Функции повышения надежности и производительности

Bridge Protocol Data Unit (BPDU)

Вычисление связующего дерева происходит при включении коммутатора и при изменении топологии. Эти вычисления требуют периодического обмена информацией между коммутаторами связующего дерева, что достигается при помощи специальных кадров, называемых блоками данных протокола моста — BPDU (Bridge Protocol Data Unit).

Коммутатор отправляет BPDU, используя уникальный МАС-адрес порта в качестве адреса-источника и многоадресный МАС-адрес протокола STP 01-80-C2-00-00-00 в качестве адреса-приемника. Кадры BPDU помещаются в поле данных кадров канального уровня, например, кадров Ethernet.

Существует три типа кадров BPDU:

Коммутаторы обмениваются BPDU через равные интервалы времени (по умолчанию 2 сек.), что позволяет им отслеживать состояние топологии сети.

Кадр BPDU состоит из следующих полей:

Состояния портов

В процессе построения топологии сети каждый порт коммутатора проходит несколько стадий:

В процессе нормальной работы корневой мост продолжает генерировать служебные кадры BPDU, а остальные коммутаторы продолжают их принимать своими корневыми портами и ретранслировать назначенными. Если по истечении максимального времени жизни сообщения (по умолчанию — 20 секунд) корневой порт любого коммутатора сети не получит служебный кадр BPDU, то он инициализирует новую процедуру построения связующего дерева.

Таймеры STP

Для того чтобы все коммутаторы сети имели возможность получить точную информацию о конфигурации связующего дерева, в протоколе STP используются следующие таймеры.

Hello Time — это интервал времени, через который корневой мост отправляет конфигурационные BPDU. Значение таймера Hello Time, настроенное на корневом мосте, будет определять значения таймеров Hello Time на всех некорневых коммутаторах, т.к. они просто пересылают конфигурационные BPDU, когда получают их от корня. Значение таймера Hello Time по умолчанию 2 секунды: диапазон возможных значений от 1 до 10 секунд.

Forward Delay — это интервал времени, в течение которого порт коммутатора находится в состояниях "Прослушивание" и "Обучение". Такая задержка смены состояний необходима, чтобы исключить возможность временного возникновения альтернативных маршрутов при неодновременной смене состояний портов во время реконфигурации. Значение таймера Forward Delay по умолчанию 15 секунд. диапазон возможных значений от 4 до 30 секунд.

Max Age — это интервал времени, в течение которого коммутатор хранит параметры текущей конфигурации связующего дерева. Значение таймера Max Age устанавливается корневым мостом и позволяет гарантировать, что все коммутаторы сети обладают одинаковой информацией о времени хранения конфигурации STP. Если период времени, определенный таймером, истек, а коммутатор за это время не получил кадр BPDU от корневого моста, то он начинает считать себя корневым мостом и рассылает свои собственные BPDU всем коммутаторам сети, инициируя новую процедуру построения связующего дерева. Значение таймера Max Age по умолчанию 20 секунд, диапазон возможных значений от 6 до 40 секунд.

Значения таймеров Hello Time, Forward Delay и Max Age могут быть вручную настроены администратором сети на коммутаторе. Обычно эти настройки выполняются только на коммутаторе, являющемся корневым для данной топологии связующего дерева. При настройке важно помнить, что неправильно подобранные значения таймеров могут значительно увеличить время сходимости топологии STP и снизить производительность сети, поэтому рекомендуется использовать значения таймеров по умолчанию.

Изменение топологии

Коммутатор отправляет BPDU с уведомлением об изменении топологии (Topology Change Notification BPDU, TCN BPDU) в случае возникновения одного из следующих событий:

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 (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.

Управляемые коммутаторы D-Link при настройке функции STP позволяют включать и отключать на каждом порте возможность приема TCN BPDU с помощью параметра restrictedtcn. По умолчанию параметр restrictedtcn отключен. Использование данного параметра позволяет избежать сетевых атак, связанных с отправкой ложных кадров TCN BPDU.

Настройка STP

Рассмотрим пример настройки STP на коммутаторах D-Link в сети, показанной на рис. 11.5 .

Настройка коммутатора 1

enable stp
config stp version stp

config stp priority 4096 instance_id 0

config stp ports 1-24 edge true

Настройка коммутатора 2

enable stp
config stp version stp
config stp ports 1-24 edge true

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.

(рис 11.6) Состояния портов протоколов STP и RSTP

Роли портов

Выбор активной топологии завершается присвоением протоколом RSTP определенной роли каждому порту. Эти роли следующие:

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).

Формат BPDU

Формат кадра BPDU протокола RSTP аналогичен формату BPDU протокола STP за исключением следующего:

Быстрый переход в состояние продвижения

Процесс построения связующего дерева у протоколов STP и RSTP одинаков. Однако при работе RSTP порт может перейти в состояние продвижения значительно быстрее, т.к. он больше не зависит от настроек таймеров. Протокол RSTP предоставляет механизм предложений и соглашений, который обеспечивает быстрый переход корневых и назначенных портов в состояние Forwarding, а альтернативных и резервных портов - в состояние Discarding. Для этого протокол RSTP вводит два новых понятия: граничный порт и тип соединения.

Граничным портом (Edge Port) объявляется порт, непосредственно подключенный к сегменту сети, в котором не могут быть созданы петли. Например, порт подключен к рабочей станции, которая может периодически включаться или выключаться и активизировать механизм уведомления об изменении топологии или чтобы избежать распространения вычислений STP по клиентским сетям, с целью повышения безопасности. Граничный порт мгновенно переходит в состояние продвижения, минуя состояния прослушивания и обучения. Граничный порт теряет свой статус и становится обычным портом связующего дерева в том случае, если получит кадр BPDU.

При работе протокола RSTP назначенный порт может выполнять быстрый переход в состояние продвижения в соединениях типа "точка — точка" (Point-to-Point, P2P), т.е. если он подключен только к одному коммутатору.

Порты, удовлетворяющие, по крайней мере, одному из следующих условий, автоматически рассматриваются протоколом RSTP как порты Р2Р:

Администратор сети может вручную включать или выключать статусы Edge и P2P либо устанавливать их работу в автоматическом режиме, выполнив соответствующие настройки порта коммутатора.

Механизм предложений и соглашений

На рис. 11.13 показан процесс работы механизма предложений и соглашений. Коммутаторы АиВ соединены между собой каналом типа "точка — точка". Предположим, что коммутатор А является корневым мостом сети. Коммутатор А посылает коммутатору В кадр BPDU с установленным флагом Proposal (шаг 1 на рис. 11.12 ), предлагая себя в качестве назначенного моста этого сегмента (BPDU-предложение будет передаваться только в том случае, если порт находится в состоянии Discarding или Learning). После получения предложения коммутатор В выберет в качестве нового корневого порта тот порт, через который этот BPDU был получен (порт р2), и переведет все неграничные порты в заблокированное состояние. Все остальные порты будут синхронизированы с новой информацией, чтобы иметь непротиворечивую информацию о топологии сети.

Порт является синхронизированным "in-sync", если он удовлетворяет следующим критериям:

Чтобы продемонстрировать действие метода синхронизации на различные типы портов, предположим, что в коммутаторе В имеются граничные порты p3 и р5 и назначенный порт p4. Порты p3 и p5 уже удовлетворяют одному из условий синхронизации. Чтобы находиться в режиме синхронизации (шаг 2 на рис. 11.12 ), коммутатору В необходимо заблокировать порт р4, переведя его в состояние Discarding.

После того, как коммутатор В убедится, что все порты синхронизированы, он разблокирует свой новый корневой порт (шаг 3 на рис. 11.12 ) и отправит через него коммутатору А согласие на предложение. Это сообщение является копией BPDU-предложения, в котором вместо бита Proposal установлен бит Agreement. Благодаря этому порт pi коммутатора А точно знает, какому предложению соответствует полученное согласие.

После этого коммутатор А мгновенно переведет свой назначенный порт р1 в состояние продвижения.

Находясь в заблокированном состоянии порт р4 коммутатора В начнет отсылать предложения нижележащему коммутатору и пытаться быстро перейти в состояние продвижения (шаг 4 на рис. 11.12 ).

Новый механизм изменения топологии

1. Определение изменений топологии.

В протоколе RSTP только неграничные порты, переходя в состояние продвижения, могут вызвать процесс изменения топологии. Это означает, что разрыв соединения больше не рассматривается как изменение в топологии, в отличие от протокола STP, т.е. при переходе порта в заблокированное состояние соответствующий коммутатор не генерирует TCN BPDU. Когда мост RSTP обнаруживает изменение топологии, происходит следующее:

2. Распространение информации об изменении топологии.

Когда коммутатор получает от соседа BPDU с установленным битом ТС, происходит следующее:

Коммутатор-отправитель BPDU с битом ТС непосредственно распространяет информацию об изменении топологии через всю сеть (в отличие от STP, где это может выполнить только корневой мост). Этот механизм распространения информации об изменении топологии быстрее, чем его аналог в протоколе STP, т.к. нет необходимости ждать, когда будет уведомлен корневой мост, и потом поддерживать состояние изменения топологии для всей сети в течение периода времени, равного сумме значений таймеров Forward Delay и Max Age.

Стоимость пути RSTP

Протокол RSTP определяет следующие рекомендованные значения стоимости пути по умолчанию для портов коммутаторов. Эти значения вычисляются в соответствии со скоростью канала связи, к которому подключен порт.

Совместимость с STP

Протокол RSTP может взаимодействовать с оборудованием, поддерживающим STP, и, если необходимо, автоматически преобразовывать кадры BPDU в формат 802.1D. Однако преимущество быстрой сходимости RSTP (когда все коммутаторы быстро переходят в состояние пересылки или блокировки и обладают тождественной информацией) теряется.

Каждый порт хранит переменную, определяющую тип протокола, используемого в соответствующем сегменте. При включении порта активизируется таймер задержки миграции (Migration delay timer) длительностью 3 секунды. При запуске этого таймера текущий режим (STP или RSTP) ассоциированный с портом, блокируется. Как только истечет время задержки миграции, порт начнет работать в режиме, соответствующем типу следующего полученного им BPDU. Если в результате получения BPDU порт изменил свой режим работы, таймер задержки миграции запускается вновь, что позволяет ограничить частоту возможной смены режимов.

Предположим, что коммутаторы А и В (рис 11.14) работают в режиме RSTP. Коммутатор А является выделенным мостом этого сегмента. К существующему каналу связи подключается коммутатор С, который является коммутатором с поддержкой протокола STP. Так как коммутаторы STP игнорируют BPDU протокола RSTP и отбрасывают их, то коммутатор С считает, что в этом сегменте сети больше коммутаторов нет и начинает отправлять BPDU формата 802.1D.

Коммутатор А получает эти BPDU и после истечения периода времени, установленного таймером задержки миграции, переходит на этом порте в режим работы STP. В результате коммутатор С начинает понимать BPDU коммутатора А и признает его назначенным коммутатором этого сегмента.

Следует отметить, что если бы в этом частном случае коммутатор С был удален из сегмента, то коммутатор А остался бы работать в режиме STP на этом порте, хотя он мог бы эффективно работать в режиме RSTP со своим единственным соседом коммутатором В. Т.е. у коммутатора А нет возможности узнать, что коммутатор С удален из этого сегмента. В этом частном случае для перезагрузки протокола, используемого на порте коммутатора, требуется вмешательство администратора сети. Когда порт находится в режиме, совместимом с 802.1D, он также может обрабатывать уведомления об изменении топологии TCN BPDU с установленными битами ТС и ТСА.

Настройка RSTP

Настройка протокола RSTP на коммутаторах D-Link аналогична настройке протокола STP. Рассмотрим пример настройки RSTP в сети, показанной на рис. 11.16 .

Настройка коммутатора 1

enable stp
config stp version rstp

config stp priority 4096 instance_id 0

config stp ports 1-24 edge true

Настройка коммутатора 2

enable stp
config stp version rstp
config stp ports 1-24 edge true

Multiple Spanning Tree Protocol

Несмотря на то, что протокол RSTP обеспечивает быструю сходимость сети, он так же, как и протокол STP, обладает следующим недостатком — не поддерживает возможность создания отдельного связующего дерева для каждой VLAN, настроенной в сети. Это означает, что резервные каналы связи не могут блокироваться на основе VLAN и все VLAN образуют одну логическую топологию, не обладающую достаточной гибкостью.

Протокол Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP), являющийся расширением протокола RSTP, преодолевает это ограничение. В дополнение к обеспечению быстрой сходимости сети он позволяет настраивать отдельное связующее дерево для любой VLAN или группы VLAN, создавая множество маршрутов передачи трафика и позволяя осуществлять балансировку нагрузки. Первоначально протокол MSTP был определен в стандарте IEEE 802.1s, но позднее был добавлен в стандарт IEEE 802.1Q-2003. Протокол MSTP обратно совместим с протоколами STP и RSTP.

Логическая структура MSTP

Протокол MSTP делит коммутируемую сеть на регионы MST (Multiple Spanning Tree (MST) Region), каждый из которых может содержать множество копий связующих деревьев (Multiple Spanning Tree Instance, MSTI) с независимой друг от друга топологией. Другими словами, регион MST, представляющий собой набор физически подключенных друг к другу коммутаторов, делит данную физическую топологию на множество логических.

Для того чтобы два и более коммутатора принадлежали одному региону MST, они должны обладать одинаковой конфигурацией MST.

Конфигурация MST включает такие параметры, как номер ревизии MSTP (MSTP revision level number), имя региона (Region name), карту привязки VLAN к копии связующего дерева (VLAN-to-instance mapping).

Внутри коммутируемой сети может быть создано множество MST-регионов.

Протокол MSTP определяет следующие типы связующих деревьев:

Internal Spanning Tree (IST) — специальная копия связующего дерева, которая по умолчанию существует в каждом MST-регионе. IST присвоен номер 0 (Instance 0). Она может отправлять и получать кадры BPDU и служит для управления топологией внутри региона. По умолчанию все VLAN одного региона привязаны к IST. Если в регионе создано несколько MSTI, то VLAN, не ассоциированные с ними, остаются привязанными к IST. Динамические VLAN, созданные с помощью протокола GVRP, также ассоциируются с IST;

Common Spanning Tree (CST) — единое связующее дерево, вычисленное с использованием протоколов STP, RSTP, MSTP и объединяющее все регионы MST и мосты SST (Single Spanning Tree (SST) Bridge);

Common and Internal Spanning Tree (CIST) — единое связующее дерево, объединяющее CST и IST каждого MST-региона;

Single Spanning Tree (SST) Bridge — мост, поддерживающий только-единственное связующее дерево, CST. Это единственное связующее дерево может поддерживать протокол STP или протокол RSTP.

Multiple Spanning Tree Instance (MSTI)

По умолчанию все VLAN данного MST-региона назначены в IST. Помимо IST, в каждом MST-регионе может быть дополнительно создано множество связующих деревьев с независимой друг от друга архитектурой — MSTI. К каждой MSTI администратор сети может вручную привязать соответствующие сети VLAN.

MSTI обладают следующими характеристиками:

Для того чтобы каждая MSTI представляла собой отдельную от IST логическую топологию, администратор сети может присвоить коммутаторам и портам внутри MSTI собственные значения приоритетов и стоимости пути.

Формат MSTP BPDU

Формат MSTP BPDU аналогичен формату RSTP BPDU, за исключением полей, предназначенных для передачи информации об IST, каждой MSTI (если они созданы в регионе) и конфигурации MST.

Вычисления в MSTP

Прежде чем начать рассматривать вопрос вычисления активной топологии MSTP, следует отметить, что спецификация MSTP рассматривает MST-регион как один виртуальный мост RSTP, и вычисление активной топологии внутри региона отделено от вычисления топологии всей коммутируемой сети. Другими словами, соединения между мостами внутри региона не зависят от внешних соединений между MST-регионами.

(рис 11.20) Формат MSTP BPDU

Процесс вычисления в MSTP начинается с выбора корневого моста CIST (CIST Root) сети. При выборе CIST Root используется тот же фундаментальный алгоритм, который описан в стандарте IEEE 802.1D-2004.

Первоначально каждый коммутатор сети считает себя корневым мостом CIST и рассылает BPDU, в поле CIST Root Bridge ID которых указано значение его идентификатора, а внешняя стоимость пути до корня (CIST External Root Path Cost) равна нулю. Эти два параметра являются основными для определения активной топологии всей коммутируемой сети.

Коммутатор перестанет заявлять себя в качестве корневого моста CIST, как только получит BPDU с меньшим значением идентификатора моста. В качестве CIST Root будет выбран коммутатор, обладающий наименьшим значением идентификатора моста среди всех коммутаторов сети.

Одновременно с выбором корневого моста CIST в каждом регионе выбирается региональный корневой мост CIST (CIST Regional Root).

Им становится коммутатор, обладающий наименьшей внешней стоимостью пути к корню CIST среди всех коммутаторов принадлежащих данному региону. Внешняя стоимость пути до корня CIST представляет собой суммарное условное время пути от граничного коммутатора MST-региона или моста SST до порта корневого моста CIST. Следует отметить, что значение CIST External Root Path Cost не изменяется при передаче конфигурационного BPDU между коммутаторами внутри региона. Это значение увеличивается на условное время передачи только портами граничных коммутаторов, подключающих данный регион к другим регионам. В протоколе MSTP рекомендованные значения стоимости пути аналогичны значениям, определенным в RSTP.

В случае наличия в регионе коммутаторов с одинаковой стоимостью пути в качестве CIST Regional Root будет выбран коммутатор с наименьшим значением идентификатора моста. При этом маршрут от этого коммутатора до CIST Root не должен проходить через другие коммутаторы этого региона. Т.е. в качестве CIST Regional Root выбирается коммутатор, находящийся на границе региона. Следует отметить, что регион, содержащий CIST Root, использует его также в качестве CIST Regional Root.

Протокол MSTP, используя механизм предложений и соглашений RSTP, блокирует все избыточные каналы связи от всех CIST Regional Root к CIST Root, делая их резервными или альтернативными.

При наличии в регионе отдельных связующих деревьев MSTI, для каждой MSTI, независимо от остальных, выбирается региональный корневой мост MSTI (MSTIRegional Root). Им становится коммутатор, обладающий наименьшим значением идентификатора моста среди всех коммутаторов данной MSTI этого MST-региона. Определение роли портов и блокирование избыточных связей происходит аналогично процедурам, описанным в RSTP.

Роли портов MSTP

Протокол MSTP определяет роли портов, которые участвуют в процессе вычисления активной топологии CIST и MSTI, аналогичные протоколам STP и RSTP:

Дополнительно в MSTI используется еще одна роль, которая может быть присвоена порту, — мастер-порт (Master Port).

Роли портов CIST определяют роли каждого порта коммутатора, участвующего в построении активной топологии CIST.

Корневой порт (Root Port) — это порт, который обладает минимальной стоимостью пути от коммутатора до корневого моста CIST (в случае если мост не является CIST Root) через региональный мост (в том случае, если коммутатор не является региональным корнем CIST).

Назначенный порт (Designated Port) — это порт, обладающий наименьшей стоимостью пути от подключенного сегмента сети до корневого моста CIST.

Альтернативный/резервный порт (Alternate/Backup Port) — это порт, который обеспечивает подключение, если происходит потеря соединения с какими-либо коммутаторами или сегментами сети.

Роли портов MSTI определяют роли каждого порта коммутатора, участвующего в построении активной топологии MSTI внутри границы региона.

Корневой порт (Root Port) — это порт, который обладает минимальной стоимостью пути от коммутатора до регионального корневого моста MSTI (в случае если мост не является региональным корнем для этой MSTI).

Назначенный порт (Designated Port) — это порт, обладающий наименьшей стоимостью пути от подключенного сегмента сети до регионального корневого моста MSTI.

Альтернативый/резервный порт (Alternate/Backup Port) — это порт, который обеспечивает подключение, если происходит потеря соединения с какими-либо коммутаторами или сегментами сети.

Мастер-порт (Master Port) — это порт, который обеспечивает подключение региона к корневому мосту CIST, находящемуся за пределами данного региона. Корневой порт CIST регионального корневого моста CIST является мастером-портом для всех MSTI.

Протокол MSTP вводит еще одну роль, которая может быть присвоена порту, — пограничный порт (Boundary Port). Пограничным портом является порт, который подключает MST-регион к другому региону или SST-мосту.

Пример топологии MSTP

Рассмотрим пример топологии MSTP, приведенный на рис. 11.21 . Сеть разбита на 3 MST-региона, в каждом регионе все коммутаторы ассоциированы с Instance 0.

Состояние портов MSTP

В протоколе MSTP определены состояния, в которых могут находиться порты, аналогичные протоколу RSTP:

Learning ("Обучение") — порт может принимать/отправлять кадры BPDU, изучать МАС-адреса и строить таблицу коммутации. Порт в этом состоянии не передает пользовательские кадры;

Forwarding ("Продвижение") — в этом состоянии порт может передавать пользовательские кадры, изучать новые МАС-адреса и принимать/отправлять кадры BPDU;

Discarding ("Отбрасывание") — в этом состоянии порт может только принимать кадры BPDU, передача пользовательского трафика и изучение МАС-адресов не выполняется.

Счетчик переходов MSTP

При вычислении активной топологии связующего дерева IST и MSTI не используют значения полей Max Age и Message Age конфигурационного BPDU для отбрасывания устаревших сообщений. Вместо этого используется механизм счетчика переходов (Hop count).

С помощью команды config stp maxhops на коммутаторах D-Link можно настроить максимальное число переходов между устройствами внутри региона, прежде чем кадр BPDU будет отброшен. Значение счетчика переходов устанавливается региональным корневым мостом MSTI или CIST и уменьшается на 1 каждым портом коммутатора, получившим кадр BPDU.

После того как значение счетчика станет равным 0, кадр BPDU будет отброшен и информация, хранимая портом, будет помечена как устаревшая.

Следует отметить, что коммутаторы не изменяют данные, хранимые в полях Max Age и Message Age конфигурационных BPDU, при их передаче через коммутаторы MST-региона. Значение Message Age изменяется только коммутаторами, расположенными на границе региона, чтобы обеспечить совместимость с мостами STP и RSTP, которые могут использоваться в сети.

Настройка протокола MSTP на коммутаторах

Ниже приведены основные шаги, которые позволяют настроить протокол MSTP на коммутаторах D-Link.

Рассмотрим пример, показанный на рис. 11.22 . В сети созданы две виртуальные локальные сети — VLAN v2 и VLAN v3. Каждая VLAN привязывается к одной копии связующего дерева.

Настройка коммутатора 1

config vlan default delete 1-8,17-24
create vlan v2 tag 2
config vlan v2 add untagged 1-8
create vlan v3 tag 3
config vlan v3 add untagged 17-24

enable stp
config stp version mstp
config stp mst_config_id name dlink revision_level 1
create stp instance_id 2
config stp instance_id 2 add_vlan 2
create stp instance_id 3
config stp instance_id 3 add_vlan 3
config stp priority 4096 instance_id 0
config stp priority 4096 instance_id 2
config stp priority 4096 instance_id 3
config stp ports 7,23 edge true

Настройка коммутатора 2

config vlan default delete 1-8,17-24
create vlan v2 tag 2
config vlan v2 add untagged 1-8
create vlan v3 tag 3
config vlan v3 add untagged 17-24

enable stp
config stp version mstp
config stp mst_config_id name dlink revision_level 1
create stp instance_id 2
config stp instance_id 2 add_vlan 2
create stp instance_id 3
config stp instance_id 3 add_vlan 3
config stp ports 7,23 edge true

Рассмотрим второй пример настройки протокола MSTP, позволяющий осуществлять балансировку нагрузки между каналами связи.

В примере, показанном на рис. 11.23 , каждая VLAN привязывается к одной копии связующего дерева. Порты 25 и 26 являются маркированными портами обеих VLAN. Порт 25 используется в качестве активного канала связи для VLAN v2, порт 26 используется в качестве активного канала связи для VLAN v3. Т.к. для каждой VLAN будет построена своя собственная активная топология связующего дерева, то кадры VLAN v2 и VLAN v3 будут передаваться по разным маршрутам (через порты 25 и 26 соответственно), благодаря чему будет обеспечена балансировка нагрузки. В случае если один из каналов связи выйдет из строя, трафик VLAN v2 и VLAN v3 будет передаваться по одному оставшемуся каналу.

Настройка коммутатора 1

config vlan default delete 1-8,17-24
create vlan v2 tag 2
config vlan v2 add tagged 25-26
config vlan v2 add untagged 1-8
create vlan v3 tag 3
config vlan v3 add tagged 25-26
config vlan v3 add untagged 17-24

enable stp
config stp version mstp
config stp mst_config_id name dlink revision_level 1
create stp instance_id 2
config stp instance_id 2 add_vlan 2
create stp instance_id 3
config stp instance_id 3 add_vlan 3
config stp ports 7,23 edge true

Настройка коммутатора 2

config vlan default delete 1-8,17-24
create vlan v2 tag 2
config vlan v2 add tagged 25-26
config vlan v2 add untagged 1-8
create vlan v3 tag 3
config vlan v3 add tagged 25-26
config vlan v3 add untagged 17-24

enable stp
config stp version mstp
config stp mst_config_id name dlink revision_level 1
create stp instance_id 2
config stp instance_id 2 add_vlan 2
create stp instance_id 3
config stp instance_id 3 add_vlan 3
config stp mst_ports 25 instance_id 2 priority 96
config stp mst_ports 26 instance_id 2 priority 128
config stp mst_ports 25 instance_id 3 priority 128
config stp mst_ports 26 instance_id 3 priority 96
config stp ports 7,23 edge true

Дополнительные функции защиты от петель

Функция LoopBack Detection (LBD) обеспечивает дополнительную защиту от образования петель на уровне 2 модели OSI. Существует две реализации этой функции:

На рис. 11.25 показана ситуация, когда к порту управляемого коммутатора подключен неуправляемый коммутатор, порты которого соединены с образованием петли. В этом случае в сети может возникнуть широковещательный шторм и ее работоспособность будет нарушена.

Функция STP LoopBack Detection предназначена для отслеживания таких ситуаций и временного блокирования тех портов коммутатора, на которых обнаружены петли, тем самым предотвращая проблемы в сети. Коммутатор определяет наличие петли, когда отправленный им кадр BPDU вернулся назад на другой его порт. В этом случае порт-источник кадра BPDU и порт-приемник будут автоматически заблокированы и администратору сети будет отправлен служебный пакет-уведомление. Порты будут находиться в заблокированном состоянии до истечения периода времени, установленного таймером LBD Recover Timer. По умолчанию на коммутаторах D-Link эта функция отключена. Следует отметить, что функция STP LoopBack Detection не определяет петлю, когда отправленный кадр BPDU вернулся назад на этот же порт.

В отличие от STP LoopBack Detection функция LoopBack Detection Independent STP не требует настройки протокола STP на портах, на которых необходимо определять наличие петли. В этом случае наличие петли обнаруживается путем отправки портом специального служебного кадра ECTP (Ethernet Configuration Testing Protocol). При получении кадра ECTP этим же портом он блокируется на указанное в таймере время.

Следует отметить, что функция LoopBack Detection Independent STP версии 4.03 также может определять петли, возникающие между портами одного коммутатора.

Существуют два режима работы этой функции: Port-Based и VLAN-Based (начиная с LBD версии v.4.00).

В режиме Port-Based при обнаружении петли происходит автоматическая блокировка порта, и никакой трафик через него не передается.

В режиме VLAN-Based порт будет заблокирован для передачи трафика только той VLAN, в которой обнаружена петля. Остальной трафик через этот порт будет передаваться.

Настройка функции LoopBack Detection

В качестве примера приведем настройку функций STP LoopBack Detection и LoopBack Detection Independent STP в режимах Port-Based и VLAN-Based для ситуации, показанной на рис. 11.24 .

Настройка функции STP LoopBack Detection

enable stp
config stp ports 1-24 state enable edge true lbd enable
config stp lbd_recover_timer 60

Настройка функции LoopBack Detection Independent STP (Port-Based)

enable loopdetect
config loopdetect recover_timer 60
config loopdetect interval 10
config loopdetect mode port-based
config loopdetect ports 1-24 state enabled

Настройка функции LoopBack Detection Independent STP (VLAN-Based)

enable loopdetect
config loopdetect recover_timer 60
config loopdetect interval 10
config loopdetect mode vlan-based
config loopdetect ports 1-24 state enabled

loopdetect interval — временной интервал в секундах между отсылаемыми кадрами ECTP (Ethernet Configuration Testing Protocol).

Функции безопасности STP

Из-за ошибок в конфигурации или вредоносных атак в сети может возникнуть ситуация, когда корневой мост получит кадр BPDU, содержащий лучший приоритет, и потеряет свою позицию. При настройке протоколов RSTP или MSTP на управляемых коммутаторах, расположенных на границе сети, с помощью параметра restrictedrole можно ограничить роли выполняемые портом в активной топологии. При активизации этого параметра порт не будет выбран в качестве корневого порта даже в том случае, если получит BPDU с наилучшим приоритетом. После выбора корневого порта этот порт будет выбран в качестве альтернативного. По умолчанию функция restrictedrole отключена.

Настройка коммутатора

enable stp
config stp version rstp
config stp priority 32768 instance_id 0
config stp ports 1-24 edge true restricted_role true
restricted_tcn true state enable
config stp ports 25-28 edge false state enable fbpdu enable

Агрегирование каналов связи

Агрегирование каналов связи (Link Aggregation) — это объединение нескольких физических портов в одну логическую магистраль на канальном уровне модели OSI с целью образования высокоскоростного канала передачи данных и повышения отказоустойчивости.

В отличие от протокола STP, все избыточные связи в одном агрегированном канале остаются в рабочем состоянии, а имеющийся трафик распределяется между ними для достижения балансировки нагрузки. При отказе одной из линий, входящих в такой логический канал, трафик распределяется между оставшимися линиями.

Включенные в агрегированный канал порты называются членами группы агрегирования (Link Aggregation Group).

Один из портов в группе выступает в качестве мастера-порта (master port). Так как все порты агрегированной группы должны работать в одном режиме, конфигурация мастера-порта распространяется на все порты в группе. Таким образом, при конфигурировании портов в группе агрегирования достаточно настроить мастер-порт.

Важным моментом при реализации объединения портов в агрегированный канал является распределение трафика по ним. Если пакеты одного сеанса будут передаваться по разным портам агрегированного канала, то может возникнуть проблема на более высоком уровне модели OSI. Например, если два или более смежных кадров одного сеанса станут передаваться через разные порты агрегированного канала, то из-за неодинаковой длины очередей в их буферах может возникнуть ситуация, когда из-за неравномерной задержки передачи кадра более поздний кадр обгонит своего предшественника. Поэтому в большинстве реализаций механизмов агрегирования используются методы статического, а не динамического распределения кадров по портам, т.е. закрепление за определенным портом агрегированного канала потока кадров определенного сеанса между двумя узлами. В этом случае все кадры будут проходить через одну и ту же очередь и их последовательность не изменится. Обычно при статическом распределении выбор порта для конкретного сеанса выполняется на основе выбранного алгоритма агрегирования портов, т.е. на основании некоторых признаков поступающих пакетов. В коммутаторах D-Link поддерживается 9 алгоритмов агрегирования портов:

В коммутаторах D-Link по умолчанию используется алгоритм mac_source (МАС-адрес источника).

Объединение каналов следует рассматривать как вариант настройки сети, используемый преимущественно для соединений "коммутатор — коммутатор" или "коммутатор — файл-сервер", требующих более высокой скорости передачи, чем может обеспечить одиночная линия связи. Также эту функцию можно применять для повышения надежности важных каналов связи. В случае повреждения линии связи объединенный канал быстро перенастраивается (не более чем за 1 сек.), а риск дублирования и изменения порядка кадров незначителен.

Программное обеспечение коммутаторов D-Link поддерживает два типа агрегирования каналов связи:

При статическом агрегировании каналов (установлено по умолчанию), все настройки на коммутаторах выполняются вручную, и они не допускают динамических изменений в агрегированной группе.

Для организации динамического агрегирования каналов между коммутаторами и другими сетевыми устройствами используется протокол управления агрегированным каналом — Link Aggregation Control Protocol (LACP). Протокол LACP определяет метод управления объединением нескольких физических портов в одну логическую группу и предоставляет сетевым устройствам возможность автосогласования каналов (их добавления или удаления) путем отправки управляющих кадров протокола LACP непосредственно подключенным устройствам с поддержкой LACP. Пакеты LACP отправляются устройством через все порты, на которых активизирован протокол. Порты, на которых активизирован протокол LACP, могут быть настроены для работы в одном из двух режимов: активном (active) или пассивном (passive). При работе в активном режиме порты выполняют обработку и рассылку управляющих кадров протокола LACP. При работе в пассивном режиме порты выполняют только обработку управляющих кадров LACP.

Для того чтобы динамический канал обладал функцией автосогласования, рекомендуется порты, входящие в агрегированную группу, с одной стороны канала настраивать как активные, а с другой — как пассивные.

Следует отметить, что у портов, объединяемых в агрегированный канал, нижеперечисленные характеристики должны обладать одинаковыми настройками:

При объединении портов в агрегированный канал на них не должны быть настроены функции аутентификации 802.1Х, зеркалирования трафика и блокировки портов.

Настройка статических и динамических агрегированных каналов

Рассмотрим пример, показанный на рис. 11.28 . Для повышения пропускной способности канала связи между коммутатором 1, к которому подключен сервер, и коммутатором 2, к которому подключены пользователи, требуется объединить порты коммутаторов в статический агрегированный канал.

На коммутаторах необходимо выполнить следующую настройку:

Настройка коммутатора 1

create link_aggregation group_id 1 type static
config link_aggregation algorithm mac_destination

config link_aggregation group_id 1 master_port 21 ports 21,22,23,24 state enabled

Настройка коммутатора 2

create link_aggregation group_id 1 type static
config link_aggregation algorithm mac_source

config link_aggregation group_id 1 master_port 21 ports 21,22,23,24 state enabled

Рассмотрим пример настройки коммутаторов при создании динамического агрегированного канала связи.

Настройка коммутатора 1

create link_aggregation group_id 1 type lacp
create link_aggregation group_id 2 type lacp
config link_aggregation algorithm mac_destination

config link_aggregation group_id 1 master_port 1 ports 1-4 state enabled

config lacp_port 1-8 mode active

Настройка коммутаторов 2 и 3 (на портах 1-4 этих коммутаторов включено автосогласование)

create link_aggregation group_id 1 type lacp
config link_aggregation algorithm mac_source
config link_aggregation group_id master_port 1 ports 1-4 state enabled