IT_420 Komunikační technologie a služby

Transkript

1 KIT VŠE v Praze IT_420 Komunikační technologie a služby Téma 8: Aktivní prvky a propojování sítí Verze 1.3 Jandoš, Matuška

2 Obsah Aktivní prvky Prvky využívané pro vytvoření struktury sítě a pro spojování sítí 1. vrstva opakovače, rozbočovače (použití v LAN sítích např. dle 802.3) 2. vrstva můstky, přepínače (např. v LAN sítích dle 802.3), specifickými přepínači (např. ATM) se nezabýváme 3. vrstva směrovače (použití v LAN i WAN) Propojování sítí Na 1., 2. a 3. vrstvě Na vyšších vrstvách IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 2

3 Propojování sítí Internetworking Propojení několika sítí, v němž se propojené sítě chovají jako jedna transparentní síť (=internetwork) Různé úrovně propojení dle funkčnosti propojovacího (aktivního) prvku Členění způsobu propojení (a používaných aktivních prvků) dle úrovně OSI modelu (1.- 3., vyšší) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 3

4 Propojování sítí Dvě sítě (LAN, MAN, WAN) existující samostatně lze propojit, např.: Izolované sítě různých útvarů v podniku Sítě různých budou poboček stejného podniku Přenosové a veřejné transportní sítě Důvody: nutnost spolupráce, sdílení dat a aplikací, síťový efekt? IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 4

5 Propojování sítí Propojovací síť 1 (např. telekomunikační operátor) Podnik A Podnik B Síť oddělení 1 F Síť oddělení 2 C D E A C H I G B A Propojovací síť 2 C Propojování v lokálním i globálním měřítku Důležité jsou aktivní propojovací prvky IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 5

6 Propojování sítí - LAN Síť se skládá z různě propojených částí, segmentů Segment = úsek média sloužící pro propojení prvků sítě. Max. délky segmentů LAN jsou definovány jednotlivými standardy a jsou závislé na druhu media. Typy vysílání v síti LAN: Unicast rámec určen pouze jednomu příjemci Broadcast (všesměrové vysílání) rámec určen všem příjemcům na síti. Použití např. k získání MAC adresy neznámého uzlu, nalezení příjemce na síti a podobně. Je nutný a nelze se mu zcela vyhnout, i když řadu příjemců data nezajímají a zbytečně zatěžují přenosové pásmo Multicast broadcast pouze pro skupinu uživatelů, obtížněji se implementuje a v určité formě je to opět přenosově nevýhodný broadcast IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 6

7 Propojování na 1. vrstvě (P1) (1) Zařízení pro propojování na 1. vrstvě Zesiluje úroveň signálu tak, aby se mohl rozšířit dále po fyzickém médiu Neprovádí žádné rozhodování dle obsahu dat (či adres), tj. propouští všechna data (včetně kolizí a broadcastů). 7. Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 2. Spojová 7. Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 2. Spojová 1. Fyzická LAN segment 1. Fyzická 1. Fyzická LAN segment IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 7

8 P1 (2) Použití v rozsahu LAN či na dlouhých přenosových trasách Rozšiřuje segment LAN. Segmenty propojené zařízeními 1. vrstvy se jako celek chovají stále jako jeden segment ( kolizní doména ) Propojování různých přenosových médií (např. UTP, koaxiální kabel, optika) nebo rychlostí (10/100 Mbit/s) stejné metody MAC Zařízení: Opakovač (repeater) Víceportový opakovač, tzv. rozbočovač (hub) Zařízení kopíruje ( opakuje ) data ze vstupního portu na všechny své ostatní porty (rozhraní) Přítomnost zařízení je pro ostatní uzly transparentní Zařízení je laciné a snadno se instaluje, nevyžaduje nutně konfiguraci, neprovádí žádnou filtraci dat IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 8

9 P1 (3) A B Stanice A chce poslat rámec stanici B 1 Signál se šíří po celé sběrnici ke všem stanicím, opakovač pouze zesílí a zkopíruje signál na další segment sítě 1 A B Rozbočovač šíří signál na všechny porty IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 9

10 P1 - Kolizní doména (4) Kolizní doména Je množina stanic (tj. část sítě nebo celá síť), jejichž vysílání může vést ke kolizi (pokud se současně snaží vysílat více stanic). Je to část sítě, která kromě stanic obsahuje pouze prvky 1.vrstvy (protože ty kolize propouštějí) a je ohraničena nejbližšími prvky 2. (a případně 3.) vrstvy. V kolizní doméně se kolize šíří všemi směry a do všech jejích segmentů. Od určité velikosti kolizní domény mohou kolize výrazně snížit využití sítě a je potřeba kolizní doménu rozdělit na menší kolizní domény (použitím prvků 2. vrstvy). Propojovací prvek (použitý pro toto rozdělení) pak musí též vědět, kde (kterým směrem) se daná stanice v LAN nachází, (aby mohl data poslat do správné domény). Toto umí prvky od 2. vrstvy výše. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 10

11 Propojování na 2. vrstvě P2 (1) Zařízení pro propojování na 2. vrstvě Provádí analýzu rámců MAC vrstvy, zejména MAC adres Předává rámec pouze na to výstupní rozhraní (port), kde se cílová stanice nachází Je transparentní vůči zařízením a protokolům 3. vrstvy, tj. stanice jej nemusí přímo adresovat 7. Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 2. Spojová 1. Fyzická LAN segment 2. Spojová Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 2. Spojová 1. Fyzická LAN segment IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 11

12 P2 (2) Použití v sítích LAN a MAN Zařízení: Můstek (bridge) Přepínač (switch) Zařízení si sleduje, jaké stanice jsou připojeny na daném rozhraní v tzv. přepínací tabulce samoučící proces: U příchozího rámce si zapamatuje do tabulky adresu odesílatele a rozhraní, ze kterého rámec přišel Pokud přijde rámec s touto adresou jako cílovou, podle tabulky se předá na odpovídající rozhraní Pokud zařízení adresu ještě nezná, pošle rámec na všechna rozhraní Základní funkce zařízení - filtruje provoz podle MAC adres, tj. pošle rámec pouze na to rozhraní na kterém je připojena adresovaná stanice. Nepropouští na své porty kolize. Tak částečně omezuje zahlcení sítě. Propouští však broadcast rámce ( rozmnožením na všechny své porty). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 12

13 P2 (3) Zařízení spojuje více segmentů do jedné logické sítě (každý segment je zvláštní kolizní doména) Zařízení nepoužívá cesty v síti (sítové adresy 3. vrstvy), sleduje jen koncové MAC adresy (v LAN) Rozšiřující funkce zařízení Specifické filtry (přístup pouze na některé adresy, některé porty, blokování stanic ) Virtuální sítě VLAN (členění LAN do více logických sítí, mezi kterými je omezená komunikace), stanice ve více fyzických LAN jsou v jedné logické LAN Prioritizace provozu dle IEEE 802.1p IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 13

14 P2 zpracování rámců (1) Zpracování Store & Forward Rámec je celý načten do paměti Je zkontrolována integrita (FCS, CRC) Předání na cílový port se provede až poté Relativně pomalejší zpracování Zpracování Cut-through Rámec je ihned po zjištění cílové adresy předán na cílový port bez zdržení Možnost šíření chybných paketů, nelze provést ověření integrity (FCS, CRC), rychlejší zpracování IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 14

15 P2 zpracování rámců (2) Zpracování (přepínání) v software Univerzálnější možnosti fungování, možnost použít běžný hardware (CPU, sběrnice, paměti) Není optimalizováno z hlediska sítě, pomalejší přepínání Zpracování (přepínání) v hardware Specifický zákaznický obvod ; vyplatí se u širokého použití jedné technologie (např. Ethernet) Velmi rychlé přepínání, malé zpoždění IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 15

16 P2 zpracování rámců (3) Přepínač (switch): přepínání v hardware (rychlejší), každý port má k dispozici plnou rychlost média (wire-speed), schopen přepínání cut-through i store and forward, typický větší počet portů, typicky pouze pro 802.3, rozšiřující moderní funkce, např.: podpora virtuálních sítí VLAN dle 802.1q prioritizace provozu dle 802.1p (různé nakládání s různými daty) řízení toku 802.3x (přetížené zařízení může požádat okolí o pozastavení vysílání) sdružování spojů dle 802.3ad (násobení přenosové kapacity mezi dvěma místy, celek se tváří jako jeden spoj) podpora multicastu atd. Můstek (bridge): pouze softwarové přepínání (pomalejší), celý můstek má wire-speed (ne každý port), pouze store and forward přepínání, typický menší počet portů, propojování řady různých LAN technologií (802.3, 802.4) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 16

17 P2 zpracování rámců (4) Stanice A chce poslat rámec stanici B A B Signál se šíří pouze po jedné sběrnici a není můstkem šířen dále 2 2 A B Přepínač šíří signál pouze na správný cílový port IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 17

18 P2 - charakteristiky Charakteristiky můstku/přepínače: Počet a druh (MAC technologie) portů Celkový přenosový a filtrační výkon (rámce/s) Podpora pokročilých rozšiřujících funkcí (VLAN, priority aj.) Možnost řízení (např. přes SNMP) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 18

19 P2 můstek (1) Můstek (bridge) Transparentní: nejčastěji používaný, pracuje se stejnou metodou MAC ( např ) na všech portech. Pouze tím se zabýváme. Překladový: spojuje LANy s různými MAC technologiemi (např. Ethernet a Token Ring) Obalovací: zejména v páteřové topologii, kde upraví rámec pro přenos po páteři (např. FDDI) a rekonstruuje pro koncové segmenty Vzdálený: dva půlmůstky spojené jiným telekomunikačním spojem (WAN), spojení vzdálených LAN jako by byly u sebe IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 19

20 P2 můstek (2) Kaskádní topologie Páteřová topologie Hvězdová topologie IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 20

21 P2 přepínač (1) A B C D Přepínač vytváří stanicím na každém portu individuální přenosové pásmo bez nutnosti jeho sdílení s počítači na jiných portech (při zachování komunikace mezi porty). Spojení k přepínači může být i plně duplexní vyžaduje zvláštní pár vodičů pro každý směr přenosu. Na stanici je pak potřeba síťová karta s podporou PD. Uvnitř přepínače se rámce přepojují bez kolizí plnou rychlostí každého portu 2 Přepínač (switch) Stanice A posílá rámce na C Stanice B posílá rámce na D Všichni mohou komunikovat zároveň, médium není sdílené ( mikrosegmentace sítě) Přepínač sleduje, jaká stanice je na kterém portu připojená Zařízení dynamicky přepojuje rámce na cílový port podle cílové adresy v hlavičce rámce Data z různých portů spolu nesoupeří, přepínač zajistí bezkolizní průchod z jednoho portu na druhý IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 21

22 Přepínače: P2 přepínač (2) Symetrické (všechny porty stejné rychlosti) Asymetrické (několik portů je rychlejších než ostatní - pro sdružená spojení směrem k páteři nebo výstupnímu bodu) Členění přepínačů do kategorií: Dle rychlosti nejrychlejšího portu Dle celkového počtu portů přepínače Dle rychlosti většiny portů kategorie Malé Střední Vyšší Počet portů 10,100 Mbit/s >100 Počet portů 1Gbit/s 1-2 >20 IT_420 Komunikační technologie a služby téma

23 P2 přepínač (3) Kritérium Cena Počet portů 10/100 Mbit/s Počet portů 1 Gbit/s Počet modulů pro sloty Propustnost přepínacího jádra Počet adres v přepínací tabulce Paměť bufferu paketů Spravovatelnost (SNMP) Podpora VLAN (802.1q) QoS prioritizace, frontování (802.1p) Port Trunking (agregace portů) Příklad hodnoty Kč 4/ Gb/s kb Ano Ano Ano Ano IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 23

24 P2 všesměrová doména Broadcast (všesměrová) doména: Množina stanic, na něž jsou předávány rámce všesměrového (broadcast) vysílání vyslané jinou stanicí v této doméně Část sítě (nebo celá síť), kde dochází k všesměrovému šíření rámců určených všem stanicím. Bez těchto rámců by síť nefungovala (záležitost 2. vrstvy). Část sítě (či síť) využívající k propojení pouze prvky 1. a 2. vrstvy (je ohraničena nejbližšími prvky 3. a vyšší vrstvy). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 24

25 Kolizní a broadcast domény Broadcast doména Broadcast doména 2. vrstva Kolizní doména vrstva vrstva Broadcast doména 1 Kolizní doména IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 25

26 P2 všesměrová doména Broadcasty omezují od určitého počtu stanic v doméně pásmo pro ostatní provoz a je potřeba síť (všesměrovou, broadcastovou doménu) rozdělit na více částí. Z důvodu zachování dorozumění mezi všemi uzly sítě i bez broadcastů musí propojovací prvek zvládnout sofistikovanější způsob komunikace znát cesty do jednotlivých sítí (tj. použití prvků 3. vrstvy) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 26

27 P2 - shrnutí Výhody propojení na 2. vrstvě Transparence zařízení pro propojení na 2. vrstvě k protokolům vyšších vrstev ( tj. tyto protokoly nemusí tato zařízení adresovat) Tvorba jednotné logické sítě, stanici lze po celé síti přemístit bez změny adresy Oddělení kolizních domén (u CSMA/CD) Nevýhody propojení na 2. vrstvě Nezabraňuje zahlcení sítě broadcasty (musí je šířit na všechny porty), nebezpečí zahlcení (flood) Pokud je síť velmi rozsáhlá, pak je obtížněji spravovatelná (než s prvky na 3. vrstvě) Nelze (u některých modelů zařízení) využívat násobné cesty, rozkládání zátěže IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 27

28 P2 - trendy Základní trend ve 2. vrstvě: Můstky jsou nahrazovány přepínači (zejména Ethernetovými) => přechod k přepínanému Ethernetu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 28

29 P2 - sdílený x přepínaný Ethernet (1) Sdílený Ethernet (dle 802.3) Původní návrh Sběrnicová topologie Medium koaxiální kabel, UTP Poloviční duplex Celá sdílený segment sítě sdílí 1*10 Mbit/s (resp. 100/1000/ Mbit/s) Používání můstků na 2. vrstvě (zejména pro zvětšení rozsahu sítě) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 29

30 P2 - sdílený x přepínaný Ethernet (2) Přepínaný Ethernet (dle 802.3) Je dalším vývojem Fyzická stromová topologie Medium UTP, optické vlákno Poloviční duplex => plný duplex Používání přepínačů na 2. vrstvě (proto přepínaný Ethernet ) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 30

31 P2 - sdílený x přepínaný Ethernet (3) Přepínaný Ethernet Stromová topologie typicky kombinovaná s hierarchií rychlostí Přepínače někdy nahrazují prvky 1. vrstvy (rozbočovače) pro oddělení kolizních domén Přepínaný Ethernet zvyšuje výkonnost sítě (oproti sdílenému) Segmentace sítě na N menších části (odpovídajících počtu portů přepínače), každá má k dispozici celé přenosové pásmo, tj. celkem je v síti N*10 Mbit/s (resp. 100/1000/ Mbit/s) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 31

32 P2 - sdílený x přepínaný Ethernet (5) Příklad hierarchizace rychlostí ve stromové topologii Ethernetu na vyšší úroveň je realizován sdružený spoj o vyšší kapacitě. I když budou všechny stanice komunikovat najednou, je pro ně připravena přenosová kapacita 2 Jiné sítě Gbit 1 Gbit 100 Mbit 10 Mbit Rozumná úroveň agregace portů nižší úrovně do rychlejšího spoje zajistí, že nedojde k jeho zahlcení IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 32

33 P2 - sdílený x přepínaný Ethernet (6) Rychlé prvky (typicky 1 Gbits) se využívají zejména pro: Vytvoření tzv. collapsed backbone ( stažené páteře ) tvořené nejvyšším přepínačem Spojení přepínačů Připojení výkonných serverů Použitím přepínače, kde je každé zařízení připojeno na zvláštní port plným duplexem, se zcela vyloučí kolize (metoda CSMA/CD se pak neuplatní) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 33

34 P2 - sdílený x přepínaný Ethernet (7) Vysvětlivky: FD (full duplex) na všech spojích probíhá komunikace v režimu plného duplexu Stanice (PC) FD Stanice (PC) FD 2 FD Server Připojený uzel (stanice, server nebo tiskárna) a přepínač komunikují každý na jiném páru vláken (=na jiném fyzickém médiu) a nedochází tak ke kolizím. FD Síťová tiskárna FD Stanice (PC) FD Stanice (PC) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 34

35 Propojování na 3. vrstvě (P3) Zařízení propojuje sítě LAN, MAN, WAN Dle analýzy síťových adres v paketech je zařízení schopno směrování a hledání cest ve složité síti, vybírá optimální přenosové cesty. Tato zařízení si vyměňují směrovací informace 7. Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 7. Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 2. Spojová 1. Fyzická 3. Síťová 3. Síťová Spojová Fyzická LAN segment LAN segment IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 35

36 P3 směrovač (1) Zařízení: Směrovač (router) L3 přepínač (L3 switch, přepínač na 3. vrstvě) Udržuje si směrovací tabulku cest do různých sítí, kterou je schopno aktualizovat, vybírat variantní cesty a rozkládat zátěž Je složitější a dražší než zařízení 2. vrstvy, zpracování trvá déle, musí podporovat různé MAC technologie a protokoly 3. vrstvy Je však schopno zvládnout řízení provozu ve velmi složitých a rozlehlých topologiích viz globální rozsah TCP/IP Internetu Není transparentní, uzly musí směrovač přímo adresovat (v případě, že chtějí poslat data do jiné sítě na 3. vrstvě) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 36

37 P3 směrovač (3) Směrovač spojuje různé sítě (LAN, WAN, MAN) do jediné ( internetu ), nicméně každá síť zůstává samostatnou podsítí s vlastní adresou sítě (u LANu samostatnou broadcastovou doménou) Mezi podsítěmi se nešíří broadcastové bouře a data, která nejsou do dané sítě přímo adresována Adresa stanice (uzlu) v 3. vrstvě se skládá z: Adresy sítě (viz výše), směrovač hledá cesty pouze podle této adresy (rozdíl oproti 2. vrstvě) Adresy stanice v této síti (tj. MAC adres v LAN), podle této adresy doručí paket poslední směrovač na konci cesty IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 37

38 P3 směrovač (4) Směrovač udržuje směrovací tabulku seznam známých sítí (jejich adres sítě) a cest (bezprostředně následujících směrovačů) k nim. Ta obsahuje: Sítě a cesty zadané ručně správcem - statické Sítě a cesty získané automaticky od okolí pomocí směrovacích protokolů dynamické Různé cesty do různých sítí jsou ohodnocené metrikami (kritérii jejich výhodnosti) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 38

39 P3 směrovač (5) Rozhodnutí o směrování provádí směrovač na základě cílové adresy sítě: Cíl je v síti přímo připojené ke směrovači pak dojde předání 2. vrstvě a přímému doručení bez směrování Cíl je v síti, která není přímo připojená, ale o které se směrovač dozvěděl pak dojde k předání paketu následujícímu směrovači na cestě (next-hop) Cílová síť není známá zahození paketu a zaslání chybové zprávy IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 39

40 P3 směrovač (6) Směrovač má více síťových rozhraní (portů). Musí mít zvláštní síťovou adresu pro každou na něj připojenou síť (pro každé rozhraní). Směrovač přizpůsobuje rychlost a velikost přenosové jednotky druhé vrstvě v konkrétní síti (může propojovat různé druhy LAN, např. Ethernet a Token-ring) Vyrovnávací paměti Fragmentace paketů IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 40

41 P3 směrovač (2) Směrovací tabulka: Praha Metriky: I Ostrava Sítě A,B,C,D,E Přes přímo Délka 0 Rychlost - F Brno (ČB) 1 (1) 100 (10) Pardubice J K G H I J ČB (Brno) Brno (ČB) Pardubice Pardubice 1 (2) 1 (2) (100) 100 (10) D D.2 D.1 C K Pardubice Praha B.1 B B.2 1 H.1 10 H D.3 D.4 E A F G Brno H.2 H.3 H.4 Č. Budějovice IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 41

42 P3 protokoly (1) Protokoly 3. vrstvy Směrovací (routing): jeho úkolem je dle určitého algoritmu (tzv. směrovacího algoritmu) najít (optimální) cestu, resp. následující krok cesty k dané cílové sítové adrese. Příklad protokolu: RIP, OSPF Směrované (routed): protokol 3. vrstvy, který je směrovačem směrován v síti (podle směrovací tabulky vytvořené směrovacím protokolem), tj. představuje směrovaná data. Příklad protokolu: IP, IPX IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 42

43 P3 protokoly (2) Členění směrování dle způsobu provádění změn ve směrovacích tabulkách: Statické směrování vytvoření nebo aktualizace směrovací tabulky provádí ručně správce sítě Dynamické směrování vytvoření nebo aktualizace směrovací tabulky se provádí automaticky (směrovacím protokolem) dle skutečného stavu sítě. Typicky se oba způsoby kombinují (směrovací tabulka je vytvářena a aktualizována oběma způsoby) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 43

44 P3 protokoly (3) Vlastnost Automatická reakce na změny v síti Rozložení zátěže Potřeba správce Dohled nad cestami Výměna směrovacích informací Zátěž CPU a paměti směrovače Zátěž sítě Statické Ne Staticky Vysoká Vysoký Žádná Minimální Žádná Dynamické Ano Ano Malá Malý Ano Střední až vysoká Střední až vysoká IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 44

45 P3 protokoly (4) Dynamické směrovací protokoly Interní v rámci jednoho autonomního systému, rychle se aktualizují, řízeny spíše automaticky dle aktuální situace v síti, menší až střední dosah. Př: RIP, OSPF. Externí pro směrování mezi autonomními systémy, aktualizují se pomaleji, řízeny spíše administrativně, globální dosah. Příklad protokolu BGP. Autonomní systém (AS) množina propojených sítí, které jsou pod správou jedné autority, která určuje režim propojení na 3. vrstvě a interní výměnu směrovacích informací (obvykle provider ISP nebo velmi velká síť) Mezi AS se uzavírají propojovací dohody IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 45

46 P3 protokoly (5) Interní dynamické směrovací protokoly využívají tyto algoritmy: Distance Vector algoritmy (DVA) založené na periodické výměně směrovacích tabulek mezi bezprostředně sousedícími směrovači. Jednoduché algoritmy pro menší sítě. Příklad protokolu využívající DVA: RIP (Routing Information Protocol). Link State algoritmy (LSA) založené na úvodním zjištění topologie celé oblasti a stavu spojů. Směrovač si vytvoří topologickou mapu oblasti a Dijkstrovým algoritmem počítá nejkratší cesty. Složitější protokol, vhodný i pro větší sítě. Příklad protokolu využívající LSA: OSPF (Open Shortest Path First). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 46

47 P3 protokoly (6) Směrování Statické (ruční zadání) Externí (BGP) Dynamické Interní Distance vector (RIP) Link state (OSPF) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 47

48 P3 protokoly (7) Směrovač musí podporovat směrovaný protokol 3. vrstvy, který chceme směrovat (musí mu rozumět) Jednoprotokolový směrovač směrovaný protokol je pouze jediný (například IP) Multiprotokolový směrovač je současně schopen směrovat více protokolů 3. vrstvy (např. IP a IPX) Směrovač je samostatné výpočetní zařízení s důrazem na výkon procesoru, paměti a sběrnic IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 48

49 P3 funkce směrovače (1) Směrovač vždy vykonává 2 základní funkce: Směrování tvorba směrovací tabulky na základě předem zadaných informací a aktualizací z okolí Přepínání přesun paketů z jednoho rozhraní na druhé na základě dotazu do směrovací tabulky Na rychlosti přepínání závisí výkon směrovače, rychlost směrování tak omezující není Klasický směrovač řeší obě funkce softwarově L3 Přepínač má směrování taktéž softwarové, přepínání však realizuje hardwarově (specializovaným přepínacím obvodem, např. pro IP) tj. rychleji IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 49

50 P3 funkce směrovače (2) Funkce směrovače (ne všechny jsou povinné): Adresování a směrování v celé síti Rozkládání zátěže mezi alternativními cestami Zpracování paketů různé délky a rychlosti Propojení LAN/MAN/WAN technologií a sítí Zajišťování QoS Filtrování provozu mezi sítěmi na základě adres Sledování a počítání datového provozu mezi sítěmi Podpora doplňkových funkcí (multicast, šifrování), příp. VPN IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 50

51 P3 charakteristiky směrovače Charakteristiky směrovače Druh směrovaných a směrovacích protokolů Počet a druh síťových rozhraní Rychlost směrování (počet paketů za sekundu u rychlých médií od 1Gb/s výše bývá problém přiblížit se wire-speed) Speciální funkce (podpora filtrování do vyšších vrstev, účtování, podpora multicastu, časové omezení přístupu, šifrování dat apod.) Možnost vzdáleného řízení (např. SNMP) L3 switch (zejména pro IP a standardní protokoly) Provádí přepínání paketů v hardware rychlejší, ale méně flexibilní při změnách Tvorba směrovací tabulky zůstává softwarová Charakterem určen spíše do campus LAN či MAN IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 51

52 P3 kategorie směrovačů Kategorie směrovačů (od nejdražších a nejvýkonnějších po laciné a málo výkonné): Páteřní směrovače (určené pro páteřní přenosové vysokorychlostní sítě, nutný velký výkon a spolehlivost) Agregační směrovače (pro agregaci přístupových směrovačů nebo pro peering) Přístupové směrovače (pro připojení podnikové sítě do páteře, do Internetu ) Speciální směrovače (zařízení, které směruje na 3. vrstvě a zároveň vykonává i jiné funkce, např. přístupového serveru, filtru síťového provozu apod.) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 52

53 P3 - příklad Charakteristiky přístupového směrovače: Kritérium Počet portů LAN Počet portů WAN Směrované protokoly Směrovací algoritmy Přenosový výkon Vzdálená administrace Velikost paměti/rozšíření Podpora QoS Speciální funkce Cena Bezpečnost Příklad hodnoty 2xEthernet 2xWAN sériový port IP/IPX/AppleTalk/SNA DDR,RIP, OSPF 4 kpps (záleží na konkrétní konfiguraci) SNMP 8-24 MB DRAM/ 4-16 MB Flash RSVP, WFQ, VPN tisíc Kč (záleží na konfiguraci) IPSec (DES, 3DES) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 53

54 P3 výhody x nevýhody Výhody směrovače Může využívat všechny cesty mezi sítěmi a rozhodovat o jejich použití podle různých kritérií (metrik), rozkládání zátěže, volba alternativní cesty apod. Odděluje broadcastové domény (u LAN) Vhodnější pro správu velké sítě Nevýhody směrovače Instalace a konfigurace je náročnější, je dražší (než u 2.vrstvy) Je závislý na směrovaném protokolu 3. vrstvy (některé protokoly směrovat nelze) Při přemístění stanice je potřeba jí přidělit novou adresu Zpracování ve směrovači je složitější (a obvykle delší) než v zařízení 2. vrstvy Směrovač není pro ostatní zařízení transparentní (je nutné jej explicitně adresovat) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 54

55 Propojování na 4. vrstvě L4 přepínač (L4 switch) Směruje na 3. vrstvě s hardwarovou podporou (jako L3 přepínač) Navíc je schopen pro své rozhodování zpracovat i údaje 4. vrstvy (např. čísla portů tím lze od sebe odlišit jednotlivé služby). Podle nich pak může přesněji rozhodnout o operaci s paketem (jemnější členění, filtrování, prioritizace provozu a podobně). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 55

56 Propojování na vrstvě Záhlaví 2. vrstvy Záhlaví 3. vrstvy Záhlaví 4. vrstvy Informace Informace Informace Vysvětlivky: Fyzická adresa (MAC) Logická adresa (síťová, např. IP) Service Access Point, port (služba v TCP/IP) Podle čeho se aktivní prvek rozhoduje Most, přepínač (bridge, switch) Směrovač (router) Přepínač s podporou L4 (L4 switch) Jak se aktivní prvek obvykle jmenuje IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 56

57 Propojování na vyšších vrstvách Brána (gateway) propojuje služby vyšších vrstev (přenosových i aplikačních) v různých sítích Nejčastěji jde o zařízení pro propojování na 7. vrstvě RM OSI, tzv. aplikační brána nebo též L7-přepínač (je schopen zpracovávat údaje aplikační vrstvy). Má úzké užití pro jednu službu. Užití například pro: Rozkládání zátěže WWW serverů dle URL identifikátoru Poštovní brána SMTP/X.400 Datům (dopisu) se odebere záhlaví až do úrovně aplikační vrstvy, vlastní text dopisu se převede do podoby potřebné pro přenos v jiné síti a už dle protokolů jiné sítě opět přidávají záhlaví pro přenos v ní. a další IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 57

58 Propojování na vyšších vrstvách 7. Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 2. Spojová 7. Aplikační Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 2. Spojová 1. Fyzická LAN segment Fyzická LAN segment Obecně: výkon brány klesá a cena roste s počtem vrstev, které jsou v ní implementovány Brána je většinou orientována na plnění jednoho úkolu na dané vrstvě IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 58

59 Vrstva Vyšší Použití Propojování - rozhoduje shrnutí Různé WAN, zabezpečení LAN WAN, MAN LAN, MAN LAN Zařízení Brána (gateway) Směrovač (router) Přepínač (switch), můstek (bridge) Rozbočovač (hub), opakovač (repeater) Podle čeho Obsahu vyšší vrstvy čísel portů, URL Síťové adresy (např. IP) MAC adresy Nerozhoduje Symbol (Cisco) Stručný popis Propojení přenosových a aplikačních služeb v různých sítích Směrování paketů mezi (pod)sítěmi Přepínání rámců mezi segmenty Fyzické propojení signálu v médiu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 59

60 Propojování shrnutí (1) Od nižší vrstvy k vyšší: Stoupá složitost, nákladnost a funkčnost zařízení Stoupá časová náročnost zpracování (a v důsledku toho pak zpoždění přenosu) 1. vrstva RM OSI Zesilují a šíří elektrické signály do všech připojených médií bez ohledu na jeho obsah či určení Prodlužují dosah fyzického média LAN, tj. prodlužují kolizní doménu (segment sítě) i broadcast doménu Opakovač (repeater) spojuje dvě a více fyzická média tak, aby se pro připojené uzly tvářilo jako jediné. Rozbočovač (hub) víceportový opakovač (zejména pro UTP kabeláž) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 60

61 Propojování shrnutí (2) 2. vrstva RM OSI Zařízení analyzují hlavičku rámce a filtrují provoz dle MAC adres posílají rámec pouze tím směrem, kde se nachází cílová stanice. Odděluje kolizní domény, ale rozšiřuje broadcast doménu. Segmentace sítě LAN (do kolizních domén) Možnost tvorby virtuálních LAN, prioritizace provozu Schopny přepínání mezi svými rozhraními na základě MAC adres, chytřejší přístup k filtrování a členění provozu v síti, zařízení šetří přenosovou kapacitu Přepínač (switch), můstek (bridge) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 61

62 Propojování shrnutí (3) 3. vrstva RM OSI Zařízení analyzují hlavičku paketu a směrují (jsou schopny hledat cestu k cíli) dle adres sítě, nikoliv uzlů. Mají představu o sítích ve svém okolí. Možnost rozkládání zátěže a volby alternativní cesty. Rozděluje síť na podsítě s vlastními sítovými adresami (u LANu na broadcast domény). Oddělují broadcast domény. Možnost filtrování dle síťových adres, tj. větší možnosti zajištění zabezpečení. Vhodné pro velké sítě. Směrovač (router), L3-přepínač (L3 switch). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 62

63 Propojování shrnutí (4) Zařízení Vrstva OSI Propouští kolizní pakety Propouští broadcast Je transparentní Volí mezi různými cestami Segmentuje síť na Opakovač 1 Ano Ano Ano Ne - Rozbočovač 1 Ano Ano Ano Ne - Můstek 2 Ne Ano Ano Ne Kolizní domény Přepínač 2 Ne Ano Ano Ne Kolizní domény Směrovač 3 Ne Ne Ne Ano Subsítě IT_420 Komunikační technologie a služby téma 8 63