21.3 Завдання на роботу

+1. Для повнозв’язної топології чотирьох сайтів з локальними мережами (рис. 21.15) спроектуйте Frame Relay мережу з:

А) динамічним призначенням адрес;

В) підінтерфейсами.

Використайте протокол маршрутизації OSPF.

У розпорядженні є підмережа 10.v.0.0/16, де v – номер варіанта. Адреси мереж і інтерфейсів призначте самостійно.

Рисунок 21.15 - Топологія мережі для самостійної роботи

Зробіть скриншоти:

1. 4-х таблиць маршрутизацій для кожного маршрутизатора.

2. Команди розширеного пінга з будь-якого маршрутизатора для двох довільних пар комп’ютерів.

3. Результат виконання команди show frame-relay map для кожного маршрутизатора

2. Неповнозв’язні топології

У дизайнері, натиснувши праву кнопку на хмарі Frame Relay і вибравши пункт Set Frame Relay Parameters, можна відредагувати таблицю DLCI (рис. 21.16)

Рисунок 21.16 - Повнозв’язана топологія

і отримати різні неповнозв’язані топології. Розглянемо три: зірка (вилка) (рис. 21.17), літера П ) (рис. 21.18) і літера О (квадрат) (рис. 21.19).

Рисунок 21.17 - Топологія зірка (вилка)

Рисунок 21.18 - Топологія літера П

Рисунок 21.19 Топологія літера О (квадрат)

Спроектуйте Frame Relay мережу на рис. 21.15 з IP-адресами і топологією згідно свого варіанту у табл. 21.3.

Використовувати підінтерфейси згідно з пунктом 2.3 практичної частини. IP-адреси інтерфейсів і підінтерфейсів призначити самостійно. Використайте протокол маршрутизації OSPF.

Зробіть скріншоти:

1. 4 таблиці маршрутизацій для кожного маршрутизатора.

2. Команди розширеного пінга з будь-якого маршрутизатора для двох довільних пар комп’ютерів.

3. Результат виконання команди show frame-relay map для кожного маршрутизатора

Таблиця 21.3 - Варіанти завдань

Варіант	Топологія	Мережа
1	Рис. 6.17	1.1.0.0/16
2	Рис. 6.18	2.1.0.0/16
3	Рис. 6.19	3.1.0.0/16
4	Рис. 6.17	4.1.0.0/16
5	Рис. 6.18	5.1.0.0/16
6	Рис. 6.19	6.1.0.0/16
7	Рис. 6.17	7.1.0.0/16
8	Рис. 6.18	8.1.0.0/16
9	Рис. 6.19	9.1.0.0/16
10	Рис. 6.17	10.1.0.0/16
11	Рис. 6.18	11.1.0.0/16
12	Рис. 6.19	12.1.0.0/16

21.4 Контрольні запитання

1. Назвіть типи послідовних каналів зв’язку.

2. Де розташовується пристрій CSU/DSU і які функції воно виконує?

3. Що таке DTE і DCE?

4. Як DTE пов’язано з DCE?

5. Сформулюйте ідею мереж з комутацією пакетів МКП.

6. Що таке віртуальні ланцюга у МКП?

7. Назвіть типи МКП?

8. Які фізичні канали зв’язку використають МКП?

9. Як здійснюється доступ споживача до МКП?

10. Які технології передачі даних використаються у МКП?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №22

Віртуальні локальні мережі VLAN

22.1 Мета роботи

Засвоїти принципи написання та використання підпрограм, використання стеку в мові Assembler.

22.2 Теоретичні відомості

Локальні мережі в цей час прийнято будувати на підставі технології комутуємого Ethernet. Прагнуть мінімізувати число використаних концентраторів (хабів - hab) і використовувати переважно комутатори (свічі - switch). У комутаторі між одержувачем і передавачем на час з’єднання утворюється віртуальний канал (virtual circuit) точка-точка. Така мережа може бути розглянута як сукупність незалежних пар одержувач-передавач, кожна з яких використає всю смугу пропущення. Комутатор дозволяє здійснювати паралельну передачу інформації. Комутація зменшує ймовірність переповнення в мережах Ethernet.

Якщо комутатору необхідно передати пакет на якийсь вхідний порт, і цей порт зайнятий, то пакет міститься в буферну пам’ять. Це дозволяє погодити швидкості передавачів і одержувачів пакетів.

Для відправки фрейму використаються два методи:

Відправлення із проміжним зберіганням (store-and-forward). Пакет повинен бути прийнято повністю перш ніж буде почате його відправлення.

Наскрізний метод (cut-through). Комутатор приймає початок пакета, зчитує в ньому адреса пункту призначення й починає відправляти пакет ще до його повного отримання.

Ethernet-комутатор з’ясовує МАС адреси пристроїв у мережі шляхом читання адрес джерел у прийнятих пакетах. Комутатор запам’ятовує у своїх внутрішніх таблицях інформацію на які порти й з яких МАС адрес приходять пакети. При підключенні до одного порту декількох пристроїв через концентратор (hub) у таблиці одному порту буде відповідати декілька MAC- адрес. Таблиці зберігаються в пам’яті, адресуємої за змістом (content-addressable memory, CAM): якщо адреса відправника відсутня у таблиці, то вона туди заноситься. Поряд з парами адреса-порт, у таблиці зберігається й мітка часу. Мітка часу у рядку таблиці змінюється при приході на комутатор пакета з такою же адресою. Якщо рядок таблиці не використався у певному періоді часу, то він знищується. Це дозволяє комутатору підтримувати правильний список адрес пристроїв для передачі пакетів.

Використовуючи CAM-таблицю, комутатор організує віртуальне з’єднання порту відправника з портом одержувача і передає пакет через це з’єднання.

Віртуальне з’єднання між портами комутатора зберігається протягом передачі одного пакета, тобто для кожного пакета віртуальне з’єднання організується заново на основі адреси одержувача, що містить в цьому пакеті.

Оскільки пакет передається тільки в той порт, до якого підключено адресат, інші пристрої підключені до комутатора, не отримать цей пакет.

У комутаторах Ethernet передача даних між будь-якими парами портів відбувається незалежно й для кожного віртуального з’єднання виділяється вся смуга каналу.

При передачі широкомовного пакета, у комутаторі утвориться «вєєр» каналів за принципом один до багатьох. Прикладами джерел широкомовного трафіка є ARP і маршрутизуючі протоколи.

Комутатори можна з’єднати один з одним. При цьому група попарно прямо або побічно зв’язаних комутаторів утворює один логічний комутатор з теоретично довільним числом портів. Тобто комутатори дозволяють створювати теоретично як завгодно більшу локальну мережу. Правильне з’єднання комутаторів, тобто вибір топології мережі становить одну з найважливіших завдань проектування локальних мереж.

Рекомендується здійснювати з’єднання комутаторів по шарам (рис. 22. 1): серверний шар, шар розподілу (distribution) і шар доступу (access). Рядові комп’ютери підключаються до слою доступу, а сервера до серверного слою.

Рисунок 22.1 - З’єднання комутаторів по шарам

Головною перешкодою для створення великих локальних мереж за допомогою одних тільки комутаторів є нелінійний ріст обсягу широкомовного трафіка з ростом числа пристроїв у мережі. При числі пристроїв у мережі більш, ніж 2000 (за іншими оцінками 500 – все залежить від топології мережі й класу розв’язуємих завдань) обсяг широкомовного трафіка різко зростає. Додавання нових пристроїв різко знижує продуктивність мережі.

Наприклад, якщо в мережі з декількох тисяч пристроїв один з комп’ютерів A уперше здійснює IP з’єднання з іншим комп’ютером B у цій мережі, то він повинен попередньо послати до усіх пристроїв мережі широкомовного ARP-запит для визначення MAC-адреси комп’ютера B.

Локальна мережа, створена за допомогою одних тільки комутаторів представляє один домен широкомовлення. Зменшити домен широкомовлення можна, фізично розділивши локальну мережу на незалежні підмережі (незалежні групи попарно зв’язаних комутаторів) і з’єднати їх у єдине ціле з використанням маршрутизаторів. Таке завдання можна вирішити тільки на етапі побудови мережі, але не в момент її експлуатації. Тут на допомогу приходять віртуальні локальні мережі VLAN (virtual local area network).

Віртуальна локальна мережа VLAN являє собою сукупність портів одного або більше комутаторів (рис. 22. 2).

Рисунок 22.2 - Віртуальна локальна мережа VLAN

VLAN дозволяють логічно розбити вхідну локальну мережу на кілька незалежних локальних мереж без фізичного обриву мережних з’єднань. Для цього адміністратор мережі повинен на кожному комутаторі призначити, які його порти ставляться до якої VLAN. За умовчанням усі порти комутатора ставляться до однієї VLAN з номером 1. Максимальне число VLAN у комутаторі дорівнює загальному числу його портів. Правильна розбивка локальної мережі на VLAN становить одну з найважливіших завдань проектування.

VLAN поводяться так само, як і фізично розділені локальні мережі. Тобто після розбивки мережі на VLAN отримаємо кілька локальних мереж, які далі необхідно об’єднати в єдине ціле за допомогою маршрутизації на третьому мережному рівні.

Концепція VLAN, крім рішення проблеми із широкомовним трафіком дає також ряд додаткових переваг: формування локальних мереж не по місцю розташування найближчого комутатора, а по приналежності комп’ютерів до рішення того або іншого виробничого завдання; створення мережі по типу потрибуємого обчислювального ресурсу й необхідної серверної послуги (файл-сервер, сервер баз даних). VLAN дозволяють вести різну політику безпеки для різних віртуальних мереж; переводити комп’ютер з однієї мережі в іншу без здійснення фізичного переміщення або перепідключення.

Для обміну інформацією про VLAN комутатори використають магістральний (транковий) протокол. Для здійснення обміну інформацією про VLAN між комутаторами необхідно створити магістральні порти. Магістральний порт це порт, використаний для передачі інформації про VLAN в інші мережні пристрої, приєднані до цього порту. Звичайні порти не рекламують інформацію про VLAN, але будь-який порт може бути настроєний для прийому/передачі інформації про VLAN. Необхідно активізувати магістральний протокол на потрібних портах, тому що він видалений за умовчанням.

Порт комутатора працює або в режимі доступу або в магістральному режимі. Відповідно зв’язок (link), приєднаний до порту є або зв’язком доступу або магістральним зв’язком. У режимі доступу порт належить тільки однієї VLAN. Порт зв’язку доступу приєднується до кінцевого пристрою: ПК, робочої станції, серверу, хабу. Фрейми, що проходять через порт доступу, є звичайними Ethernet фреймами.

Магістральні зв’язки здатні підтримувати декілька VLAN. VLAN на різних комутаторах зв’язуються через магістральний протокол. Магістральні порти не належать певної VLAN і використаються для приєднання до інших комутаторів, маршрутизаторів або серверів, що мають мережні адаптери з можливістю для підключення до багатьох VLAN.

Магістралі можуть розширити VLAN по усій мережі. Для магістральних цілей призначають високошвидкісні порти комутаторів: Gigabit Ethernet и 10Gigabit .

Для мультиплексування трафіка VLAN існують спеціальні протоколи, що дозволяють прийомним портам визначити, якій VLAN належить пакет. Для зв’язку між пристроями Cisco використовується протокол Inter-Switch Link (ISL). При наявності в мережі встаткування декількох виробників застосовується протокол IEEE 802.1Q

Без магістральних зв’язків для підтримки VLAN повинно бути організоване по одному зв’язку доступу для кожної VLAN. Такий підхід дорогий і неефективний, тому магістральні зв’язки абсолютно необхідні при проектуванні локальних мереж.

На рис. 22.3 порти А і В на комутаторі Y визначені як зв’язки доступу на одній і тій VLAN 200. По визначенню вони можуть належати тільки одній VLAN і не можуть отримувати ethernet фрейми, що містять ідентифікатор VLAN. Наприклад, коли Y отримує трафік від порту А до порту В, то він не додає ISL заголовок у ethernet фрейми.

Рисунок 22.3 - Магістральні зв’язки для підтримки VLAN

Порт С на комутаторі Z також є портом доступу й також належить до VLAN 200. Якщо порт А пересилає фрейм у порт С, то відбувається наступне:

1. Комутатор Y отримує фрейм і, зіставляючи номер порту призначення з номером VLAN, визначає його як трафік, спрямований до VLAN 200 на іншому комутаторі.

2. Комутатор Y додає до фрейму ISL заголовок з номером VLAN і пересилає фрейм через проміжний комутатор на магістральний зв’язок.

3. Цей процес повторюється на кожному комутаторі по шляху фрейму до кінцевого порту С.

4. Комутатор Z отримує фрейм, видаляє ISL заголовок і надсилає фрейм на порт С.

Якщо порт перебуває в магістральному режимі, то він може бути настроєний або для транспорту усіх VLAN або обмеженої множини VLAN. Магістральні зв’язки використаються для зв’язку комутаторів з іншими комутаторами, маршрутизаторами чи з серверами, що мають підтримку VLAN.

Відповідно до базової термінології магістраль це зв’язок точка-точка, що підтримує декілька VLAN. Метою магістралі є збереження номерів портів при створенні зв’язку між двома пристроями, що утворять VLAN.

Верхня фігура на рис. 22.4 показує спосіб створення VLAN шляхом використання двох фізичних зв’язків між комутаторами (по однієї на кожну VLAN). Це рішення погано масштабується: при додаванні третього VLAN слід пожертвувати ще двома портами. Це рішення неефективно й у сенсі поділу навантаження: малий трафік на деяких зв’язках може не коштувати окремого зв’язка. На нижній фігурі один фізичний зв’язок здатний нести трафік для будь-якої VLAN. Для досягнення цього комутатор Sa так оформлює фрейми, що Sb знає, на яку VLAN вони надсилаються. Для такого оформлення пакетів використаються або стандарт IEEE 802.1Q або Cisco протокол ISL (Inter-Switch Link).

Рисунок 22.4 - VLAN без і з Магістральними зв’язками

Для великих мереж ручна конфігурація VLAN стає досить трудомістким завданням. Cisco VLAN Trunk Protocol (VTP) служить для автоматичного обміну інформації про VLAN через магістральні порти. Перевагою використання VTP є те, що можна контролювати додавання, видалення або зміну мереж VLAN з комутаторів на якому створені VTP сервера. Після настроювання комутаторів як VTP серверів, інші комутатори мережі можуть бути настроєні як клієнти, які тільки отримують VLAN інформацію. Недоліком є непотрібний трафік, створюваний на магістральних портах для пристроїв, яким можливо не потрібна ця інформація.

Якщо мережа буде містити багато комутаторів, що містять багато віртуальних мереж, розташованих у різних комутаторах, можливо, має сенс використовувати VTP. Якщо мережа залишиться досить статичною, і VLAN не буде додаватися або змінюватися стосовно початкової конфігурації, то краще використовувати статичне визначення віртуальних мереж.

У топології локальних мереж можливі цикли (петлі). Наприклад, вже три комутатори з’єднаних один з одним по колу утворять цикл у топології. Петлі приводять до неоднозначності при визначенні шляху від джерела пакетів до одержувача. Для рішення цієї серйозної проблеми був розроблено протокол сполучного дерева STP (spanning tree protocol). Для графа топології кожної VLAN, що визначена в мережі, будується мінімальне покриваюче дерево (граф без циклів) з вершиною в деякому комутаторі. Для фізичної реалізації таких дерев STP переходить надлишкові порти в стан блокування. Розрахунок дерев виробляється паралельно на усіх комутаторах. Далі пакети в VLAN ідуть тільки по шляхах, певних у побудованих покриваючих деревах. При зміні топології, активації/зупинці портів відбувається перерахування покриваючих дерев.

Для створення топології сполучного дерева існують спеціальні фрейми, названі модулями даних мостового протоколу (bridge protocol data units, BPDU). Ці фрейми надсилаються й приймаються усіма комутаторами в мережі через рівні проміжки часу.