Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии пакетной коммутации глобальных сетей. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
_____________________________________________________________________________
Н.Н. Васин
Технологии пакетной коммутации
глобальных сетей
Учебное пособие
Самара
2017
2
УДК 004.7
621.395
В
Васин Н.Н.
В Технологии пакетной коммутации глобальных сетей: Учебное пособие / Н.Н.
Васин. – Самара: ИУНЛ ПГУТИ, 2017. – 120 с.
Рассматриваются принципы и средства межсетевого взаимодействия, принципы
маршрутизации сообщений в глобальных сетях пакетной коммутации, основные
технологии. Описано функционирование и основные характеристики маршрутизаторов,
приводятся примеры конфигурирования сетевых устройств, их проверки и отладки.
Данная дисциплина «Технологии пакетной коммутации глобальных сетей» входит в
учебный план подготовки магистров по направлению «11.04.02 –
Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
Учебное пособие может быть также полезно студентам по направлению
подготовки специалистов 90302 «Информационная безопасность телекоммуникационных
систем», а также слушателям курсов повышения квалификации в Самарском
региональном техническом тренинг центре.
Данное учебное издание рекомендуется Учебно-методической комиссией ФГБОУ
ВО ПГУТИ к использованию в качестве учебного пособия по дисциплине «Технологии
пакетной коммутации глобальных сетей», входящей в учебный план направления
подготовки магистров «11.04.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы
связи».
Рецензент д.т.н., профессор А.В. Росляков
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
Васин Н.Н., 2017
ISBN
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр
Предисловие
4
Введение
5
1. Технологии глобальных сетей
6
1.1. Общие сведения о технологиях глобальных сетей.
6
1.2. Протоколы соединений «точка-точка»
13
1.3. Протоколы маршрутизации в глобальных сетях
18
Краткие итоги раздела 1
25
Вопросы по разделу 1
26
Упражнения
27
2. Протокол OSPF для многих областей
28
2.1. Общие сведения о протоколе OSPF для многих областей
28
2.2. Конфигурирование протокола OSPFv2
42
2.3. Конфигурирования протокола OSPFv3 для нескольких областей
55
Краткие итоги раздела 2
64
Вопросы по разделу 2
65
Упражнения
67
3. Протокол маршрутизации BGP
68
3.1. Общие сведения о протоколе BGP
68
3.2. Атрибуты вектора пути протокола BGP
72
3.3. Сообщения BGP
75
3.4. Конфигурирование протокола BGP
78
3.5. Особенности соединений BGP
85
Краткие итоги раздела 3
90
Вопросы по разделу 3
92
Упражнения
93
4. Протокол MPLS
94
4.1. Общие сведения о многопротокольной коммутации по меткам
94
4.2. Конфигурирование MPLS
106
Краткие итоги раздела 4
112
Вопросы по разделу 4
113
Упражнения
114
Заключение
116
Список литературы
117
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие «Технологии пакетной коммутации
глобальных сетей» предназначено для студентов по направлению подготовки
магистров 11.04.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
и слушателей курсов Самарского регионального технического тренингцентра (СРТТЦ). Оно может быть также полезно для студентов направления
подготовки специалистов 090302 – «Информационная безопасность
телекоммуникационных систем».
Вопросам создания компьютерных сетей посвящен достаточно
обстоятельный учебник [1], который выдержал ряд изданий. Однако большой
объем учебника затрудняет пользование им студентам. Кроме того, в
учебнике практически не рассматриваются вопросы и примеры
конфигурирования аппаратных средств сетей связи, что стало актуально в
последнее время.
В изданиях [2-7] излагаются материалы по созданию сетей и систем
практически всех видов. Однако вопросы конфигурирования аппаратных
средств также не рассматриваются.
При создании сетей передачи данных в настоящее время широко
используются аппаратные средства фирм Cisco и Huawei. Вопросы
конфигурирования, отладки и проверки оборудования в таких сетях
рассматриваются в узкоспециализированных учебных руководствах [8-13],
которые характеризуются очень большим объемом.
Поэтому возникла необходимость в компактном учебнике для
обучения студентов и слушателей курсов повышения квалификации
технологиям пакетной коммутации. В учебных пособиях [14 – 16] вопросы
конфигурирования аппаратных средств были рассмотрены на примерах
аппаратуры Cisco. В предлагаемом издании рассматриваются принципы
технологий пакетной коммутации и построения сетей передачи данных,
основные технологии локальных сетей, принципы и средства межсетевого
взаимодействия, функционирование и основные характеристики аппаратных
средств. Приведены примеры конфигурирования коммутаторов и
маршрутизаторов Cisco. Теоретический материал закрепляется в ходе
проведения лабораторных работ [17] и практических занятий.
5
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время Интернет является глобальной сетью передачи
данных на земле, которая создала единое информационное пространство.
Интернет состоит из множества больших и малых сетей, а также
индивидуальных компьютеров, которые связаны между собой. Основу
Интернета составляют IP – технологии пакетной коммутации сообщений.
Современные тенденции развития систем и сетей телекоммуникаций
предполагают предоставление разных видов услуг: обмен данными, передача
аудио- и видеоинформации по единой мультисервисной сети связи. Передача
информации по сети Интернет реализуется, главным образом, на базе стека
протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol –
Протокол управления передачей/Межсетевой протокол).
Широко распространенным оборудованием в сетях TCP/IP являются
коммутаторы и маршрутизаторы фирм Cisco и Huawei. Сведения о создании
сетей на таком оборудовании и конфигурировании разбросаны по многим
источникам. В настоящем учебном пособии вопросы конфигурирования
сетевых устройств рассматриваются на примере оборудования фирмы Cisco,
которое используется в ПГУТИ, где работает автор.
При использовании реального оборудования, например, из 4
маршрутизаторов и 4 коммутаторов группа студентов из 5 – 7 человек
вынуждена конфигурировать один маршрутизатор, что снижает
эффективность обучения. Для устранения данного недостатка в дополнение к
существующему оборудованию используются программные имитаторы
функционирования сети. В настоящее время сетевые академии Cisco
предоставляют каждому зарегистрированному слушателю курсов симулятор
Packet Tracer.
Конфигурирование в среде симулятора внешне ничем не отличается от
работы с реальным оборудованием. При этом на каждом компьютере с
установленным симулятором можно сконфигурировать достаточно сложную
сеть, включающую несколько маршрутизаторов, коммутаторов и
компьютеров. Данный комплекс позволяет студентам и слушателям курсов
полноценно освоить программирование аппаратуры без риска повредить ее.
На реальном же оборудовании проводится закрепление полученных знаний и
навыков.
6
Глава 1. ТЕХНОЛОГИИ ГЛОБАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Глобальные сети - WAN
Коммутация
пакетов
Коммутация
каналов
Выделенные
линии
Рассмотрены основные принципы и сетевые технологии, а также протоколы,
используемые при построении глобальных сетей.
1.1. Общие сведения о технологиях глобальных сетей
Локальные сети (Local Area Network – LAN) функционируют в
пределах ограниченного географического пространства (в пределах комнаты,
этажа, здания или группы близко расположенных зданий). Глобальные сети
(Wide Area Network – WAN) обеспечивают связь между далеко
расположенными локальными сетями, удаленными пользователями. Сети
WAN должны переносить различные типы трафика (голос, видео и данные) с
требуемым качеством обслуживания.
Технологии глобальных сетей отличаются по предоставляемым
услугам, быстродействию, стоимости услуг и оборудования. Услуги
транспортной сети WAN пользователям предоставляют провайдеры. Часть
оборудования сети размещается у провайдера, другая часть – у пользователя.
Оборудование, размещаемое у пользователя, называется оборудованием
помещения клиента (customer premises equipment - CPE). Клиент имеет либо
собственное оборудование CPE, либо арендует его у поставщика услуг.
Оборудование CPE по кабелю соединяется с ближайшим центральным
офисом (central office - CO) поставщика услуг. Эту систему кабелей часто
называют местной петлей (local loop), или "последней милей" (last-mile).
Глобальные сети можно классифицировать на сети с коммутацией
пакетов, с коммутацией каналов и сети с выделенными линиями (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Классификация глобальных сетей
Сети на основе выделенных линий связи экономически дороги,
поскольку не всегда загружены полностью. Однако они обеспечивают
7
высокий уровень информационной безопасности, поэтому широко
применяются в сетях спецслужб. Разделяемая общая линия в сетях с
коммутацией каналов и пакетов позволяет снизить экономические затраты.
Сети с коммутацией каналов создавались для телефонных сетей
общего пользования. Для повышения производительности их магистралей
были разработаны технологии PDH, SDH. В дальнейшем были созданы
технологии спектрального уплотнения по длине волны λ (DWDM, CWDM), а
также протоколы оптических транспортных сетей - ОТС (OTN), которые
позволили объединить технологии PDH, SDH и DWDM, CWDM. Сети с
коммутацией каналов изначально были предназначены для равномерного
потокового трафика. Поэтому при появлении компьютерных сетей
потребовались новые сетевые технологии пакетной коммутации.
Сети с коммутацией пакетов, предназначенные для эластичного
(неравномерного, пульсирующего) трафика, в последнее время получили
широкое развитие, поскольку они обеспечивают более рентабельную
технологию глобальных сетей по сравнению с технологией сетей с
коммутацией каналов, предназначенных для равномерного (потокового)
трафика.
При создании мультисервисных сетей, передающих все виды трафика
(аудио сигналы, видеоинформацию, данные) сети с коммутацией каналов
играют роль транспорта для сетей с коммутацией пакетов. По оптической
транспортной сети (ОТС) или сети SDH передаются данные в виде пакетов
переменной длины.
Сети с коммутацией пакетов могут быть с предварительным
соединением (connection-oriented) или без предварительного соединения
(connectionless), т.е. дейтаграммные сети. В дейтаграммных IP-сетях,
например Интернет, каждый промежуточный коммуникационный узел
(коммутатор или маршрутизатор) должен обрабатывать многоразрядный
адрес, чтобы решить, какому следующему узлу передать полученный пакет.
В сетях с предварительным соединением сначала определяется
маршрут, по которому будет передаваться совокупность пакетов. Каждое
соединение маршрута помечается короткими идентификаторами, которые
хранятся в таблице коммутации. Обработка идентификаторов требует
значительно меньше времени, чем обработка многоразрядных сетевых
адресов и занимает меньше объем памяти. Проложенный маршрут через ряд
8
каналов получил название виртуального канала (Virtual Circuit – VC).
Сетевой уровень
IP
Коммутация
пакетов
Канальный уровень
Ethernet, FR,
ATM, MPLS
HDLC,
PPP
Физический
уровень
Выделенные каналы
SDH, OTN
Коммутация
каналов
Выделенные волны
λ – DWDM, CWDM
Выделенные волокна
Оптические волокна
Виртуальный канал может быть всегда доступным, т.е. постоянным
(Permanent Virtual Circuit – PVC) или создаваемым на время, т.е.
коммутируемым (Switched Virtual Circuit – SVC).
Ряд технологий трех нижних уровней модели OSI, используемых в
глобальных сетях, представлен в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Технологии глобальных сетей
Интернет-протокол IP является самым распространенным сетевым
протоколом, функционирующем на третьем (сетевом) уровне модели OSI.
Протокол IP применяется для построения как локальных, так и глобальных
сетей, обеспечивая связь между разнородными далеко расположенными
корпоративными и локальными сетями, а также удаленными пользователями.
IP-адресация позволяет обращаться к любым адресатам внутри всемирной
сети Интернет, для чего необходимо задать IP-адрес источника сообщения и
IP-адрес назначения. Интернет представляет сеть с коммутацией пакетов. В
многоуровневой модели глобальных сетей (табл. 1.1) протокол IP
расположен на верхнем уровне. Остальные уровни обеспечивают услуги для
IP-протокола.
Канальный уровень модели OSI представлен в модели технологий
глобальных сетей (табл. 1.1) технологиями коммутации пакетов (Ethernet,
Frame Relay, ATM, MPLS), а также технологиями соединений точка-точка
(HDLC, PPP). Технологии Frame Relay, ATM, использующие виртуальные
каналы, вытесняются новыми технологиями MPLS и Carrier Ethernet.
каналов, которые выполняют роль транспорта для технологий коммутации
пакетов. Это технологии PDH, SDH, технологии спектрального уплотнения
по длине волны λ – DWDM, CWDM, а также технология дальнейшего их
К физическому уровню модели OSI относятся технологии коммутации
9
развития – оптические транспортные сети - ОТС (OTN). Другие технологии
Локальная сетьЛокальная сеть
Пользователи
Оператор
фиксированной
связи
Провайдер
Провайдер
Сеть доступа
Пользователи
Оператор
мобильной
связи
коммутации каналов (ISDN, технологии телефонных сетей общего
пользования) в глобальных сетях с коммутацией пакетов используются все
реже и поэтому в модели табл. 1.1 не отражены.
Выделенные линии могут быть представлены выделенными волокнами,
выделенными волнами, выделенными каналами. Оптические волокна
выделяются крупными операторами с разветвленной кабельной системой
другим операторам и провайдерам. Выделенные волны (λ) предоставляются
провайдерам и администраторам корпоративных сетей. Отдельные каналы
PDH, SDH выделяются для корпоративных и локальных сетей.
Интернет образован совокупностью сетей операторов и провайдеров
фиксированной и мобильной связи, соединенных с локальными сетями,
сетями доступа и отдельными пользователями (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Схематичное изображение сети Интернет
Устройства клиента, которые подготавливают данные и передают их по
локальной петле в сеть провайдера, называют терминальным оборудованием
(data terminal equipment – DTE), например, маршрутизатор. Устройства,
которые соединяют центральный офис провайдера (СО) с локальной петлей,
10
называют канальным оборудованием (data communications equipment – DCE).
Устройство типа DTE
(маршрутизатор)
Устройство типа DСE
(DSU/CSU)
Сеть PDH/SDH
DCE
DCEDTE
DTE
A
B
C
Интерфейс DTE/DCE использует различные протоколы физического уровня,
которые определяют скорость передачи, используемый код и электрические
параметры, например, протоколы V.35, EIA/TIA-232. Оборудование DCE
обеспечивает провайдер, который предоставляет услуги устройствам DTE,
доступные через модем для аналоговых линий связи или через устройство
согласования с каналом (channel service unit/data service unit - CSU/DSU) для
цифровых линий, которое может быть встроено, например, в интерфейс
маршрутизатора.
Таким образом, присоединение маршрутизаторов, которые относятся к
терминальному оборудованию DTE, через выделенный канал, например,
PDH или SDH, к сети провайдера реализуется через аппаратуру DSU/CSU
устройства DCE (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Соединение маршрутизатора с глобальной сетью
В тех случаях, когда устройство DCE встроено в порт маршрутизатора, его
необходимо соответствующим образом сконфигурировать.
При непосредственном соединении маршрутизаторов друг с другом,
как например, на рис. 1.4, один из интерфейсов должен быть типа DCE, а
второй – остается DTE.
Рис. 1.4. Непосредственное соединение маршрутизаторов
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]