Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Применение коммутаторов в современных сетях передачи информации. Учебно-методическое пособие
.pdf
Switch#show port-security interface fastEthernet 0/3
Port Security : Enabled
Port status : SecureUp
Violation mode : protect
Maximum MAC Addresses : 1
Total MAC Addresses : 0
Configured MAC Addresses : 0
Sticky MAC Addresses : 0
Aging time : 0 mins
Aging type : Absolute
SecureStatic address aging : Disabled
Security Violation count : 0
Switch#show port-security interface fastEthernet 0/5
Port Security : Enabled
Port status : SecureUp
Violation mode : Shutdown
Maximum MAC Addresses : 1
Total MAC Addresses : 1
Configured MAC Addresses : 1
Sticky MAC Addresses : 0
Aging time : 0 mins
Aging type : Absolute
SecureStatic address aging : Enabled
Security Violation count : 0
31
4. Протокол покрывающего дерева (SpanningTreeProtocol).
Когда строят локальную сеть с использованием большого числа
коммутаторов, то неизбежна ситуация появления избыточных соединений.
Такая ситуация может привести к тому, что кадры могут блуждать по сети
вечно. Для исключения возникновения такой ситуации были разработаны
протоколы покрывающего дерева (SpanningTreeProtocol - STP) и RSTP
(RapidSpanningProtocol). Согласно спецификации IEEE, STP описывается в
стандарте IEEE 802.1d, RSTP описывается в стандарте IEEE 802.1w.
При избыточности связей возникает три проблемы:
Широковещательный шторм
Передача нескольких копий кадра
Нестабильность таблицы МАС-адресов
Широковещательный шторм
Широковещательный шторм (broadcaststorm) возникает, когда все
коммутаторы в сети с избыточными связями осуществляют бесконечную
рассылку широковещательных кадров на все порты за исключением того,
откуда кадр был получен.
На рисунке 4.1 приведен пример возникновения широковещательного
шторма.
WS1 отправляет ARP-запрос, который осуществляется посылкой
широковещательного кадра. Этот кадр попадает не только на WS2, но и на SW1
и SW2. Коммутаторы определяют широковещательный адрес в поле адреса
назначения заголовка кадра и отправляют этот на интерфейсы fa1, которые
подключены к другому сегменту сети. Копии кадра попадая в другой сегмент
опять поступают на порты SW1 и SW2 и будут переданы в исходный сегмент.
Так будет повторяться до бесконечности. Так как широковещательные кадры
должны обрабатываться всеми WS, подключенными к сегментам сети, то это
может заблокировать их работу. В результате возникает широковещательный
шторм.
32
Рис.4.1. Возникновение широковещательного шторма
Передача нескольких копий кадра
В избыточной топологии возможна доставка нескольких копий одного и
того же кадра на станцию назначения.
Большинство протоколов разработано таким образом, что они не могут
распознать дублирование и передают дублированные кадры протоколам
верхних уровней, что может привести к ошибкам в работе компьютера.
На рисунке 4.2 приведен пример передачи нескольких копий кадра.
WS1 отправляет кадр на WS2. Этот кадр приходит одновременно на WS2
и на порты fa0 коммутаторов SW1 и SW2. Если коммутатор SW1 имеет пустую
таблицу МАС-адресов, то, изучив адрес назначения и не найдя его в таблице,
он будет вынужден отправить кадр широковещательно на все порты за
исключением исходного. При этом коммутатор SW2 получит копию кадра
33
через порт fa1 и в любом случае передаст копию кадра на свой порт fa0. Таким
образом, WS2 получит копию уже имеющегося у нее кадра.
Рис.4.2. Передача нескольких копий кадра.
Нестабильность таблицы МАС-адресов
Нестабильность в таблице МАС-адресов возникает в результате
получения нескольких копий одного и того же кадра различными портами
коммутатора.
На рисунке 4.3. приведен пример возникновения нестабильности в
таблице МАС-адресов.
WS1 посылает кадр WS2, которая находится в другом сегменте сети.
При этом кадр от WS1 одновременно поступает на порты fa0 коммутаторов
SW1 и SW2 и они, согласно своим таблицам МАС-адресов, передают кадр в
другой сегмент. Пусть SW1 первым начал передавать кадр от WS1 через порт
fa1. Этот кадр получит WS2 и SW2 на fa1. В результате в таблице МАС-
34
адресов SW2 произойдет изменение, и адрес WS1 на коммутаторе SW2 будет
перемещен с порта fa0 на порт fa1. Затем начнет передачу того же кадра через
порт fa1 коммутатор SW2, и на SW1 возникнет аналогичная ситуация. При
этом передача данных в обратном направлении может быть нарушена.
Рис 4.3. Возникновение нестабильности в таблице МАС-адресов.
4.1. Назначение протокола STP.
Протокол STP каждый порт коммутатора помещает либо в состояние
блокировки (blocking), либо в состоянии передачи (forwarding). Все порты
разных коммутаторов одной сети, находящиеся в состоянии передачи,
образуют единственный маршрут, по которому кадры перемещаются по сети.
Рассмотрим это на примере, показанном на рисунке 4.4.
35
Рис. 4.4. Работа STP.
Если рабочая станция WS1 посылает широковещательное сообщение, то
оно не будет блуждать по сети постоянно. Коммутатор SW1 передает это
сообщение коммутаторам SW2 и SW4, после этого SW4 передает это
сообщение SW3, а коммутаторSW3 не передаст его SW2, так как маршрут,
соединяющий коммутаторы SW2 и SW3, находится в режиме блокировки. Если
бы этого не было, то широковещательное сообщение было бы размножено и
постепенно наполнило бы сеть, то есть сеть перестала бы работать.
Но у STP есть и некоторый недостаток. Пусть рабочая станция WS3
передает кадр рабочей станции WS2. Для выполнения данной операции кадр
будет через коммутатор SW3 передан на SW4, с коммутатора SW4 на SW1 и с
SW1 на коммутатор SW2. Использование сети в данном случае неэффективно
и такие кадры повышают загруженность сети. Если соединение между
коммутаторами SW1 и SW4 вдруг будет нарушено, то протокол STP
36
переконфигурирует сеть, и будет активирован маршрут между коммутаторами
Характеристика
порта
Состояние
портов
Описание
Все порты
корневого
коммутатора
Передача
Порты корневого коммутатора
являются всегда назначенными на всех
подключенных к ним сегментах
SW2 и SW3.
4.2. Принцип работы протокола STP.
Алгоритм или протокол STP создает покрываемое дерево из
интерфейсов, через которые передаются кадры. Структура дерева создает
единственный маршрут прохождения кадров между сегментами сети.
В данном алгоритме применяется три критерия для выбора интерфейсов,
которые должны передавать данные.
1. Выбирается корневой коммутатор (root). Все интерфейсы корневого
коммутатора должны быть в состоянии передачи.
2. Каждый некорневой коммутатор оценивает расстояние (стоимость
или вес – cost) маршрута через все свои порты до корневого коммутатора. Порт
коммутатора, который ближе к корневому, называется корневым портом
(rootport) и переводится в состояние передачи.
3. К одному сегменту сети может быть подключено несколько
коммутаторов. Порт коммутатора с минимальной административной
дистанцией до корневого коммутатора по сравнению с другими,
подключенными к данному сегменту сети, переводится в состояние передачи.
Такой порт называется назначенным (designated).
4. Все остальные интерфейсы переводятся в состояние блокировки.
Ниже в таблице приведены характеристики портов и описание их
состояния.
37
Корневой порт
каждого
некорневого
коммутатора
Передача
Корневой порт - это порт, на который
приходят BPDUот корневого
коммутатора с наименьшей стоимостью
Назначенный порт
в каждом сегменте
Передача
Порт, передающий BPDU наименьшей
стоимости в сегмент, является
назначенным
Все другие порты
Блокировка
Порт не используется для передачи
кадров; ни один кадр, пришедший на
этот порт, не передается
4.3.1. Выбор корневых и назначенных портов.
Работа STP начинается с того, что каждый коммутатор считает себя
корневым, посылая соответствующие STP сообщения. Такие сообщения
называются - BPDU (BridgeProtocolDataUnits).
Каждый коммутатор постоянно передает BPDU сообщения, содержащие
следующую информацию:
1. ID корневого коммутатора- это сочетание приоритета коммутатора
и его МАС-адреса. В начале выбора корневого коммутатора все коммутаторы
сети претендуют на этот статус, так как каждый коммутатор "знает" только
себя (свой собственный ID). Коммутатор с наименьшим приоритетом с
большей долей вероятности может стать корневым. Приоритет можно
устанавливать в диапазоне от 0 до 65 535 (по умолчанию он равен 32 768).
2. Стоимость маршрута до корневого коммутатора через этот
коммутатор. Так как в начальный момент каждый коммутатор считает себя
корневым, то это значение равно 0.
3. ID коммутатора отправителя данного BPDU. Это всегда ID
коммутатора, который передает данное BPDU, независимо от того, какой
коммутатор является корневым.
38
4.3.2. Формат сообщения BPDU.
2 1 1 8 2 8 2 2 2 1 2
STP Ver
BPDU
type
Flags
Root ID
Cost
SwitchID
PortID
TTL
TTLmax
Hello
time
Delay
Пакеты BPDU помещаются в поле данных кадров канального уровня.
STPversion - 2 байта. Коммутаторы должны поддерживать одну и ту
же версию протокола STP, иначе в сети могут появиться петли.
BPDU type - 1 байт. Существуют два типа BPDU.
- конфигурационный BPDU - заявка на возможность стать корневым
коммутатором, на основании которой происходит определение активной
конфигурации
- BPDU - уведомления о реконфигурации, которые посылаются
коммутатором, обнаружившим событие, требующее проведения
реконфигурации - отказ линии связи, отказ порта, изменение приоритетов
коммутатора или портов.
Flags - 1 байт. Один бит содержит флаг изменения конфигурации,
второй - флаг подтверждения изменения конфигурации.
RootIDRoot - идентификатор корневого коммутатора - 8 байт.
Старшие 2 байта – приоритет коммутатора – может устанавливаться
администратором.
Младшие 6 байт - МАС-адрес блока управления коммутатора.
Cost - расстояние до корневого коммутатора - 2 байта.
SwitchID - идентификатор коммутатора - 8 байт.
Старшие 2 байта – приоритет коммутатора – может устанавливаться
администратором.
Младшие 6 байт - МАС-адрес блока управления коммутатора.
PortID - идентификатор порта - 2 байта.
39
TTL - время жизни сообщения - 2 байта. Измеряется в единицах по
0,5 с, используется для определения устаревших сообщений. Когда пакет
BPDU проходит через коммутатор, то TTL увеличивается на время задержки
в коммутаторе.
TTLmax - максимальное время жизни сообщения - 2 байта. Если пакет
BPDU имеет время жизни, превышающее максимальное, то он игнорируется
коммутаторами.
Hello time - интервал, через который посылаются пакеты BPDU – 1
байт.
Delay - задержка смены состояний - 2 байта. Определяет минимальное
время перехода портов коммутатора из режима блокировки в режим передачи.
Она необходима, для исключения возможности временного возникновения
петель при неодновременной смене состояний портов во время
реконфигурации. У пакета BPDU уведомления о реконфигурации отсутствуют
все поля, кроме двух первых.
Выбор корневого коммутатора осуществляется на основе информации о
ID коммутатора, содержащейся в BPDU. Корневой коммутатор - это
коммутатор, который имеет наименьший ID. Коммутатор выбирается с
наименьшим приоритетом, либо, если приоритеты равны, выбирается
коммутатор с наименьшим МАС-адресом. Сообщение, используемое для
идентификации корневого коммутатора, называется BPDUhello.
В начальный момент времени каждый коммутатор в сети посылает через
все свои порты сообщения BPDUhello со своим ID. Если коммутатор
принимает BPDU с ID ниже, чем его ID, то он перестает посылать свои BPDU,
а начинает ретранслировать полученное BPDU с меньшим ID.
Рассмотрим процесс выборов корневого коммутатора на примере
схемы, показанной на рисунке 4.5. В начальный момент времени все
коммутаторы считают себя корневыми и рассылают через все свои порты
сообщения BPDU. Коммутатор SW1 получает BPDU от коммутаторов SW2 и
SW4 и сравнивает их со своим ID. ID коммутатора SW1 меньше, чем ID
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]