Дибров М.В. Маршрутизаторы

Подождите немного. Документ загружается.

RIP

Token

Ring

500

Маршрутизатор Коммутатор

Персональный

компьютер

Сервер

Топология

Ethernet

Топология

Token Ring

Последовательный

канал связи

Пользователь

Канал

связи

Область сети

передачи

данных

Домен

маршрутизации

Метрика

маршрута

Рисунок 0.1 – Пиктограммы, используемые в пособии

Соглашения по синтаксису командного языка

Условные обозначения, используемые в пособии для представления

синтаксиса команд, идентичны условным обозначениям, используемым в

«Справочнике по командам ОС Cisco IOS 12.4» («Cisco IOS Command Refer-

ence»).

– Полужирным шрифтом выделяются команды и ключевые слова, ко-

торые должны вводиться без изменения.

– Курсивом выделяются параметры с переменными значениями.

– В квадратных скобках ([]) заключены не обязательные элементы.

– Фигурными скобками ({}) выделяется выбор вероятных значений

ключевых слов.

– Вертикальной чертой (|) разделяются альтернативные взаимоисклю-

чающие элементы.

– Фигурными скобками и вертикальной чертой внутри квадратных ско-

бок, например [X{Y | Z}], обозначается жесткий выбор необязательного

элемента. Не обязательно вводить все, что заключено в скобках, но если это

сделано, то выбирать будет нужно из указанных значений.

1 Проектирование масштабируемых сетей передачи данных

1.1 Масштабируемые сети передачи данных

Корпоративная сеть передачи данных (СПД) отражает движение инфор-

мационных потоков корпорации. Структура корпоративной СПД напрямую за-

висит от общей организационной структуры корпорации. Такие структуры на-

зываются иерархические.

Существует два главных типа иерархических структур:

– функциональные структуры;

– географические структуры.

Некоторые корпорации имеют независимые подразделения, отвечающие

за всю деятельность, включая построение и обслуживание сети передачи дан-

ных в зоне ответственности подразделения. Такие подразделения взаимодей-

ствуют между собой, используя общие информационные ресурсу корпорации.

Такая структура корпорации отражается и на дизайне корпоративной сети пере-

дачи данных (Рисунок 1.1).

Корпорация

Подразделение

ПодразделениеПодразделение

Подразделение

Рисунок 1.1 – Пример дизайна СПД при функциональной

структуре корпорации

Множество крупных компаний занимающихся одним видом деятельно-

сти имеют свои территориальные представительства в различных географиче-

ских точках, как внутри страны, так и за ее пределами (Рисунок 1.2).

Корпорация

Филиал

Город А

Филиал

Город Б

Филиал

Город В

Филиал

Город Г

Филиал

Город З

Филиал

Город Ж

Филиал

Город Е

Филиал

Город Д

Рисунок 1.2 – Пример дизайна СПД при географической

структуре корпорации

При такой структуре организации каждое территориальное представи-

тельство для своего функционирования должно иметь подключение к общей

сети передачи данных. С точки зрения проектирования сети передачи данных,

именно географический вид иерархии в корпорации наиболее рентабелен, так

как при такой организации сети требуется использование меньшего количества

магистральных каналов связи.

Исходя из иерархической структуры, осуществляется проектирование

корпоративной сети передачи данных. Сеть передачи данных должна иметь

разделение на три основных уровня организации (Рисунок 1.3):

Ядро

Распределение

ДоступДоступ

Рисунок 1.3 – Трех уровневая модель организации СПД

– Уровень ядра (Core layer). Главной задачей является обработка пото-

ков данных, с целью передачи в нужный сегмент корпоративной сети. В ядре

используются высокоскоростные коммутаторы и маршрутизаторы с целью

уменьшения задержек при передаче потоков данных. Для повышения надежно-

сти применяются схемы резервирования оборудования.

– Уровень распределения (Distribution layer). Распределение потоков

данных внутри сегмента сети и передача части потока данных в уровень ядра

для дальнейшей обработки.

– Уровень доступа (Access layer). Точка входа в сеть конечных пользо-

вателей. Главная задача оборудования уровня доступа состоит в обеспечении

возможности подключения к сети пользователей их аутентификация и авто-

ризация.

Для обеспечения требуемой скорости передачи данных внутри ядра

сети могут применяться различные виды топологии. Например, при использо-

вании полносвязной топологии (Рисунок 1.4) достигается наименьшее время

задержки и наибольший уровень отказоустойчивости.

Рисунок 1.4 – Полносвязная топология ядра

Данная топология может применяться только для небольших организа-

ций с небольшим количеством подразделений. При увеличении количества

подразделений накладные расходы по поддержанию полносвязной топологии

ядра возрастают в геометрической прогрессии.

В большом количестве компаний основные потоки данных передаются

от филиалов в центральное подразделение, где располагаются корпоративные

базы данных и сетевые сервисы.

Наиболее удачной топологией сети для отображения подобных потоков

трафика является топология «звезда» (Рисунок 1.5), в которой могут быть сде-

ланы резервные связи для повышения отказоустойчивости.

Рисунок 1.5 – Топология «звезда» в ядре сети

Данный вид топологии также обладает свойством хорошей масштаби-

руемости что позволяет снизить накладные расходы при подключении допол-

нительных подразделений.

На рисунке 1.6 привидится пример трехуровневой организации сети

передачи данных, в которой присутствуют резервные каналы связи с целью

повышения отказоустойчивости.

Доступ

Ядро

Доступ

Распределение

Рисунок 1.6 – Трехуровневая организация сети передачи данных

Удаленные узлы являются точками входа в сеть для конечных пользова-

телей и клиентов. В корпоративной сети передачи данных удаленные узлы

предоставляют доступ к сетевым ресурсам через уровень доступа. Главной за-

дачей уровня доступа является предоставление доступа к корпоративной СПД

только зарегистрированным пользователям. На уровне доступа помимо сер-

висов, предоставляющих доступ к сети также разворачиваются сервисы, осу-

ществляющие аутентификацию и авторизацию пользователей.

Уровень распределения является точкой консолидации потоков данных

от уровня доступа. На уровень распределения могут быть вынесены некото-

рые сервисы уровня доступа, такие как DHCP - Dynamic Host Configuration

Protocol (протокол динамического конфигурирования узла), DNS - Domain

Name System (служба доменных имён) если их расположение на уровне до-

ступа может оказаться невыгодным.

1.2 Архитектура корпоративной сети передачи данных

Тщательно проработанная архитектура сети помогает применению но-

вых технологий, служит заделом для будущего роста, определяет выбор сете-

вых технологий, помогает избежать избыточных затрат.

Необходимые требования к архитектуре корпоративной сети:

– Расширяемость (Scalability). Учет в дизайне сети передачи данных воз-

можности многократного увеличения числа узлов;

– Предсказуемость (Predictability). Предсказуемое поведение, как всей

сети, так и ее частей во всех возможных режимах работы;

– Гибкость (Flexibility). Минимизация издержек связанных с дополнени-

ем, изменением и удалением узлов внутри сети.

В масштабируемой сети передачи данных отвечающей всем приведен-

ным требованиям добавление нового подразделения (Рисунок 1.7) происходит с

наименьшими затратами времени и средств.

Подразделение Б

Подразделение А

Подразделение Д

G C F

B E

X Y

M L

N O I H

Рисунок 1.7 – Расширяемость СПД

Операция подключения подразделения, в котором уже существовала своя

сеть передачи данных, к общей СПД корпорации содержит следующие основ-

ные этапы:

– Подключение маршрутизаторов P и Q к ядру общей сети передачи дан-

ных;

– Перевод адресного пространства нового подразделения в общее адрес-

ное пространство корпорации и настройка на маршрутизаторах P и Q службы

NAT - Network Address Translation (трансляция сетевых адресов);

– Перевод DHCP сервера подключаемого подразделения в общее адрес-

ное пространство;

– Удаление на маршрутизаторах P и Q службы NAT.

Поведение полученной сети предсказуемо (Рисунок 1.8).

Подразделение Б

Подразделение А

Подразделение Д

G C F

B E

X Y

M L

N O I H

Рисунок 1.8 – Предсказуемость СПД

Для достижения предсказуемости в масштабируемой сети скорости кана-

лов передачи данных до вышестоящих узлов должны быть примерно равными.

Например, маршрутизатор C имеет одинаковые каналы связи до маршрутизато-

ров B и E, поэтому маршрутизатор C может использовать механизм баланси-

ровки трафика до сетей расположенных за маршрутизаторами B и E. Маршру-

тизаторы B и E являются точкой консолидации для маршрутизаторов уровня

доступа C, G и F.

Скорость каналов связи между маршрутизаторами B и E и маршрутизато-

рами A и D должна быть выше, чтобы иметь возможность беспрепятственно

передавать трафик между подразделениями корпорации.

Поскольку маршрутизаторы A и D выступают точкой консолидации по-

токов трафика от множества подразделений корпорации, фактически принадле-

жат ядру СПД, то каналы связи между ними должны иметь наивысшую про-

пускную способность.

Используя пути с равной стоимостью и пропускной способностью между

двумя любыми маршрутизаторами в сети, включается механизм балансировки

нагрузки. Если канал связи или маршрутизатор выходят из строя, в таблице

маршрутизации каждого маршрутизатора существует альтернативный маршрут

с той же стоимостью к сети получателю. Такой альтернативный путь ограничи-

вает время пересчетов маршрутов на маршрутизаторе менее чем к одной секун-

де, после того как он обнаруживает отказ канала связи.

Например, рассмотрим сеть, в которой маршрутизатор C использует аль-

тернативные маршруты до маршрутизатора X. Таблица маршрутизации марш-

рутизатора C содержит два маршрута до X в три перехода через маршрутизато-

ры B или E.

Если маршрутизатор D становиться недоступным, то таблица маршрути-

зации маршрутизатора C не изменяется. Каждый из маршрутизаторов B и E

имеет два лучших маршрута до маршрутизатора X, через маршрутизатор D или

A. Поэтому маршрутизаторы B и E не ищут альтернативный маршрут, посколь-

ку он уже присутствует в их таблице маршрутизации.

В результате получается предсказуемое движение трафика из одного сег-

мента сети в другой.

Допустим, корпорация решила продать свое подразделение Б другой ор-

ганизации, за исключением его части, которая находится за маршрутизатором

N (Рисунок 1.9).

Подразделение Б

Подразделение А

Подразделение Д

G C F

B E

X Y

M L

N O I H

Рисунок 1.9 –Гибкость СПД

Для организации связи с удаленным узлом N администраторам сети пере-

дачи данных потребуется:

– Организовать каналы связи между маршрутизатором N и маршрутиза-

торами B и E;

– После успешной организации новых каналов связи, отключить каналы

связи маршрутизатора N с маршрутизаторами M и L;

– Настроить NAT на маршрутизаторе N для трансляции адресов из адрес-

ного пространства подразделения A;

– Удалить каналы связи до маршрутизаторов J и K с других маршрутиза-

торов ядра сети (A, D, P, Q, X и Y);

– Заменить адреса удаленного узла N на адреса из адресного про-

странства подразделения A.

1.3 Введение в технологию подсетей и ее обоснование

Для выполнения требований применяемых архитектуре корпоративной

сети передачи данных применяются как технические, так и организационные

меры. Следует обратить особое внимание на разработку политики распределе-

ния адресного пространства корпорации, так называемый адресный план.

Для корпоративных сетей передачи данных, согласно RFC 1918, выделе-

ны частные сети из каждого класса A, B и C (Таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Зарезервированные адреса для частного использования

Класс сети Адресное пространство

A 10.0.0.0 – 10.255.255.255

B 172.16.0.0 – 172.31.255.255

C 192.168.0.0 – 192.168.255.255

В зависимости от текущего числа устройств в сети и предполагаемого ро-

ста этого числа в обозримом будущем, администратор выбирает один из пред-

ставленных диапазонов адресов.

Первоначально Internet имел двух уровневую иерархию: верхний уро-

вень – Internet в целом и уровень ниже это сети каждая со своим индивиду-

альным номером. В такой двух уровневой иерархии узел представлял всю

сеть как одиночный объект, «черный ящик», к которому подключено некото-

рое количество узлов.

Однако с усложнением внутренней структуры сети передачи данных по-

требовалось введение трех уровневой сетевой иерархии. Согласно RFC 950 был

введен третий уровень иерархии – подсеть.

Класс A Сеть Узел

Октет 1 2 3 4

Класс B Сеть Узел

Октет 1 2 3 4

Класс C Сеть Узел

Октет 1 2 3 4

Рисунок 1.10 – Сети классов A-C, сетевая и узловая части

Чтобы наиболее эффективно использовать имеющийся ограниченный

запас IP адресов, каждая сеть может быть разделена на подсети меньшего раз-

мера. На рисунке 1.10 показано разделение на сетевую и узловую части адресов

сетей разных классов.

Чтобы выделить подсеть, биты сетевого узла должны быть переназначе-

ны как сетевые биты посредством деления октета сетевого узла на части. Такой

механизм называют заимствованием битов. Процесс деления всегда начинается

с крайнего левого бита узла, положение которого зависит от класса сети.

Помимо повышения управляемости, создание подсетей позволяет сете-

вым администраторам ограничить широковещательные рассылки. Широкове-

щательные пакеты рассылаются всем узлам сети или подсети. Когда широкове-

щательный трафик начинает расходовать значительную часть доступной поло-

сы пропускания канала передачи данных, сетевой администратор должен при-

нять решение об уменьшении широковещательного домена.

Как и номера сетевых узлов в сетях класса A, B или C адреса подсетей

задаются локально. Каждый адрес подсети является уникальным. Использова-

ние подсетей никак не отражается на том, как внешний мир видит эту сеть, но

в пределах организации подсети рассматриваются как дополнительные струк-

туры.

Например, сеть 172.16.0.0 (Рисунок 1.11) разделена на 4 подсети:

172.16.0.0, 172.16.1.0, 172.16.2.0 и 172.16.3.0.

172.16.1.0 172 .16.2.0

172 .16.3.0

172.16.0.0

Рисунок 1.11 – Сеть 172.16.0.0 разделенная на четыре подсети

Маршрутизатор определяет сеть назначения, используя адрес подсети,

тем самым, ограничивая объем трафика в других сегментах сети.

С точки зрения адресации, подсети являются расширением сетевой ча-

сти IP адреса сетевого узла (Рисунок 1.12).