1. Принцип работы коммутаторов
Коммутатор уменьшает загрузку сети, передавая кадры из одного
сегмента в другой, только когда это необходимо. Когда кадр приходит на порт
коммутатора, то коммутатор должен определить – передавать или не
передавать данный кадр через свой порт(Forward-Versus-FilterDecision).
Коммутатор сравнивает МАС-адрес назначения кадра с записями в
таблице МАС-адресов и, исходя из этого, принимает решение о том, на какой
порт коммутировать данный кадр.
Рабочая станция WS1-1 (рис.1.1) передает кадр WS1-3. Коммутатор
анализирует МАС-адрес назначения и видит, что рабочие станции WS1-1 и
WS1-3 находятся в одном и том же сегменте сети (Е0) и соединены друг с
другом через концентратор (HUB1), т.е. рабочая станция WS1-3 уже получила
кадр, посланный от WS1-1. На основании этого коммутатор принимает
решение на фильтрацию кадра.
5
Рис.1.1. Источник и получатель подключены к одному порту коммутатора.
Теперь WS1-1 передает кадр WS2-1 (рис.1.2). Источник, МАС-адрес
которого 0111.1111.1111, находится и подключен к интерфейсу коммутатора
Е0, а получатель, МАС-адрес которого 0222.222.1111, подключен к
интерфейсу коммутатора Е1. На основании этого коммутатор принимает
решение о передаче данного кадра со своего порта Е0 на порт Е1.
Рис.1.2. Источник и получатель подключены к разным портам коммутатора.
6
1.2. Изучение МАС-адресов
Коммутатор постоянно изучает МАС-адреса в сети для формирования
своей таблицы МАС-адресов. Когда все МАС-адреса занесены в таблицу,
коммутатор может быстро и точно принять решение о передаче или
фильтрации. Коммутатор строит таблицу МАС-адресов, прослушивая
поступающие кадры и проверяя поле МАС-адреса источника. Если пришел
кадр с новым МАС-адресом источника, то коммутатор создает новую запись в
таблице МАС-адресов в соответствие с интерфейсом, на который этот кадр
пришел.
Если на порт коммутатора приходит кадр с МАС-адресом, неизвестным
коммутатору, то он транслирует кадр на все свои порты кроме того, на
который он пришел. Занесение в таблицу МАС-адресов произойдет тогда,
когда рабочая станция, которой был адресован данный кадр, ответит, и ответ
придет на конкретный порт коммутатора.
Передача кадра с широковещательным адресом осуществляется на все
порты коммутатора, так как этот кадр предназначен всем.
Передача групповых адресов выполняется также, как и передача
широковещательных.
Но есть некоторые механизмы, ограничивающие заполнение сети
групповыми кадрами. К ним относится протокол IGMP
(InternetGroupManagementProtocol).
В начальный момент таблица МАС-адресов пуста (рис 1.3). Рабочая
станция WS1-1 посылает кадр WS1-3. Так как они подключены через
концентратор (HUB1), то данный кадр слышат и WS1-2 и коммутатор.
Коммутатор читает поле МАС-адреса источника и выполняет первую запись в
своей таблице. Далее рабочая станция WS1-3 посылает WS1-1 ответный кадр,
и его тоже читает коммутатор и формирует следующую запись в своей
таблице.
7
Рис. 1.3. Изучение МАС-адресов.
8
2. Базовая настройка коммутатора CiscoSystems
В качестве примера будем рассматривать коммутатор Cisco 2950.
Существует два основных режима работы коммутатора Cisco -
пользовательской и привилегированный.
В пользовательском режиме командная строка выглядит следующим
образом (switch - имя коммутатора):
switch> _
В этом режиме пользователю доступно ограниченное множество команд
просмотра конфигурации. Для того чтобы настроить коммутатор и
просмотреть детальную настройку, необходимо перейти в
привилегированный режим, то есть необходимо ввести команду "enable".
switch>enable
switch # - так будет выглядеть приглашение в привилегированный
режим.
Подключение к коммутатору можно выполнить либо через консольный
порт, либо через один из Ethernet портов по Telnet сессии.
2.1. Анализ настроек и работы коммутатора.
Самым простым и доступным способом выяснить проблемы,
возникающие при настройке и работе коммутатора, является использование
команд подгруппы "show" в привилегированном режиме "enable".
9
Список основных команд подгруппы show для просмотра настроек
Команда
Описание
show interface fastethernet 0/x
показывает состояние интерфейса Х
show interface vlan 1
показывает ip-адрес для конфигурации
show interfaces
[ interface-id | vlan-id ]
[description | etherchannel | pruning |
stats |status [ err-disabled] | switchport
| trunk ]
отображение информации о специфике
настройки и работы интерфейса
show mac address- table
[aging-time | count | dynamic | static ]
[ address hw-addr]
[interface interface-id]
[vlan vlan-id]
показывает опционально таблицу
МАС-адресов
show port-security [interface interfaceid][address]
показывает информацию о настройках
безопасности на интерфейсе
show running-config
показывает файл текущей
конфигурации
show startup-config
показывает файл конфигурации,
хранимой в энергонезависимой памяти
(NVRAM)
showversion
показывает версию программного
обеспечения коммутатора и тип
оборудования
коммутатора.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]