Часто при выборе определенного сетевого устройства для вашей сети, можно услышать такие фразы как «коммутатор уровня L2», или «устройство L3».

В этом случае речь ведется про уровни в сетевой модели OSI.

Устройство уровня L1 – это устройство, работающее на физическом уровне, они в принципе «не понимают» ничего о данных, которые передают, и работают на уровне электрических сигналов – сигнал поступил, он передается дальше. К таким устройствам относятся так называемые «хабы», которые были популярны на заре становления Ethernet-сетей, сюда же относятся самые разнообразные повторители. Устройства такого типа обычно называют концентраторами.

Устройства уровня L2 работают на канальном уровне и выполняют физическую адресацию. Работа на этом уровне выполняется с кадрами, или как иногда еще называют «фреймами». На этом уровне нет никаких ip-адресов, устройство идентифицирует получателя и отправителя только по MAC-адресу и передает кадры между ними. Такие устройства как правило называют коммутаторами, иногда уточняя, что это «коммутатор уровня L2»

Устройства уровня L3 работают на сетевом уровне, который предназначен для определения пути передачи данных, и понимают ip-адреса устройств, определяют кратчайшие маршруты. Устройства этого уровня отвечают за установку разного типа соединений (PPPoE и тому подобных). Эти устройства обычно называют маршрутизаторами, хотя часто говорят и «коммутатор уровня L3»

Устройства уровня L4 отвечают за обеспечение надежности передачи данных. Это, скажем так, «продвинутые» коммутаторы, которые на основании информации из заголовков пакетов понимают принадлежность трафика разным приложениям могут принимать решения о перенаправлении такого трафика на основании этой информации. Название таких устройств не устоялось, иногда их называют «интеллектуальными коммутаторами», или «коммутаторами L4».

Новости

Фирма "1С" информирует о техническом разделении версий ПРОФ и КОРП платформы "1С:Предприятие 8" (с дополнительной защитой лицензий уровня КОРП) и введении ряда ограничений на использование лицензий уровня ПРОФ с 11.02.2019 года.

Впрочем, источник в ФНС пояснил РБК, что решение налоговиков не стоит называть отсрочкой. Но если предприниматель не успеет обновить кассовый аппарат и с 1 января продолжит выдавать чеки с НДС 18%, отражая при этом в отчетности корректную ставку 20%, налоговая служба не будет рассматривать это как нарушение, подтвердил он.

Это первая статья из серии «Сети для самых маленьких». Мы с Максимом aka Gluck долго думали с чего начать: маршрутизация, VLAN"ы, настройка оборудования. В итоге решили начать с вещи фундаментальной и, можно сказать, самой важной: планирование. Поскольку цикл рассчитан на совсем новичков, то и пройдём весь путь от начала до конца.

Предполагается, что вы, как минимум, читали о эталонной модели OSI, о стеке протоколов TCP/IP, знаете о типах существующих VLAN’ов, о наиболее популярном сейчас port-based VLAN и о IP адресах. Мы понимаем, что для новичков «OSI» и «TCP/IP» — это страшные слова. Но не переживайте, не для того, чтобы запугать вас, мы их используем. Это то, с чем вам придётся встречаться каждый день, поэтому в течение этого цикла мы постараемся раскрыть их смысл и отношение к реальности.

Начнём с постановки задачи. Есть некая фирма, занимающаяся, допустим, производством лифтов, идущих только вверх, и потому называется ООО «Лифт ми ап». Расположены они в старом здании на Арбате, и сгнившие провода, воткнутые в пожжёные и прожжёные коммутаторы времён 10Base-T не ожидают подключения новых серверов по гигабитным карточкам. Итак, у них катастрофическая потребность в сетевой инфраструктуре и денег куры не клюют, что даёт вам возможность безграничного выбора. Это чудесный сон любого инженера. А вы вчера выдержали собеседование, и в сложной борьбе по праву получили должность сетевого администратора. И теперь вы в ней первый и единственный в своём роде. Поздравляем! Что дальше?

Следует несколько конкретизировать ситуацию:

1. В данный момент у компании есть два офиса: 200 квадратов на Арбате под рабочие места и серверную. Там представлены несколько провайдеров. Другой на Рублёвке.
2. Есть четыре группы пользователей: бухгалтерия (Б), финансово-экономический отдел (ФЭО), производственно-технический отдел (ПТО), другие пользователи (Д). А так же есть сервера (С), которые вынесены в отдельную группу. Все группы разграничены и не имеют прямого доступа друг к другу.
3. Пользователи групп С, Б и ФЭО будут только в офисе на Арбате, ПТО и Д будут в обоих офисах.

Прикинув количество пользователей, необходимые интерфейсы, каналы связи, вы готовите схему сети и IP-план.

При проектировании сети следует стараться придерживаться иерархической модели сети, которая имеет много достоинств по сравнению с “плоской сетью”:

• упрощается понимание организации сети
• модель подразумевает модульность, что означает простоту наращивания мощностей именно там, где необходимо
• легче найти и изолировать проблему
• повышенная отказоустойчивость за счет дублирования устройств и/или соединений
• распределение функций по обеспечению работоспособности сети по различным устройствам.

Согласно этой модели, сеть разбивается на три логических уровня: ядро сети (Core layer: высокопроизводительные устройства, главное назначение — быстрый транспорт), уровень распространения (Distribution layer: обеспечивает применение политик безопасности, QoS, агрегацию и маршрутизацию в VLAN, определяет широковещательные домены), и уровень доступа (Access-layer: как правило, L2 свичи, назначение: подключение конечных устройств, маркирование трафика для QoS, защита от колец в сети (STP) и широковещательных штормов, обеспечение питания для PoE устройств).

В таких масштабах, как наш, роль каждого устройства размывается, однако логически разделить сеть можно.

Составим приблизительную схему:

На представленной схеме ядром (Core) будет маршрутизатор 2811, коммутатор 2960 отнесём к уровню распространения (Distribution), поскольку на нём агрегируются все VLAN в общий транк. Коммутаторы 2950 будут устройствами доступа (Access). К ним будут подключаться конечные пользователи, офисная техника, сервера.

Именовать устройства будем следующим образом: сокращённое название города (msk ) — географическое расположение (улица, здание) (arbat ) — роль устройства в сети + порядковый номер.

Соответственно их ролям и месту расположения выбираем hostname :

• маршрутизатор 2811: msk-arbat-gw1 (gw=GateWay=шлюз);
• коммутатор 2960: msk-arbat-dsw1 (dsw=Distribution switch);
• коммутаторы 2950: msk-arbat-aswN, msk-rubl-asw1 (asw=Access switch).

Документация сети

Вся сеть должна быть строго документирована: от принципиальной схемы, до имени интерфейса.

Прежде, чем приступить к настройке, я бы хотел привести список необходимых документов и действий:

• схемы сети L1, L2, L3 в соответствии с уровнями модели OSI (физический, канальный, сетевой) ;
• план IP-адресации = IP-план ;
• список VLAN ;
• подписи (description ) интерфейсов ;
• список устройств (для каждого следует указать: модель железки, установленная версия IOS, объем RAM\NVRAM, список интерфейсов);
• метки на кабелях (откуда и куда идёт), в том числе на кабелях питания и заземления и устройствах;
• единый регламент, определяющий все вышеприведённые параметры и другие.

Жирным выделено то, за чем мы будем следить в рамках программы-симулятора. Разумеется, все изменения сети нужно вносить в документацию и конфигурацию, чтобы они были в актуальном состоянии.

Говоря о метках/наклейках на кабели, мы имеем ввиду это:

На этой фотографии отлично видно, что промаркирован каждый кабель, значение каждого автомата на щитке в стойке, а также каждое устройство.

Подготовим нужные нам документы:

Список VLAN

Каждая группа будет выделена в отдельный влан. Таким образом мы ограничим широковещательные домены. Также введём специальный VLAN для управления устройствами. Номера VLAN c 4 по 100 зарезервированы для будущих нужд.

IP-план

Выделение подсетей в общем-то произвольное, соответствующее только числу узлов в этой локальной сети с учётом возможного роста. В данном примере все подсети имеют стандартную маску /24 (/24=255.255.255.0) — зачастую такие и используются в локальных сетях, но далеко не всегда. Советуем почитать о классах сетей . В дальнейшем мы обратимся и к бесклассовой адресации (cisco). Мы понимаем, что ссылки на технические статьи в википедии — это моветон, однако они дают хорошее определение, а мы попробуем в свою очередь перенести это на картину реального мира.

Под сетью Point-to-Point подразумеваем подключение одного маршрутизатора к другому в режиме точка-точка. Обычно берутся адреса с маской 30 (возвращаясь к теме бесклассовых сетей), то есть содержащие два адреса узла. Позже станет понятно, о чём идёт речь.

План подключения оборудования по портам

Разумеется, сейчас есть коммутаторы с кучей портов 1Gb Ethernet, есть коммутаторы с 10G, на продвинутых операторских железках, стоящих немалые тысячи долларов есть 40Gb, в разработке находится 100Gb (а по слухам уже даже есть такие платы, вышедшие в промышленное производство). Соответственно, вы можете выбирать в реальном мире коммутаторы и маршрутизаторы согласно вашим потребностям, не забывая про бюджет. В частности гигабитный свич сейчас можно купить незадорого (20-30 тысяч) и это с запасом на будущее (если вы не провайдер, конечно). Маршрутизатор с гигабитными портами стоит уже ощутимо дороже, чем со 100Mbps портами, однако оно того стоит, потому что FE-модели (100Mbps FastEthernet), устарели и их пропускная способность очень невысока.

Но в программах эмуляторах/симуляторах, которые мы будем использовать, к сожалению, есть только простенькие модели оборудования, поэтому при моделировании сети будем отталкиваться от того, что имеем: маршрутизатор cisco2811, коммутаторы cisco2960 и 2950.

Почему именно так распределены VLAN"ы, мы объясним в следующих частях.

Схемы сети

На основании этих данных можно составить все три схемы сети на этом этапе. Для этого можно воспользоваться Microsoft Visio, каким-либо бесплатным приложением, но с привязкой к своему формату, или редакторами графики (можно и от руки, но это будет сложно держать в актуальном состоянии:)).

Не пропаганды опен сорса для, а разнообразия средств ради, воспользуемся Dia. Я считаю его одним из лучших приложений для работы со схемами под Linux. Есть версия для Виндоус, но, к сожалению, совместимости в визио никакой.

L1

То есть на схеме L1 мы отражаем физические устройства сети с номерами портов: что куда подключено.

L2

На схеме L2 мы указываем наши VLAN’ы.

L3

В нашем примере схема третьего уровня получилась довольно бесполезная и не очень наглядная, из-за наличия только одного маршрутизирующего устройства. Но со временем она обрастёт подробностями.

Как видите, информация в документах избыточна. Например, номера VLAN повторяются и на схеме и в плане по портам. Тут как бы кто на что горазд. Как вам удобнее, так и делайте. Такая избыточность затрудняет обновление в случае изменения конфигурации, потому что нужно исправиться сразу в нескольких местах, но с другой стороны, облегчает понимание.

К этой первой статье мы не раз ещё вернёмся в будущем, равно как и вам придётся всегда возвращаться к тому, что вы изначально напланировали. Собственно задание для тех, кто пока только начинает учиться и готов приложить для этого усилия: много читать про вланы, ip-адресацию, найти программы Packet Tracer и GNS3. Что касается фундаментальных теоретических знаний, то советуем начать читать Cisco press. Это то, что вам совершенно точно понадобится знать. В следующей части всё будет уже по-взрослому, с видео, мы будем учиться подключаться к оборудованию, разбираться с интерфейсом и расскажем, что делать нерадивому админу, забывшему пароль.

Оригинал статьи:

Теги

L3VPN, который мы рассмотрели в прошлом выпуске, покрывает собой огромное количество сценариев, необходимых большинству заказчиков. Огромное, но не все. Он позволяет осуществлять связь только на сетевом уровне и только для одного протокола - IP. Как быть с данными телеметрии, например, или трафиком от базовых станций, работающих через интерфейс E1? Существуют также сервисы, которые используют Ethernet, но тоже требуют связи на канальном уровне. Опять же ЦОДы между собой любят на языке L2 общаться.
Вот и нашим клиентам вынь да положь L2.

Традиционно раньше всё было просто: L2TP, PPTP да и всё по большому счёту. Ну в GRE ещё можно было спрятать Ethernet. Для всего прочего строили отдельные сети, вели выделенные линии ценою в танк (ежемесячно). Однако в наш век конвергентных сетей, распределённых ЦОДов и международных компаний это не выход, и на рынок выплеснулось некоторое количество масштабируемых технологий випиэнирования на канальном уровне.
Мы же в этот раз сосредоточимся на MPLS L2VPN.

Технологии L2VPN

Прежде чем погрузиться в тёплый MPLS, взглянем на то, какие вообще виды L2VPN существуют.

• VLAN/QinQ - их можно сюда отнести, поскольку основные требования VPN выполняются - организуется виртуальная L2 сеть между несколькими точками, данные в которой изолированы от других. По сути VLAN per-user организует Hub-n-Spoke VPN.
• L2TPv2/PPTP - устаревшие и скучные вещи.
• L2TPv3 вместе с GRE имеют проблемы с масштабированием.
• VXLAN, EVPN - варианты для ЦОД"ов. Очень интересно, но DCI не входит в планы этого выпуска. Зато о них был отдельный подкаст (слушайте запись 25-го ноября)
• MPLS L2VPN - это набор различных технологий, транспортом для которых выступает MPLS LSP. Именно он сейчас получил наиболее широкое распространение в сетях провайдеров.

Почему он победитель? Главная причина, безусловно, в способности маршрутизаторов, передающих MPLS-пакеты абстрагироваться от их содержимого, но при этом различать трафик разных сервисов.
Например, Е1-кадр приходит на PE, сразу же инкапсулируется в MPLS и уже никто по пути даже не заподозрит, что там внутри - важно только вовремя поменять метку.
А на другой порт приходит Ethernet-кадр и по тому же самому LSP он может пройти по сети, только с другой меткой VPN.
А кроме того MPLS TE позволяет строить каналы с учётом требований трафика к параметрам сети.
В связке же с LDP и BGP становится более просто настраивать VPN и автоматически находить соседей.
Возможность инкапсулировать трафик любого канального уровня в MPLS называется AToM - Any Transport over MPLS .
Вот список поддерживаемых AToM протоколов:

• ATM Adaptation Layer Type-5 (AAL5) over MPLS
• ATM Cell Relay over MPLS
• Ethernet over MPLS
• Frame Relay over MPLS
• PPP over MPLS
• High-Level Data Link Control (HDLC) over MPLS

Два мира L2VPN

Для построения любого L2VPN существуют два концептуально разных подхода.

Терминология

Традиционно термины будут вводиться по мере необходимости. Но о некоторых сразу.
PE - Provider Edge - граничные маршрутизаторы MPLS-сети провайдера, к которым подключаются клиентские устройства (CE).
CE - Customer Edge - оборудование клиента, непосредственно подключающееся к маршрутизаторам провайдера (PE).
AC - Attached Circuit - интерфейс на PE для подключения клиента.
VC - Virtual Circuit - виртуальное однонаправленное соединение через общую сеть, имитирующее оригинальную среду для клиента. Соединяет между собой AC-интерфейсы разных PE. Вместе они составляют цельный канал: AC→VC→AC.
PW - PseudoWire - виртуальный двунаправленный канал передачи данных между двумя PE - состоит из пары однонаправленных VC. В этом и есть отличие PW от VC.

VPWS. Точка-точка

VPWS - Virtual Private Wire Service .
В основе любого решения MPLS L2VPN лежит идея PW - PseudoWire - виртуальный кабель, прокинутый из одного конца сети в другой. Но для VPWS сам этот PW и является уже сервисом.
Эдакий L2-туннель, по которому можно беззаботно передавать всё, что угодно.
Ну, например, у клиента в Котельниках находится 2G-базовая станция, а контроллер - в Митино. И эта БС может подключаться только по Е1. В стародавние времена пришлось бы протянуть этот Е1 с помощью кабеля, радиорелеек и всяких конвертеров.
Сегодня же одна общая MPLS-сеть может использоваться, как для этого Е1, так и для L3VPN, Интернета, телефонии, телевидения итд.
(Кто-то скажет, что вместо MPLS для PW можно использовать L2TPv3, но кому он нужен с его масштабируемостью и отсутствием Traffic Engineering"а?)

VPWS сравнительно прост, как в части передачи трафика, так и работы служебных протоколов.

VPWS Data Plane или передача пользовательского трафика

Туннельная метка - то же, что и транспортная, просто длинное слово "транспортное" не помещалось в заголовок.

0. Между R1 и R6 уже построен транспортный LSP с помощью протокола LDP или RSVP TE. То есть R1 известна транспортная метка и выходной интерфейс к R6.
1. R1 получает от клиента CE1 некий L2 кадр на AC интерфейс (то может оказаться Ethernet, TDM, ATM итд. - не имеет значения).
2. Этот интерфейс привязан к определённому идентификатору клиента - VC ID - в некотором смысле аналогу VRF в L3VPN. R1 даёт кадру сервисную метку, которая сохранится до конца пути неизменной. VPN-метка является внутренней в стеке.
3. R1 знает точку назначения - IP-адрес удалённого PE-маршрутизатора - R6, выясняет транспортную метку и вставляет её в стек меток MPLS. Это будет внешняя - транспортная метка.
4. Пакет MPLS путешествует по сети оператора через P-маршрутизаторы. Транспортная метка меняется на новую на каждом узле, сервисная остаётся без изменений.
5. На предпоследнем маршрутизаторе снимается транспортная метка - происходит PHP . На R6 пакет приходит с одной сервисной VPN-меткой.
6. PE2, получив пакет, анализирует сервисную метку и определяет, в какой интерфейс нужно передать распакованный кадр.

Внимание: для каждой ноды CSR1000V требуется 2,5 ГБ RAM. В противном случае образ либо не запустится, либо будут различные проблемы, вроде того, что порты не поднимаются или наблюдаются потери.

Практика VPWS

Упростим топологию до четырёх магистральных узлов. По клику можете открыть её в новой вкладке, чтобы смотреть на неё Alt+Tab"ом, а не ворочать страницу вверх-вниз.

Наша задача - прокинуть Ethernet от Linkmeup_R1 (порт Gi3) до Linkmeup_R4 (порт Gi3).

На шаге 0 IP-адресация, IGP-маршрутизация и базовый MPLS уже настроены (см. как).

Давайте проследим, что там происходило за кулисами протоколов (дамп снят с интерфейса GE1 Linkmeup_R1). Можно выделить основные вехи:

0) IGP сошёлся, LDP определил соседей, поднял сессию и раздал транспортные метки.
Как видите, Linkmeup_R4 выделил транспортную метку 19 для FEC 4.4.4.4.

1) А вот tLDP начал свою работу.

--А. Сначала мы настроили его на Linkmeup_R1 и tLDP начал периодически отправлять свой Hello на адрес 4.4.4.4

Как видите, это юникастовый IP пакет, который отправляется с адреса Loopback-интерфейса 1.1.1.1 на адрес такого же Loopback удалённого PE - 4.4.4.4.
Упакован в UDP и передаётся с одной меткой MPLS - транспортной - 19. Обратите внимание на приоритет - поле EXP - 6 - один из наивысших, поскольку это пакет служебного протокола. Подробнее мы об этом поговорим в выпуске о QoS.

Состояние PW пока в DOWN, потому что с обратной стороны ничего нет.

--Б. После того, как настроили xconnect на стороне Linkmeup_R4 - сразу Hello и установление соединения по TCP.

В этот момент установлено LDP-соседство

--В. Пошёл обмен метками:

В самом низу можно видеть, что FEC в случае VPWS - это VC ID, который мы указали в команде xconnect - это идентификатор нашего VPN - 127 .
А чуть ниже выделенная ему Linkmeup_R4 метка - 0х16 или 22 в десятичной системе.
То есть этим сообщением Linkmeup_R4 сообщил Linkmeup_R1, мол, если ты хочешь передать кадр в VPN с VCID 127, то используй сервисную метку 22.

Тут же вы можете видеть ещё кучу других сообщений Label Mapping - это LDP делится всем, что нажил - информацией про все FEC. Нас это мало интересует, ну а Lilnkmeup_R1 и подавно.

То же самое делает и Linkmeup_R1 - сообщает Linkmeup_R4 свою метку:

После этого поднимаются VC и мы можем увидеть метки и текущие статусы:

Команды show mpls l2transport vc detail и show l2vpn atom vc detail в целом идентичны для наших примеров.

3) Теперь всё готово для передачи пользовательских данных. В этот момент мы запускаем ping. Всё предсказуемо просто: две метки, которые мы уже видели выше.

Почему-то Wireshark не разобрал внутренности MPLS, но я вам покажу, как прочитать вложение:

Два блока, выделенных, красным - это MAC-адреса. DMAC и SMAC соответственно. Жёлтый блок 0800 - поле Ethertype заголовка Ethernet - значит внутри IP.
Далее чёрный блок 01 - поле Protocol заголовка IP - это номер протокола ICMP. И два зелёных блока - SIP и DIP соответственно.
Теперь вы можете в Wireshark!

Соответственно ICMP-Reply возвращается только с меткой VPN, потому что на Linkmeup_R2 возымел место PHP и транспортная метка была снята.

Если VPWS - это просто провод, то он должен спокойно передать и кадр с меткой VLAN?
Да, и нам для этого не придётся ничего перенастраивать.
Вот пример кадра с меткой VLAN:

Здесь вы видите Ethertype 8100 - 802.1q и метку VLAN 0x3F, или 63 в десятичной системе.

Если мы перенесём конфигурацию xconnect на сабинтерфейс с указанием VLAN, то он будет терминировать данный VLAN и отправлять в PW кадр без заголовка 802.1q.

Виды VPWS

Рассмотренный пример - это EoMPLS (Ethernet over MPLS). Он является частью технологии PWE3, которая суть развитие VLL Martini Mode. И всё это вместе и есть VPWS. Тут главное не запутаться в определениях. Позвольте мне быть вашим проводником.
Итак, VPWS - общее название решений для L2VPN вида точка-точка.
PW - это виртуальный L2-канал, который лежит в основе любой технологии L2VPN и служит туннелем для передачи данных.
VLL (Virtual Leased Line) - это уже технология, которая позволяет инкапсулировать кадры различных протоколов канального уровня в MPLS и передавать их через сеть провайдера.

Выделяют следующие виды VLL:
VLL CCC - Circuit Cross Connect . В этом случает нет метки VPN, а транспортные назначаются вручную (статический LSP) на каждом узле, включая правила swap. То есть в стеке будет всегда только одна метка, а каждый такой LSP может нести трафик только одного VC. Ни разу не встречал его в жизни. Главное его достоинство - он может обеспечить связность двух узлов, подключенных к одному PE.

VLL TCC - Translational Cross Connect . То же, что CCC, но позволяет с разных концов использовать разные протоколы канального уровня.
Работает это только с IPv4. PE при получении удаляет заголовок канального уровня, а при передаче в AC-интерфейс вставляет новый.
Интересно? Начните отсюда .

VLL SVC - Static Virtual Circuit . Транспортный LSP строится обычными механизмами (LDP или RSVP-TE), а сервисная метка VPN назначается вручную. tLDP в этом случае не нужен. Не может обеспечить локальную связность (если два узла подключены к одному PE).

Martini VLL - это примерно то, с чем мы имели дело выше. Транспортный LSP строится обычным образом, метки VPN распределяются tLDP. Красота! Не поддерживает локальную связность.

Kompella VLL - Транспортный LSP обычным образом, для распределения меток VPN - BGP (как и полагается, с RD/RT). Уау! Поддерживает локальную связность. Ну и ладно.

PWE3 - Pseudo Wire Emulation Edge to Edge . Строго говоря, область применения этой технология шире, чем только MPLS. Однако в современном мире в 100% случаев они работают в связке. Поэтому PWE3 можно рассматривать как аналог Martini VLL с расширенным функционалом - сигнализацией так же занимаются LDP+tLDP.
Коротко его отличия от Martini VLL можно представить так:

• Сообщает статус PW, используя сообщение LDP Notification.
• Поддерживает Multi-Segment PW, когда end-to-end канал состоит из нескольких более мелких кусков. В этом случае один и тот же PW может стать сегментов для нескольких каналов.
• Поддерживает TDM-интерфейсы.
• Предоставляет механизм согласования фрагментации.
• Другие...

Сейчас PWE3 - стандарт де факто и именно он был в примере выше.

Я тут везде говорю об Ethernet для того, чтобы показать наиболее наглядный пример. Всё, что касается других канальных протоколов, это, пожалуйста, на самостоятельное изучение.

Как правило, если вы хотите подключить все сетевые и клиентские устройства к сети, является одним из основных, наиболее подходящих для этой цели устройством. По мере увеличения разнообразия сетевых приложений и увеличения количества конвергентных сетей новый сетевой коммутатор уровня 3, эффективно используется как в центрах обработки данных, так и в комлексных корпоративных сетях, коммерческих приложениях и в более сложных клиентских проектах.

Что такое коммутатор уровня 2?

Коммутатор уровня 2 (Layer2 или L2) предназначен для соединения нескольких устройств локальной вычислительной сети (LAN) или нескольких сегментов данной сети. Коммутатор уровня 2 обрабатывает и регистрирует МАС–адреса поступающих фреймов, осуществляет физическую адресацию и управления потоком данных (VLAN, мультикаст фильтрация, QoS).

Термины ‘’Уровень 2’’ & ‘’Уровень 3’’ изначально получены из Протокола взаимодействия открытых сетей (OSI), который является одной из основных моделей, используемых для описания и объяснения принципов работы сетевых коммуникаций. Модель OSI определяет семь уровней взаимодейтсвия систем: прикладной уровень, представительский уровень, сеансовый уровень, транспортный уровень, сетевой уровень, уровень канала передачи данных (канальный уровень) и физический уровень, среди которых сетевой уровень - уровень 3, а уровень канала передачи данных - уровень 2.

Рисунок 1: Уровень 2 и Уровень 3 в Протоколе взаимодействия открытых сетей (OSI).

Уровень 2 обеспечивает прямую передачу данных между двумя устройствами в локальной сети. При работе коммутатор уровня 2 сохраняет таблицу MAC-адресов, в которой обрабатываются и регистрируются MAC-адреса поступающих фреймов и запоминается оборудование, подключаемое через порт. Массивы данных переключаются в MAC-адресах только внутри локальной сети, что позволяет сохранять данные только в пределах сети. При использовании коммутатора уровня 2 возможно выбрать определенные порты коммутатора для управления потоком данных (VLAN). Порты, в свою очередь, находятся в разных подсетях уровня 3.

Что такое коммутатор уровня 3?

(Layer 3 или L3) фактически являются маршрутизаторами, которые реализуют механизмы маршрутизации (логическая адресация и выбор пути доставки данных (маршрута) с использованием протоколов маршрутизации (RIP v.1 и v.2, OSPF, BGP, проприетарные протоколы маршрутизации и др.) не в программном обеспечении устройства, а с помощью специализированных аппаратных средств (микросхем).

Маршрутизатор является наиболее распространенным сетевым устройством, относящимся к Уровню 3. Данные коммутаторы выполняет функции маршрутизации (логическую адресацию и выбор пути доставки) пакетов на IP-адрес получателя (Интернет-протокол). Коммутаторы уровня 3 проверяют IP-адреса источника и получателя каждого пакета данных в своей таблице IP-маршрутизации и определяют лучший адрес для последующей пересылки пакета (маршрутизатору или коммутатору). Если IP-адрес назначения не найден в таблице, пакет не будет отправлен до тех пор, пока не будет определен конечный муршрутизатор. По этой причине процесс маршрутизации осуществляется с определенной временной задержкой.

Коммутаторы уровня 3 (или многоуровневого коммутатора) имеют часть функций коммутаторов уровня 2 и маршрутизаторов. По сути, это три разных устройства, предназначенных для разных приложений, которые в значительной степени зависят от доступных функций. Однако, все три устройства также имеют часть общих функций.

Коммутатор уровня 2 VS Коммутатор уровня 3: В чём разница?

Основное различие между коммутаторами уровня 2 и уровня 3 - это функция маршрутизации. Коммутатор уровня 2 работает только с MAC-адресами, игнорируя IP-адреса и элементы более высоких уровней. Коммутатор уровня 3 выполняет все функции коммутатора уровня 2. Кроме того, он может осуществлять статическую и динамическую маршрутизацию. Это значит, что коммутатор уровня 3 имеет как таблицу MAC-адресов, так и таблицу маршрутизации IP-адресов, а также соединяет несколько устройств локальной вычислительной сети VLAN и обеспечивает маршрутизацию пакетов между различными VLAN. Коммутатор, который осуществляет только статическую маршрутизацию обычно называется Layer 2+ или Layer 3 Lite. Помимо пакетов маршрутизации коммутаторы уровня 3 также включают в себя некоторые функции, требующие наличие информации о данных IP-адресов в коммутаторе, таких как маркирование трафика VLAN на основе IP-адреса вместо ручной настройки порта. Более того, коммутаторы уровня 3 имеют большую потребляемую мощность и повышенные требования безопасности.

Коммутатор уровня 2 vs Коммутатор уровня 3: Как выбрать?

При выборе между коммутаторами уровня 2 и уровня 3, стоит заранее продумать, где и как коммутатор будет использоваться. В случае наличия домена уровня 2, вы можете просто использовать коммутатор уровня 2. Однако, если вам необходима маршрутизация между внутренней локальной сетью VLAN, следует использовать коммутатор уровня 3. Домен уровня 2 - это место подключения хостов, которое позволяет гарантировать стабильную работу коммутатора уровня 2. Обычно в топологии сети это называется уровнем доступа. Если необходимо переключиться на агрегирование множественных переключателей доступа и выполнить маршрутизацию между VLAN, необходимо использовать коммутатор уровня 3. В сетевой топологии это называется слоем распределения.

Рисунок 2: случаи использования роутера, коммутатора уровня 2 и коммутатора уровня 3

Поскольку коммутатор уровня 3 и маршрутизатор имеют функцию маршрутизации, следует определить разницу между ними. На самом деле не так важно, какое устройство выбрать для маршрутизации, поскольку каждое из них обладает своими преимуществами. Если вам требуется большое количество маршрутизаторов с функциями коммутаторов для построения локальной сети VLAN, и вы не нуждаетесь в дальнейшей маршрутизации (ISP)/WAN, тогда можно спокойно использовать коммутатор уровня 3. В другом случае вам необходимо выбрать маршрутизатор с большим количеством функций уровня 3.

Коммутатор уровня 2 VS Коммутатор уровня 3: Где купить?

Если вы собираетесь купить коммутатор уровня 2 или уровня 3 для построения сетевой инфраструктуры, существуют определенные ключевые параметры, на которые мы рекомендуем вам обратить внимание. В частности, скорость пересылки пакетов, пропускная способность объединительной системной платы, количество VLAN, память MAC-адресов, задержка в передаче данных и др.

Скорость пересылки (или пропускная способность) - это возможность пересылки объединительной системной платы (или коммутационной матрицы). Когда возможности пересылки больше, чем суммарная скорость всех портов, объединительную плату называют неблокирующей. Скорость пересылки выражается в пакетах в секунду (pps). Формула ниже позволяет рассчитать скорость пересылки коммутатора:

Скорость пересылки (pps) = количество портов 10 Гбит/с * 14,880,950 pps + количество портов 1 Гбит/с * 1,488,095 pps + количество портов 100 Мбит/с * 148,809 pps

Следующий параметр, который следует рассмотреть, пропускная способность объединительной платы или пропускная способность коммутатора, которая вычисляется, как суммарная скорость всех портов. Скорость всех портов подсчитывается дважды, одна для направления Tx и одна для направления Rx. Полоса пропускания объединительной платы выражается в битах в секунду (бит/с или бит/с). Пропускная способность объединительной платы (бит/с) = номер порта * скорость передачи данных порта * 2

Другим важным параметром является настраиваемое количество VLAN. Как правило, 1K = 1024 VLAN достаточно для коммутатора уровня 2, а стандартное количество VLAN для коммутатора уровня 3 - 4k = 4096. Память таблицы MAC-адресов - это количество MAC-адресов, которое может храниться в коммутаторе, обычно выражаемое как 8k или 128k. Задержка - это время, на которое переносится передача данных. Время задержки должно быть как можно короче, поэтому латентность обычно выражается в наносекундах (нс).

Вывод

Сегодня мы попытались разобраться в различиях между уровнями 2 и 3 и в устройствах, обычно используемых на этих уровнях, включая коммутатор уровня 2, коммутатор уровня 3 и маршрутизатор. Основной вывод, который хотелось бы выделить сегодня, это то, что не всегда более совершенное устройство лучше и эффективнее. Сегодня важно понимать для чего, вы собирается использовать коммутатор, каковы ваши требования и условия. Четко понимание исходных данных поможет правильно подобрать наиболее подходящее для вас устройство.

Теги:

 0

 2

L3-коммутатор способен выполнить только чистый IP-роутинг - он не умеет NAT, route-map или traffic-shape, подсчет трафика. Коммутаторы не способны работать с VPN-туннелями (Site-to-site VPN, Remote Access VPN, DMVPN), не могут шифровать трафик или выполнять функции statefull firewall, нет возможности использовать в качестве сервера телефонии (цифровой АТС).

Главное достоинство коммутатора 3го уровня - быстрая маршрутизация трафика разных L3-сегментов между собой,чаще всего это внутренний трафик без выхода в сеть Интернет. .

Как раз выход в Интернет вам обеспечит маршрутизатор. NAT настраивается также на маршрутизаторе.

Маршрутизация большого количества локальных сетей практически невозможна на маршрутизаторе, высока вероятность деградации сервиса при использовании QoS, ACL NBAR и других функций, приводящих к анализу приходящего на интерфейсы трафика. Скорее всего, проблемы начнутся при превышении скорости локального трафика более, чем до 100Мбит/с (в зависимости от модели конкретного маршрутизатора). Коммутатор, наоборот, с легкостью справится с этой задачей.

Основная причина в том, что коммутатор маршрутизирует трафик на основе CEF-таблиц .

Cisco Express Forwarding (CEF ) - технология высокоскоростной маршрутизации/коммутации пакетов, использующаяся в маршрутизаторах и коммутаторах третьего уровня фирмы Cisco Systems, и позволяющая добиться более быстрой и эффективной обработки транзитного трафика.

Маршрутизатор тоже может использовать CEF, но если вы используете на маршрутизаторе функции, приводящие к анализу всего трафика, то трафик пойдет уже через процессор. Сравните в таблице производительности маршрутизаторов, приведенную в самом начале, какая производительность у маршрутизатора при "Fast\CEF switching" (с помощью таблиц) и какая при "Process switching" (решение о маршрутизации принимается процессором).

Итого, маршрутизатор отличается от L3-коммутатора тем, что маршрутизатор умеет очень гибко управлять трафиком, но обладает сравнительно низкой производительностью при работе внутри локальной сети, L3-коммутатор же наоборот обладает высокой производительностью, но не может влиять на трафик, обрабатывать его.

Про L2-коммутаторы можно сказать, что они применяются только на уровне доступа, обеспечивая подключение конечного пользовательского (не сетевого оборудования)

Когда использовать L2-свитчи, а когда L3-коммутаторы?

В небольшомм бренче до 10 человек достаточно поставить один маршрутизатор со встроенным свитчом (серии 800) или установленным модулем модулем расширения ESW (серии 1800,1900)или ESG.

В офисе на 50 человек можно установить один маршрутизатор средней производительности и один 48-портовый L2-коммутатор (возможно два 24-портовых).

В филиале до 200 человек будем использовать маршрутизатор и несколько коммутаторов второго уровня. Важно понимать, что если вы разделили сеть на сегменты на уровне IP-адресов на несколько подсетей и производите роутинг между сетями на маршрутизаторе, то вам совершенно точно обеспечена высокая нагрузка на процессор, что вызовет недостаток производительности и жалобы конечных пользователей на дропание пакетов. Если большинство пользователи общаются только с компьютерами, серверами, принтерами и другими сетевыми устройствами только внутри своего L3-сегмента, и покидают пределы этого адресного пространства только для выхода в интернет, то данный дизайн сети будет удовлетворительным. При расширении сети, количества отделов, внутри которых трафик не должен вылезать наружу этого отдела, если разные отделы (в нашем случае это подсети или сегменты сети) вынуждены вести обмен данными между собой, то производительности маршрутизатора уже не хватит.

В таком крупном офисе (свыше 200 сотрудников) становится обязательным покупка высокопроизводительного коммутатора 3третьего уровня. В его задачи будет входить поддержка всех "шлюзов по умолчанию" локальных сегментов. Связь между этим коммутатором и хостами будет осуществляться через логические сетевые интерфейсы (interface VLAN или SVI). Маршрутизатор достаточно будет иметь всего два подключения - в интернет и к вашему L3-коммутатору . Пользователей же необходимо будет подключать через L2-коммутаторы , подключенные звездой или кольцом к L3-коммутатору с помощью гигабитных соединений, таким образом нам пригодится L3-коммутатор с Гигабитными портами. Таким образом, центром сети станет как раз L3-коммутатор , который будет отвечать за функции ядра и распределения одновременно, L2-коммутаторы на уровне доступа и маршрутизатор в качестве шлюза для подключения к Интернету или для связи с удаленными офисами посредством туннелей.

В действительно же БОЛЬШИХ кампусных сетях численностью более 500 человек и с высокими требованиями к производительности и функциональности может возникнуть необходимость даже на уровень доступа для подключения пользователей ставить L3-коммутаторы. Это может быть вызвано следующими причинами:

Недостаточная производительность L2 коммутаторов (особенно с гигабитными портами и при использовании в качестве серверных ферм)

Недостаточное кол-во поддерживаемых active vlan (255 против 1000 у L3)

Отсутствие функционала Q-n-Q

Недостаточное кол-во поддерживаемых записей ACL (у 2960 - 512, у 3560 - 2000)

Ограниченные возможности работы с мультикастами

Недостаточные возможности QoS на L2-коммутаторах

Архитектура сети "L3-access" - т.е. точки маршрутизации локальных подсетей выносятся на уровень доступа, а наверх на уровень распределения отдаются уже суммированные маршруты...

Отсутствие L2 и STP на уровне распределения.