Технологии коммутации
Мостовые соединения (bridging) являются фундаментальной частью стандартов для локальных сетей IEEE. Мост был разработан с целью уменьшения количества коллизий в локальных сетях, которые изначально использовали разделяемую среду передачи, увеличения диаметра сети, а также поддержки различных протоколов сетевого уровня. Мост делил локальную сеть на два (или более) сегмента и выполнял фильтрацию кадров на основе их МАС-адресов назначения. Прежде чем переслать кадры из одного сегмента в другой, он анализировал их и передавал только в том случае, если такая передача действительно была необходима, то есть МАС-адрес рабочей станции назначения принадлежал другому сегменту.
Стандарты IEEE определяют мостовые соединения для всех технологий локальных сетей. Например, в сетях Token Ring используется алгоритм мостовой передачи с маршрутизацией от источника (source route bridging), определенный в Секции 9 стандарта IEEE 802.2, в сетях Ethernet используется алгоритм прозрачного моста (transparent bridge), который определен стандартом IEEE 802.1D.
В настоящее время основным строительным блоком для создания локальных сетей являются коммутаторы (коммутаторы Ethernet, т.к. Ethernet является основной технологией локальных сетей). Коммутатор представляет собой многопортовый мост и также функционирует на канальном уровне модели OSI. Основное отличие коммутатора от моста заключается в том, что он производительнее, может устанавливать одновременно несколько соединений между разными парами портов и поддерживает множество дополнительных возможностей, отвечающих общепринятым стандартам. Наиболее распространенными и широко используемыми в настоящее время функциями коммутаторов являются:
- виртуальные локальные сети (VLAN);
- семейство протоколов Spanning Tree – IEEE 802.1D, 802.1w, 802.1s;
- статическое и динамическое по протоколу IEEE 802.1ad агрегирование каналов Ethernet;
- обеспечение качества обслуживания QoS;
- функции обеспечения безопасности, включая аутентификацию 802.1Х, функции Port Security, IP-MAC-Port Binding и т.д.;
- SNMP-управление и др.
Помимо перечисленных функций коммутаторы могут поддерживать протоколы маршрутизации и играть роль маршрутизаторов локальной сети. В этом случае их называют коммутаторами 3-го уровня.
5.2.6 Изменение топологии
Коммутатор отправляет BPDU с уведомлением об изменении топологии (Topology Change Notification BPDU, TCN BPDU) в случае возникновения одного из следующих событий:
- порт, находившийся в состоянии «продвижение» или «прослушивание», переходит в состояние «блокировка» (в случае проблем с каналом связи);
- порт переходит в состояние «продвижение», но коммутатор уже имеет назначенный порт;
- некорневой мост получает сообщение TCN на свой назначенный порт.
TCN BPDU отправляется коммутатором в тот сегмент сети, к которому подключен его корневой порт. Эти BPDU будут передаваться через интервал Hello до тех пор, пока коммутатор не получит подтверждение Topology Change Notification Acknowledgement (TCNACK) от вышестоящего коммутатора. Соседний коммутатор продолжит трансляцию TCN BPDU через свой корневой порт в направлении корневого моста сети, используя такую же процедуру. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока TCN BPDU не достигнет корневого моста.
Когда корневой мост получает TCN BPDU или сам изменяет топологию, он
устанавливает во всех передаваемых конфигурационных BPDU флаг изменения топологии (Topology Change, TC) на период времени, равный сумме значений таймеров Forward Delay и Max. Age. Когда нижележащие коммутаторы получат конфигурационные BPDU с флагом Topology Change, они установят значения таймеров старения записей адресных таблиц
(Aging Timer) равными длительности таймера задержки передачи Forward Delay.
Управляемые коммутаторы D-Link при настройке функции STP позволяют включать и отключать на каждом порте возможность приема TCN BPDU с помощью параметра restricted_tcn. По умолчанию параметр restricted_tcn отключен. Использование данного параметра позволяет избежать сетевых атак, связанных с отправкой ложных пакетов TCN
По умолчанию протокол STP на коммутаторах D-Link отключен.
5.3 Rapid Spanning Tree Protocol
Протокол Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) является развитием протокола STP и в настоящее время определен в стандарте IEEE 802.1D-2004 (ранее был определен в стандарте IEEE 802.1w-2001). Он был разработан для преодоления отдельных ограничений протокола STP, связанных с его производительностью. Протокол RSTP значительно ускоряет время сходимости коммутируемой сети за счет мгновенного перехода корневых и назначенных портов в состояние продвижения.
RSTP может работать с оборудованием, поддерживающим STP, однако все преимущества от его использования будут потеряны.
Основные понятия и терминология протоколов STP и RSTP одинаковы. Существенным их отличием является способ перехода портов в состояние продвижения и то, каким образом этот переход влияет на роль порта в топологии. RSTP объединяет состояния Disabled, Blocking и Listening, используемые в STP, и создает единственное состояние
Discarding (Отбрасывание), при котором порт не активен.
5.3.1 Роли портов
Выбор активной топологии завершается присвоением протоколом RSTP
определенной роли каждому порту. Эти роли следующие:
- корневой порт (Root Port);
- назначенный порт (Designated Port);
- альтернативный порт (Alternate Port);
- резервный порт (Backup Port).
Корневой порт – это порт коммутатора, который имеет по сети кратчайшее расстояние (в терминах стоимости пути) до корневого коммутатора.
Порт является назначенным, если он посылает BPDU с наилучшими параметрами в тот сегмент, к которому подключен.
Роли «корневой порт» и «назначенный порт» включают порт в активную топологию.
В RSTP существуют две дополнительные роли – альтернативный порт (Alternate) и резервный порт (Backup), соответствующие состоянию «Заблокирован» в STP и исключающие порт из активной топологии.
Альтернативный порт предлагает альтернативный основному маршруту путь в направлении корневого моста и может заменить корневой порт в случае выхода его из строя.
Резервный порт предназначен для резервирования пути, предоставляемого назначенным портом в направлении сегментов сети, и не может гарантировать альтернативное подключение к корневому мосту. Резервные порты существуют только в конфигурациях, где есть два или более соединения данного моста с данной сетью (сегментом сети).
Изменение топологии
Коммутатор отправляет BPDU с уведомлением об изменении топологии (Topology Change Notification BPDU, TCN BPDU) в случае возникновения одного из следующих событий:
· некорневой мост получает сообщение TCN BPDU на свой назначенный порт;
· после истечения времени, определенного таймером Forward Delay, порт переходит в состояние Forwarding, но коммутатор уже имеет назначенный порт для данного сегмента;
· порт, находившийся в состоянии Forwarding или Listening, переходит в состояние Blocking (в случае проблем с каналом связи);
· коммутатор становится корневым мостом.
TCN BPDU отправляется коммутатором в тот сегмент сети, к которому подключен его корневой порт. Эти BPDU будут передаваться через интервал Hello Time до тех пор, пока коммутатор не получит подтверждение Topology Change Notification Acknowledgement (TCN- ACK) от вышестоящего коммутатора. Соседний коммутатор продолжит трансляцию TCN BPDU через свой корневой порт в направлении корневого моста сети, используя такую же
процедуру. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока TCN BPDU не достигнет корневого моста.
Когда корневой мост получает TCN BPDU или сам изменяет топологию, он устанавливает во всех передаваемых конфигурационных BPDU флаг изменения топологии (Topology Change, TC) на период времени, равный сумме значений таймеров Forward Delay и Max Age. Когда нижележащие коммутаторы получат конфигурационные BPDU с флагом Topology Change, они установят значения таймеров старения записей адресных таблиц (Aging Timer) равными длительности таймера задержки передачи Forward Delay.
Рис. 5.5. Процесс уведомления об изменении топологии
Управляемые коммутаторы D-Link при настройке функции STP позволяют включать и отключать на каждом порте возможность приема TCN BPDU с помощью параметра restricted_tcn. По умолчанию параметр restricted_tcn отключен. Использование данного параметра позволяет избежать сетевых атак, связанных с отправкой ложных кадров TCN BPDU.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: