Информатика и вычислительная техника Издательство мгту им. Н. Э. Баумана Москва 2013
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
Компьютерные системы и сети Выпуск 1 Компьютерные системы и сети Серия основана в 2013 году Ответственный редактор А.В. Пролетарский РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ: д-р техн. наук А.А. Александров (председатель) д-р техн. наук В.А. Матвеев (гл. редактор) д-р техн. наук В.В. Девятков д-р техн. наук И.П. Иванов д-р техн. наук А.П. Карпенко академик РАН Е.А. Микрин д-р техн. наук А.В. Пролетарский канд. техн. наук И.В. Рудаков д-р техн. наук В.В. Сюзев д-р техн. наук В.М. Черненький член-корр. РАН В.А. Шахнов Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2013 Компьютерные системы и сети Выпуск 1 Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях Под общей редакцией А.В. Пролетарского Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника» Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана Москва 2013 УДК 004.7 ББК 32.973.202 Т38 А в т о р ы: Е.В. Смирнова, А.В. Пролетарский, Е.А. Ромашкина, А.М. Суровов, Р.А. Федотов Научный редактор С.В. Козлов (MCSE, MCITP, CCNP, MCT) Р е ц е н з е н т ы: зам. директора по образованию и исследованиям Mail.Ru Group Д.А. Волошин; зав. кафедрой «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н.Э. Баумана д-р техн. наук, проф. В.В. Сюзев Т38 Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компью терных сетях : учеб. пособие / [Е. В. Смирнова, А. В. Про- летарский и др.] ; под общей ред. А.В. Пролетарского. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 389, [3] с. : ил. – (Компьютерные си- стемы и сети). ISBN 978-5-7038-3733-7 В учебном пособии изложены основные сведения по фундаментальным технологиям коммутации второго и третьего уровней в локальных компью- терных сетях. Рассмотрены методы начальной настройки и управления ком- мутаторов D-Link. На практических примерах показаны методы построения виртуальных локальных сетей (VLAN) с применением протоколов семейства STP, технологии агрегирования каналов связи, безопасности (ACL) и обеспе- чения качества обслуживания (QoS), а также принципы статической и дина- мической IPv4- и IPv6-маршрутизации. Изложены сведения по многоадрес- ным схемам передачи данных и управлению сетевым оборудованием с по- мощью протоколов SNMP и RMON. Приведена справочная информация об актуальной линейке моделей коммутаторов D-Link. Представленные в учебном пособии теоретические положения изложе- ны в терминах учебных материалов компании D-Link и дополнены 24 прак- тическими занятиями (лабораторными работами), охватывающими все рас- смотренные в книге темы. Содержание учебника соответствует программе и курсу лекций, кото- рый авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направле- нию подготовки «Информатика и вычислительная техника». УДК 004.7 ББК 32.973.202 ISBN 978-5-7038-3733-7 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 5 Оглавление Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Обозначения, используемые в книге, и синтаксис команд . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1. Основы коммутации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1. Эволюция локальных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2. Функционирование коммутаторов локальной сети . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3. Методы коммутации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4. Конструктивное исполнение коммутаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.5. Физическое стекирование коммутаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.6. Типы интерфейсов коммутаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.7. Архитектура коммутаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.7.1. Архитектура с разделяемой шиной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.7.2. Архитектура с разделяемой памятью. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.7.3. Архитектура на основе коммутационной матрицы . . . . . . . . . . 30 1.8. Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов 35 1.8.1. Скорость фильтрации и скорость продвижения кадров . . . . . . . 35 1.8.2. Размер таблицы коммутации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.8.3. Объем буфера кадров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.9. Управление потоком в полудуплексном и дуплексном режимах . . . . 38 1.10. Технологии коммутации и модель OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.11. Программное обеспечение коммутаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.12. Общие принципы сетевого дизайна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.13. Трехуровневая иерархическая модель сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.14. Обзор функциональных возможностей коммутаторов. . . . . . . . . . . . 43 2. Начальная настройка коммутатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.1. Классификация коммутаторов по возможности управления . . . . . . . . 44 2.2. Средства управления коммутаторами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3. Подключение к коммутатору . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.4. Начальная конфигурация коммутатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.4.1. Вызов помощи по командам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.4.2. Базовая конфигурация коммутатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.5. Подключение к Web-интерфейсу управления коммутатора . . . . . . . . 54 2.6. Загрузка нового программного обеспечения в коммутатор . . . . . . . . . 56 2.7. Загрузка и резервное копирование конфигурации коммутатора . . . . . 57 3. Виртуальные локальные сети (VLAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.1. Понятие VLAN и их типы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.2. VLAN на основе портов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.3. VLAN на основе стандарта IEEE 802.1Q. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.3.1. Некоторые определения IEEE 802.1Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.3.2. Тег VLAN IEEE 802.1Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.3.3. Port VLAN ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3.4. Продвижение кадров VLAN IEEE 802.1Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3.5. Пример настройки VLAN IEEE 802.1Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.4. Статические и динамические VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6 Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях 3.5. Протокол GVRP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.5.1. Таймеры GVRP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.5.2. Пример настройки протокола GVRP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.6. Q-in-Q VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 3.6.1. Формат кадра Q-in-Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 3.6.2. Реализации Q-in-Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.6.3. Значения TPID в кадрах Q-in-Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.6.4. Роли портов в Port-based Q-in-Q и Selective Q-in-Q . . . . . . . . . . 79 3.6.5. Политики назначения внешнего тега и приоритета в Q-in-Q . . 79 3.6.6. Базовая архитектура сети с функцией Port-based Q-in-Q . . . . . . 79 3.6.7. Пример настройки функции Port-based Q-in-Q . . . . . . . . . . . . . . 81 3.6.8. Пример настройки функции Selective Q-in-Q . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.7. VLAN на основе портов и протоколов — стандарт IEEE 802.1v . . . . 83 3.8. Асимметричные VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.9. Функция Traffi c Segmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4. Функции повышения надежности и производительности . . . . . . . . . . . 92 4.1. Протоколы семейства Spanning Tree Protocol (STP) . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.1.1. Понятие петель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.1.2. Построение активной топологии связующего дерева . . . . . . . . 94 4.1.3. Bridge Protocol Data Unit (BPDU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.1.4. Состояния портов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 4.1.5. Таймеры STP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 4.1.6. Изменение топологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4.1.7. Настройка STP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 4.2. Rapid Spanning Tree Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2.1. Роли портов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4.2.2. Формат BPDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.2.3. Быстрый переход в состояние Forwarding . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 4.2.4. Механизм предложений и соглашений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.2.5. Новый механизм изменения топологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 4.2.6. Стоимость пути RSTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.2.7. Совместимость с STP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.2.8. Настройка RSTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.3. Multiple Spanning Tree Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 4.3.1. Логическая структура MSTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 4.3.2. Multiple Spanning Tree Instance (MSTI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4.3.3. Формат MSTP BPDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4.3.4. Вычисления топологий MSTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4.3.5. Роли портов MSTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 4.3.6. Пример топологии MSTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.3.7. Состояние портов MSTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 4.3.8. Счетчик переходов MSTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 4.3.9. Настройка протокола MSTP на коммутаторах . . . . . . . . . . . . . . 120 4.4. Функция LoopBack Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4.5. Обеспечение безопасности STP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 4.6. Агрегирование каналов связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 7 Оглавление 5. Адресация сетевого уровня и маршрутизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 5.1. Сетевой уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 5.2. Обзор адресации сетевого уровня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 5.2.1. Формат пакета IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5.2.2. Представление и структура адреса IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 5.2.3. Классовая адресация IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 5.2.4. Частные и публичные адреса IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 5.3. Формирование подсетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 5.4. Бесклассовая адресация IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 5.5. Способы настройки IPv4-адреса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5.6. Протокол IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5.6.1. Формат заголовка IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 5.6.2. Представление и структура адреса IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 5.7. Типы IPv6-адресов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 5.7.1. Индивидуальные адреса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.7.2. Групповые адреса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 5.7.3. Альтернативные адреса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 5.8. Формирование идентификатора интерфейса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 5.9. Способы настройки IPv6-адреса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 5.10. Планирование подсетей IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.11. Протокол NDP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.11.1. Разрешение IPv6-адресов с помощью протокола NDP и определение недоступности соседа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 5.11.2. Проверка дублирования адресов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.11.3. Обнаружение маршрутизатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.12. Маршрутизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.12.1. Процесс обработки пакета маршрутизирующим устрой- ством . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.12.2. Коммутация третьего уровня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 5.12.3. Статическая и динамическая маршрутизация. . . . . . . . . . . . . . 171 5.12.4. Протоколы динамической маршрутизации . . . . . . . . . . . . . . . . 173 5.13. Дистанционно-векторные протоколы маршрутизации . . . . . . . . . . . 176 5.13.1. Принцип работы дистанционно-векторного алгоритма маршрутизации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5.13.2. Проблемы функционирования дистанционно-векторного алгоритма маршрутизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 5.14. Протокол RIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 5.14.1. Протокол RIPv1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 5.14.2. Протокол RIPv2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 5.14.3. Протокол RIPng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 6. Качество обслуживания (QoS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.1. Модели QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.2. Приоритизация пакетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 6.3. Классификация пакетов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 6.4. Маркировка пакетов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 6.5. Управление перегрузкой сети и механизмы обслуживания очередей 195 6.6. Механизм предотвращения перегрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 6.7. Контроль полосы пропускания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 8 Технологии коммутации и маршрутизации в локальных компьютерных сетях 7. Функции обеспечения безопасности и ограничения доступа к сети . . . 204 7.1. Общие сведения о методах обеспечения безопасности в компью- терных сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 7.2. Списки контроля доступа (ACL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 7.2.1. Профили доступа и правила ACL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 7.2.2. Примеры настройки ACL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 7.3. Функции контроля подключения узлов к портам коммутатора . . . . . 212 7.3.1. Функция Port Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 7.3.2. Функция IP-MAC-Port Binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 7.4. 802.1Х-аутентификация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7.4.1. Роли устройств в стандарте 802.1Х . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 7.4.2. Port-Based 802.1Х . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 7.4.3. MAC-Based 802.1Х. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 7.4.4. Состояние портов коммутатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 7.5. 802.1Х Guest VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 7.6. Функции защиты ЦПУ коммутатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 |