Методичка мдк 0202. Основные концепции и настройка коммутации. Основные концепции и настройка коммутации Концепции маршрутизации
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
Основные концепции и настройка коммутации Концепции маршрутизации Сети позволяют людям общаться, сотрудничать и по-разному взаимодействовать. Сети используются для открытия веб-страниц, общения через IP-телефоны, участия в видеоконференциях, онлайн-игр, совершения покупок через Интернет, дистанционного обучения и многого другого. Коммутаторы Ethernet функционируют на канальном уровне, т.е. 2-м уровне, и используются для пересылки кадров Ethernet между устройствами в пределах одной сети. Однако когда IP-адреса источника и назначения находятся в разных сетях, кадр Ethernet необходимо отправить на маршрутизатор. Маршрутизатор используется для подключения одной сети к другой. Маршрутизатор отвечает за доставку пакетов в разные сети. Пунктом назначения для IP-пакета может быть веб-сервер, расположенный в другой стране, или сервер электронной почты в локальной сети. Маршрутизатор использует свою таблицу маршрутизации, чтобы найти оптимальный путь для пересылки пакетов. Именно маршрутизаторы обеспечивают своевременную доставку этих пакетов. Эффективность передачи данных между сетями в значительной степени зависит от возможности маршрутизаторов пересылать пакеты по наиболее оптимальному пути. Когда узел отправляет пакет устройству в другой IP-сети, этот пакет пересылается на шлюз по умолчанию, поскольку узел не может напрямую взаимодействовать с устройствами, расположенными вне локальной сети. Пунктом назначения в маршрутах трафика из локальной сети к устройствам в удаленных сетях является шлюз по умолчанию. Этот шлюз часто используется для подключения локальной сети к Интернету. В этой лекции будет получен ответ на вопрос: какую операцию выполняет маршрутизатор с пакетом, полученным из одной сети и адресованным для другой? Будет рассмотрено содержимое таблицы маршрутизации, в том числе маршруты с прямым подключением, статические и динамические маршруты. Благодаря тому, что маршрутизатор способен направлять пакеты между сетями, устройства в разных сетях могут обмениваться данными. В этой главе мы изучим маршрутизаторы, их роль в сетях, их основные аппаратные и программные компоненты, а также процесс маршрутизации. Здесь же вы найдете упражнения, демонстрирующие получение доступа к маршрутизаторам, конфигурацию их базовых параметров и проверку внесенных настроек. Характеристики сети Появление сетей существенно отразилось на нашей повседневной жизни. Помимо нашего образа жизни, они также повлияли на рабочие процессы и способы развлечений. Сети позволяют нам общаться, сотрудничать и взаимодействовать в совершенно новой форме. Мы по-разному используем сети — пользуемся веб- приложениями, IP-телефонией, проводим видеоконференции, играем онлайн, учимся и делаем покупки через Интернет и т.д. Как показано на рисунке, при обсуждении сетевых технологий можно упомянуть множество ключевых структур и свойств, связанных с производительностью сети. Топология: существуют физические и логические топологии. Физическая топология — схема расположения кабелей, сетевых устройств и конечных систем. В ней описывается, как сетевые устройства соединены между собой с помощью проводов и кабелей. Логическая топология — это путь, по которому данные передаются по сети. В ней описывается, как пользователи видят соединения сетевых устройств. Скорость — это количество переданных данных по какому-либо каналу сети, измеряемое в битах в секунду (бит/с). Стоимость указывает общие расходы на приобретение компонентов сети, установку и обслуживание сети. Безопасность указывает на степень защищенности сети, в том числе защищенности информации, передаваемой по сети. Фактор безопасности играет очень важную роль, поэтому технологии и методы обеспечения безопасности постоянно развиваются. При любых действиях, которые могут повлиять на работу сети, необходимо обращать внимание на обеспечение безопасности. Доступность указывает на возможность использования сети в момент обращения пользователя. Масштабируемость показывает, насколько легко сеть может вмещать большее число пользователей и соответствовать требованиям передачи данных. Если проект сети оптимизирован только для выполнения текущих задач, то расширение сети для соответствия растущим требованиям влечет за собой большие трудности и высокие затраты. Надежность указывает на степень безотказности компонентов, из которых состоит сеть: маршрутизаторов, коммутаторов, компьютеров и серверов. Надежность часто измеряется как вероятность сбоя или как среднее время безотказной работы (MTBF). Эти характеристики и свойства обеспечивают способы для сравнения различных сетевых решений. Примечание. Хотя термин «скорость» нередко используется для обозначения пропускной способности сети, технически это неправильно. Фактическая скорость, с которой передаются биты, остается неизменной в рамках одной среды. Различие в пропускной способности возникает из-за количества бит, передаваемых за секунду, а не из-за скорости их прохождения по проводам или беспроводной среде. Необходимость маршрутизации. Каким образом, щелкнув на ссылку в веб-браузере, мы получаем желаемую информацию в считанные секунды? Несмотря на то что происходит это благодаря слаженной работе множества устройств и технологий, главным устройством является маршрутизатор. Говоря простым языком, маршрутизатор соединяет две сети вместе. Обмен данными между сетями был бы невозможен без маршрутизатора, который определяет оптимальный путь до пункта назначения и пересылает трафик на следующий маршрутизатор по сети. Маршрутизатор отвечает за выбор маршрута для пересылки трафика между сетями. В топологии на рисунке маршрутизаторы соединяют сети на разных узлах. При получении пакета на интерфейсе маршрутизатор использует свою таблицу маршрутизации для определения оптимального пути до пункта назначения. Пунктом назначения для IP-пакета может быть веб-сервер, расположенный в другой стране, или сервер электронной почты в локальной сети. Именно маршрутизаторы отвечают за эффективную доставку этих пакетов. Эффективность передачи данных между сетями в значительной степени зависит от возможности маршрутизаторов пересылать пакеты по наиболее оптимальному пути. Маршрутизаторы как компьютеры Как показано на рисунке, для работы большинства устройств с поддержкой сети (например, компьютеры, планшеты и смартфоны) требуются следующие компоненты: центральный процессор (ЦП); операционная система (OS); память и хранилище данных (ОЗУ, ПЗУ, энергонезависимое ОЗУ, флеш- память, жесткий диск). По сути, маршрутизатор — это специализированный компьютер. Для его работы необходимы ЦП и память, в которой хранятся данные для выполнения инструкций операционной системы, например инициализации системы, функций маршрутизации и коммутации. Примечание. В качестве системного ПО устройства Cisco используют операционную систему Cisco IOS. Память маршрутизатора бывает энергозависимая и энергонезависимая. При отключении питания содержимое энергозависимой памяти теряется, а содержимое энергонезависимой памяти сохраняется. В таблице представлены типы памяти маршрутизатора с указанием критерия энергозависимости, а также приведены примеры данных, хранящихся в том или ином типе памяти. В отличие от компьютера, маршрутизаторы не имеют видео- и звуковых карт. Вместо этого маршрутизаторы оснащены специализированными портами и сетевыми платами для подключения устройств к другим сетям. На рисунке описываются некоторые из этих портов и интерфейсов. Маршрутизаторы соединяют сети Большинство пользователей не знают о наличии множества маршрутизаторов в собственной сети или в Интернете. Пользователи хотят открывать веб- страницы, отправлять сообщения электронной почты и загружать музыку вне независимости от того, в собственной или в другой сети находится сервер, к которому они получают доступ. Сетевые специалисты знают, что именно маршрутизатор обеспечивает пересылку пакетов из сети в сеть, от первоисточника до конечного назначения. Маршрутизатор соединяет много сетей, и это означает, что он оснащен множеством интерфейсов, каждый из которых принадлежит другой IP-сети. Когда маршрутизатор получает IP-пакет на одном интерфейсе, он определяет, какой интерфейс следует использовать для пересылки пакета до места назначения. Интерфейс, который использует маршрутизатор для пересылки пакета, может быть конечной точкой маршрута, или же сетью, подключенной к другому маршрутизатору, используемому для достижения сети назначения. Как правило, каждая сеть, к которой подключается маршрутизатор, требует отдельного интерфейса. Эти интерфейсы используются для соединения как локальных (LAN), так и глобальных сетей (WAN). В большинстве случаев, LAN — это сети Ethernet, содержащие такие устройства, как ПК, принтеры и серверы. WAN используются для соединения сетей на больших территориях. Например, подключение к WAN обычно используется для подключения LAN к сети интернет-провайдера (ISP). Обратите внимание, что для соединения с другими узлами для каждого узла на рисунке требуется использование маршрутизатора. Даже в домашнем офисе требуется маршрутизатор. В сетевой топологии домашнего офиса маршрутизатор представляет собой специализированное устройство, которое представляет множество сервисов для домашней сети. Маршрутизаторы выбирают оптимальные пути Основные функции маршрутизаторов: Определение оптимального пути для передачи пакетов. Пересылка пакетов к месту назначения. Маршрутизатор использует свою таблицу маршрутизации, чтобы найти оптимальный путь для пересылки пакетов. Когда маршрутизатор получает пакет, он проверяет адрес назначения пакета и использует таблицу маршрутизации для поиска оптимального пути к нужной сети. Кроме того, в таблице маршрутизации учитывается, какой интерфейс следует использовать для пересылки пакетов в каждую известную сеть. Если оптимальный маршрут найден, маршрутизатор инкапсулирует пакет в кадр канала передачи данных исходящего или выходного интерфейса и пересылает пакет до пункта назначения. Маршрутизатор может получать пакет, который инкапсулирован в кадр канала передачи данных одного типа, и отправить пакет из интерфейса, который использует другой тип кадра канала передачи данных. Например, маршрутизатор может получить пакет на интерфейсе Ethernet, но должен переслать пакет из интерфейса, настроенного с помощью протокола «точка- точка» (PPP). Инкапсуляция канала передачи данных зависит от типа интерфейса маршрутизатора и типа передающей среды, к которой он подключен. Различные технологии каналов передачи данных, к которым может подключиться маршрутизатор, включают в себя Ethernet, PPP, Frame Relay, DSL, кабельные и беспроводные сети (802.11, Bluetooth и др.). Именно маршрутизатор отвечает за поиск сети назначения в своей таблице маршрутизации и пересылку пакета до пункта назначения. Примечание. Для того чтобы узнать об удаленных сетях и построить таблицы маршрутизации, маршрутизаторы используют протоколы статической и динамической маршрутизации. Механизмы пересылки пакетов Маршрутизаторы поддерживают три механизма пересылки пакетов: Программная коммутация — это устаревший механизм пересылки пакетов, который по-прежнему доступен на маршрутизаторах Cisco. Когда пакет прибывает на интерфейс, он пересылается на уровень управления, где ЦП сопоставляет адрес назначения с записью в таблице маршрутизации, а затем определяет выходной интерфейс и пересылает пакет. Важно понимать, что маршрутизатор совершает это с каждым пакетом, даже если целый поток пакетов предназначен для одного адреса назначения. Механизм программной коммутации работает очень медленно и редко реализуется в современных сетях. Быстрая коммутация — это распространенный механизм пересылки пакетов, который использует кэш быстрой коммутации для хранения информации о следующих переходах. Когда пакет прибывает на интерфейс, он пересылается на уровень управления, где ЦП ищет совпадение в кэше быстрой коммутации. Если совпадение не найдено, пакет проходит программную коммутацию и пересылается на выходной интерфейс. Информация о трафике для пакетов также хранится в кэше быстрой коммутации. Если на интерфейс прибывает другой пакет, адресованный тому же назначению, то из кэш-памяти повторно используется информация о следующем переходе без вмешательства ЦП. Cisco Express Forwarding (CEF) — это новейший и наиболее предпочтительный для Cisco IOS способ пересылки пакетов. Как и быстрая коммутация, CEF создает 24-портовую базу данных переадресации (FIB) и таблицу смежности (adjacency table). Однако записи таблицы инициированы не пакетами, как при быстрой коммутации, а изменениями — например изменениями в сетевой топологии. Таким образом, по завершении сходимости сети в базе данных FIB и таблице смежности содержится вся информация, необходимая маршрутизатору при пересылке пакета. FIB содержит предварительно вычисленные обратные просмотры, информацию о следующих переходах для маршрутизаторов, в том числе информацию об интерфейсе и 2-м уровне. Коммутация CEF — это самый быстрый механизм пересылки, наиболее предпочтительный для использования на маршрутизаторах Cisco. Допустим, что поток трафика, состоящий из пяти пакетов, отправлен в одно место назначения. При программной коммутации каждый пакет должен быть по отдельности обработан центральным процессором. При быстрой коммутации только первый пакет потока проходит программную коммутацию, после чего он добавляется в кэш быстрой коммутации. Следующие четыре пакета быстро обрабатываются, исходя из информации в кэш-памяти. Процесс CEF формирует базу данных FIB и таблицу смежности после завершения сходимости сети. Все пять пакетов быстро обрабатываются на уровне данных. Три механизма пересылки пакетов можно описать, проведя следующую аналогию: Программная коммутация делает все расчеты каждый раз, даже в случае решения идентичных задач. Быстрая коммутация делает расчеты один раз, запоминая ответ для последующих идентичных случаев. Механизм CEF решает каждую из возможных задач заранее, внося ее в электронную таблицу. Подключение к сети Как правило, сетевые устройства и конечные пользователи подключаются к сети с помощью проводного соединения Ethernet или беспроводного соединения. На рисунке приводится пример топологии. Локальные сети на рисунке выступают в качестве примера возможного подключения пользователей и сетевых устройств к сетям. Устройства домашнего офиса подключаются следующим образом. Ноутбуки и планшетные ПК подключаются к домашнему маршрутизатору по беспроводному соединению. Сетевой принтер подключается к порту коммутатора на домашнем маршрутизаторе через кабель Ethernet. Домашний маршрутизатор подключается к кабельному модему оператора связи через кабель Ethernet. Кабельный модем подключается к сети интернет-провайдера. Устройства филиала подключаются следующим образом: Корпоративные ресурсы (например файловые серверы и принтеры) подключаются к коммутаторам 2-го уровня с помощью кабелей Ethernet. Настольные ПК и устройства IP-телефонии (VoIP) подключаются к коммутаторам 2-го уровня с помощью кабелей Ethernet. Ноутбуки и смартфоны подключаются к точкам беспроводного доступа (WAP). Точки беспроводного доступа подключаются к коммутаторам с помощью кабелей Ethernet. Коммутаторы 2-го уровня подключаются к интерфейсу Ethernet на пограничном маршрутизаторе с помощью кабелей Ethernet. Пограничный маршрутизатор — это устройство, которое находится на границе или по периметру сети и осуществляет маршрутизацию между разными сетями, например между LAN и WAN. Пограничный маршрутизатор подключается к глобальной сети оператора связи. Пограничный маршрутизатор также подключается к ISP для резервного копирования. Устройства центрального офиса подключаются следующим образом: Настольные ПК и устройства IP-телефонии (VoIP) подключаются к коммутаторам 2-го уровня с помощью кабелей Ethernet. Коммутаторы 2-го уровня подключаются дублированными соединениями к многоуровневым коммутаторам 3-го уровня с помощью оптоволоконных кабелей Ethernet. Многоуровневые коммутаторы 3-го уровня подключаются к интерфейсу Ethernet на пограничном маршрутизаторе с помощью кабелей Ethernet. Корпоративный сервер подключается к интерфейсу пограничного маршрутизатора с помощью кабеля Ethernet. Пограничный маршрутизатор подключается к WAN оператора связи. Пограничный маршрутизатор также подключается к ISP для резервного копирования. В локальных сетях филиала и центрального офиса узлы подключаются к сетевой инфраструктуре либо напрямую, либо через точки беспроводного доступа с помощью коммутатора 2-го уровня. Шлюзы по умолчанию Для обеспечения сетевого доступа на устройствах должны быть настроены следующие параметры IP: IP-адрес — определяет уникальный узел в локальной сети. Маска подсети — определяет, с какой подсетью сети узел может обмениваться данными непосредственно. Шлюз по умолчанию — определяет IP-адрес маршрутизатора, на который следует отправлять пакет, когда устройство назначения находится в другой подсети локальной сети. Когда узел отправляет пакет устройству, которое находится в той же IP-сети, пакет просто пересылается из интерфейса узла на устройство назначения. Когда узел отправляет пакет устройству в другой IP-сети, то пакет пересылается на шлюз по умолчанию, поскольку устройство узла не может взаимодействовать напрямую с устройствами вне локальной сети. Пунктом назначения в маршрутах трафика из локальной сети к устройствам в удаленных сетях является шлюз по умолчанию. Этот шлюз часто используется для подключения локальной сети к Интернету. Обычно шлюз по умолчанию — это адрес интерфейса маршрутизатора, подключенного к локальной сети. Маршрутизатор вносит записи в таблицу маршрутизации для всех подключенных сетей, равно как и для удаленных сетей, и определяет оптимальный маршрут для достижения этих пунктов назначения. Например, если компьютер PC1 отправляет пакет на веб-сервер, расположенный по адресу 172.16.1.99, то он обнаружит, что веб-сервер находится вне локальной сети, и поэтому он должен отправить пакет на MAC- адрес шлюза по умолчанию. Пакет протокольного блока данных (PDU) на рисунке определяет IP- и MAC-адреса источника и назначения. |