Table Of ContentCopyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ
ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕЧНАЯ
СИСТЕМА
Самара
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Федеральное агентство связи
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ
Кафедра «Мультисервисные сети и информационная безопасность»
Н.Н. Васин
СЕТИ И СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА
БАЗЕ КОММУТАТОРОВ И МАРШРУТИЗАТОРОВ
CISCO
Учебное пособие для студентов и специалистов
Самара, 2008
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 681.3
Васин, Н. Н. Сети и системы передачи информации на базе коммутаторов
и маршрутизаторов CISCO : учеб. пособие / Н. Н. Васин ; ПГУТИ, Каф. МСИБ.
- Самара : Изд-во ПГУТИ, 2008.
Рассматриваются принципы построения систем и сетей
телекоммуникаций, основные технологии локальных сетей, принципы и
средства межсетевого взаимодействия, принципы построения и
функционирования глобальных сетей. Описано функционирование и основные
характеристики коммутаторов и маршрутизаторов, приводятся примеры
конфигурирования устройств их проверки и отладки.
Пособие предназначено для слушателей курсов СРТТЦ
а также для студентов специальностей:
210404 (201000) – Многоканальные телекоммуникационные системы
210406 (200900) – Сети связи и системы коммутации
210401(071700) – Физика и техника оптической связи
210403(201800) – Защищенные системы связи
220201 – Управление и информатика в технологических системах
090106 – Информационная безопасность телекоммуникационных систем
Оно может быть также полезно студентам других специальностей,
изучающим сети и системы телекоммуникаций, а также аспирантам.
Табл. - 29, ил. - 77, библиогр. назв. – 8.
Печатается по решению учебно-методического совета ПГАТИ
Рекомендовано в качестве учебного пособия для вузов.
Рецензенты:
- профессор, д.т.н. Прохоров Сергей Антонович;
- профессор, к.т.н. Росляков Александр Владимирович;
Поволжский государственный университет
телекоммуникаций и информатики
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ .............................................................................................................................. 5
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................... 7
1. Основы построения сетей ...................................................................................................... 9
1.1. Основы сетевых технологий .............................................................................................. 9
1.2. Классификация сетей передачи данных ........................................................................ 14
1.3. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем .......................................... 16
1.4. Транспортный уровень модели OSI ................................................................................ 26
1.5. Топология сетей ................................................................................................................ 35
1.6. Среда передачи данных ................................................................................................... 38
2. ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ ............................................................................................................ 45
2.1. Канальный уровень. Подуровни LLC и MAC. .............................................................. 45
2.2. Локальные сети технологии Ethernet .............................................................................. 48
2.3. Коммутаторы в локальных сетях .................................................................................... 51
2.4. Технология Fast Ethernet .................................................................................................. 57
2.5. Технологии Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet ........................................................ 63
3. Принципы и средства межсетевого взаимодействия ..................................................... 68
3.1. Маршрутизаторы в сетевых технологиях ...................................................................... 68
3.2. Принципы маршрутизации. Таблицы маршрутизации................................................. 71
3.3. Адресация в IP - сетях ...................................................................................................... 77
3.4. Функционирование маршрутизаторов ........................................................................... 87
3.5. Сетевые протоколы. Формат пакета протокола IP ........................................................ 91
3.6. Маршрутизирующие протоколы ..................................................................................... 95
4. Основы конфигурирования маршрутизаторов ............................................................. 104
4.1. Режимы конфигурирования маршрутизаторов ........................................................... 104
4.2. Создание конфигурации маршрутизатора ................................................................... 109
4.3. Конфигурирование интерфейсов .................................................................................. 112
4.4. Конфигурирование статической маршрутизации ....................................................... 116
4.5. Динамическая маршрутизация. Конфигурирование протокола RIP ......................... 123
4.6. Протоколы маршрутизации IGRP, EIGRP ................................................................... 126
4.7. Протокол маршрутизации OSPF. .................................................................................. 136
4.8. Списки доступа ............................................................................................................... 147
5. Основы конфигурирования коммутаторов ................................................................... 155
5.1. Общие вопросы конфигурирования коммутаторов .................................................... 155
5.2. Адресация коммутаторов, конфигурирование интерфейсов ..................................... 158
5.3. Управление таблицей коммутации ............................................................................... 159
5.4. Виртуальные сети. Общие сведения о виртуальных сетях ........................................ 164
5.5. Принципы конфигурирования виртуальных сетей ..................................................... 169
5.6. Коммутаторы-машрутизаторы в глобальных IP-сетях ............................................... 175
Заключение ................................................................................................................................... 184
Список литературы ..................................................................................................................... 185
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие предназначено для слушателей курсов
Самарского регионального технического тренинг центра СРТТЦ,
обучающихся по программе локальной сетевой академии CISCO для
получения сертификата CCNA Международной академии Cisco Networking
Academy, а также на курсах «Основы конфигурирования коммутаторов и
маршрутизаторов в IP-сетях». Кроме того, пособие может быть использовано в
качестве основного материала к лекционному курсу и циклу лабораторных
работ, а также для самостоятельного изучения студентами дневной и заочной
форм обучения, изучающих аналогичную дисциплину, специальностей:
210404 (201000) - Многоканальные телекоммуникационные системы
210406 (200900) - Сети связи и системы коммутации
210401(071700) - Физика и техника оптической связи
210403(201800) - Защищенные системы связи
090106 – Информационная безопасность телекоммуникационных систем.
Учебное пособие может быть также полезно студентам других
специальностей, в частности - Управление и информатика в технологических
системах, Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте, а
также аспирантам и инженерам-разработчикам.
Вопросам создания цифровых систем связи на базе современных
технологий PDH, SDH, DWDM и других посвящены учебники [1, 2]. Однако в
них недостаточно внимания уделено вопросам построения современных сетей
связи. Созданию компьютерных сетей посвящен достаточно обстоятельный
учебник [3], который выдержал ряд изданий. Недостатком этого учебника
является его большой объем, например, объем третьего издания составляет
примерно тысячу страниц. Поэтому слушателям краткосрочных курсов и
студентам тяжело пользоваться таким учебником. Кроме того, в учебнике не
рассматриваются вопросы и примеры конфигурирования аппаратных средств
сетей связи, что стало актуально в последнее время.
На предприятиях связи развернуты и функционируют сети передачи
данных на основе протокола TCP/IP, которые используются и для передачи
других видов трафика, т.е. для создания мультисервисных сетей
телекоммуникаций. Создание сетей TCP/IP реализуется на базе
структурированных кабельных систем и аппаратных средств (коммутаторов и
маршрутизаторов). В монографиях [4, 5], излагаются материалы по созданию и
функционированию локальных и глобальных сетей практически всех видов.
Однако вопросы конфигурирования аппаратных средств не рассматриваются,
поскольку оборудование, выпускаемое различными фирмами, существенно
различается.
При создании сетей передачи данных TCP/IP наиболее широко в
настоящее время используются аппаратные средства фирмы CISCO. Вопросы
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
конфигурирования, отладки и проверки оборудования в таких сетях
рассматриваются в учебных руководствах [6, 7], которые являются узко
специализированными. Кроме того, они характеризуются очень большим
объемом, например, объем учебного пособия «Программа сетевой академии
Cisco CCNA 1 и 2. Вспомогательное руководство» [4] только по первой
половине курса CCNA составляет 1168 с.
Поэтому возникла необходимость объединения всех материалов в
учебное пособие для помощи слушателям СРТТЦ и обучения студентов
современным технологиям сетей передачи данных и телекоммуникаций.
Пособие включает Введение, 5 глав теоретического раздела и
Заключение.
Автор приносит извинения за возможно допущенные ошибки и будет
благодарен за отзывы, которые просит направлять по адресу: 443010, г. Самара,
ул. Л. Толстого. дом 23, ПГАТИ, кафедра «Системы связи».
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время Интернет является глобальной сетью передачи
данных на земле, которая создала единое информационное пространство.
Интернет состоит из множества больших и малых сетей, а также
индивидуальных компьютеров, которые связаны между собой. Основу
Интернета составляют IP –технологии.
Современные тенденции развития систем и сетей телекоммуникаций
предполагают предоставление разных видов услуг: обмен данными, передача
аудио- и видеоинформации по единой мультисервисной сети связи. Для этой
цели создаются сети нового поколения Next Generation Network – NGN.
Передача данных по сети Интернет реализуется, главным образом, на
базе протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol –
Протокол управления передачей/Межсетевой протокол). TCP/IP – это набор
протоколов или правил, которые были развиты, чтобы позволить компьютерам
совместно использовать ресурсы сети.
Наиболее распространенным оборудованием в сетях TCP/IP являются
коммутаторы и маршрутизаторы фирмы CISCO. Сведения о создании сетей на
таком оборудовании, функционировании аппаратуры и конфигурировании
разбросаны по многим источникам. Поэтому в настоящем пособии сделана
попытка рассмотреть данные вопросы в комплексе.
При использовании реального оборудования из 3 маршрутизаторов и 3
коммутаторов группа студентов из 6 – 10 человек вынуждена конфигурировать
один маршрутизатор, что снижает эффективность обучения. Для устранения
данного недостатка в дополнение к существующему оборудованию
используются программные имитаторы функционирования сети. Ранее это был
симулятор RouterSim CCNA3.0 [8]. В настоящее время Международная
академия CISCO предоставляет каждому слушателю курсов CCNA имитатор
Packet Tracer, имеющий очень широкие возможности по моделированию сети.
Конфигурирование маршрутизаторов и коммутаторов с использованием
имитатора ничем не отличается от работы с реальным оборудованием. При
этом на каждом компьютере с установленным имитатором можно
конфигурировать достаточно сложную сеть, включающую несколько
маршрутизаторов, коммутаторов и компьютеров. Данный комплекс позволяет
слушателям локальной академии Cisco полноценно освоить программирование
аппаратуры Cisco без риска повредить реальную аппаратуру сетевого
комплекса. На реальном же оборудовании проводится закрепление полученных
знаний и навыков.
В пособии рассматриваются принципы построения сетей передачи
данных, основные технологии локальных сетей, принципы и средства
межсетевого взаимодействия, функционирование и основные характеристики
коммутаторов и маршрутизаторов, конфигурирование и маршрутизацию сетей
и устройств, т.е. вопросы, рассматриваемые в лабораторных работах.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 1 посвящена рассмотрению теоретических основ построения
компьютерных сетей передачи данных. Приведена семиуровневая модель
взаимодействия открытых систем, рассмотрены основные методы передачи
данных по каналам связи.
В главе 2 приведены принципы построения локальных сетей на базе
сетевых технологий Ethernet, Fast Ethernet и др. Рассмотрены особенности
построения локальных сетей на основе коммутаторов.
В третьей главе приводится описание основных принципов и средств
межсетевого взаимодействия. Основное внимание уделено принципам
маршрутизации, созданию таблиц маршрутизации, адресации в IP-сетях на
основе классов и с использованием масок переменной длины. Рассмотрены
основные протоколы маршрутизации, особенности функционирования
маршрутизаторов и коммутаторов, принципы их конфигурирования.
Глава 4 посвящена основам конфигурирования маршрутизаторов.
Рассмотрены особенности статической маршрутизации, маршрутизации по
умолчанию, а также динамической маршрутизации на основе наиболее
распространенных протоколов. Освещены вопросы фильтрации трафика и
защиты сетей с использованием списков доступа.
В главе 5 приведены особенности функционирования коммутаторов,
основы их конфигурирования, вопросы защиты сетей при построении
виртуальных локальных сетей. Приведены перспективные пути развития
сетевых технологий на коммутаторах-маршрутизаторах.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Основы построения сетей
1.1. Основы сетевых технологий
Общие вопросы построения сетей определяются концепцией Единой сети
электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ), которая в 2004г. была введена
вместо Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации.
Телекоммуникационные системы и сети представляют комплекс
аппаратных и программных средств, обеспечивающих передачу
информационных сообщений между абонентами с заданными параметрами
качества. Сообщение - форма представления информации, удобная для
передачи на расстояние. Отображение сообщения обеспечивается изменением
какого-либо параметра информационного сигнала, который представляет
собой физический процесс.
Телекоммуникационные системы – это комплекс аппаратных и
программных средств, обеспечивающих электрическую связь между
абонентами. Под электросвязью понимают передачу и прием
электромагнитных сигналов по проводной, оптической и беспроводной среде
распространения. Основу телекоммуникационных систем составляют
многоканальные системы передачи (МСП), предназначенные для
формирования каналов связи (рис.1.1). Обобщенная структурная схема системы
электросвязи показана на рис. 1.1, где ИС – источник, ПС – получатель
сообщения, Сооб/Сигн, Сигн/Сооб – преобразователи сообщения в сигнал и
сигнала в сообщение, П – передатчик, Пр – приемник.
Канал связи
ИС Cооб/Сигн П Линия Пр Cигн/Сооб ПС
Помехи
Рис. 1.1. Обобщенная структурная схема системы электросвязи
Сообщение при помощи преобразователя Сооб/Cигн преобразуется в
первичный электрический сигнал. Первичные сигналы не всегда удобно (а
иногда невозможно) непосредственно передавать по линии связи. Поэтому
первичные сигналы при помощи передатчика П преобразуются в линейные
или вторичные сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с
характеристиками линии связи. Приемник Пр принимает и преобразует
линейные сигналы в первичные.
Наиболее дорогостоящим элементом телекоммуникационной системы
(ри.1.1) является линия связи, поскольку ее протяженность может составлять
сотни и даже тысячи километров. Следовательно, невозможно проложить
индивидуальные линии связи между всеми многочисленными абонентами. По
этой причине в линии формируется набор каналов для обеспечения связи
между каждой парой абонентов. Канал связи представляет собой совокупность
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
технических устройств (преобразователей) и среды распространения,
обеспечивающих передачу сигналов на заданное расстояние с требуемым
качеством.
Соединение многочисленных абонентов, находящихся на большом
расстоянии между собой, обычно производится через транзитные
(телекоммуникационные) узлы (ТУ) или пункты (узлы) связи (рис.1.2).
Совокупность абонентов (А) и узлов связи, соединенных линиями (каналами)
связи, образует телекоммуникационную сеть. При этом узлы связи
производят коммутацию поступившего сообщения с входного порта
(интерфейса) на выходной. Например, в сети рис.1.2 при передаче сообщения
от абонента А2 абоненту А6 транзитный узел ТУ1 производит коммутацию
сообщения с входного интерфейса В на выходной интерфейс С, транзитный
узел ТУ3 – с входного интерфейса В на выходной Е. При этом формируется
определенный маршрут, по которому передается сообщение. Процесс
формирования маршрута, получил название коммутация, также как передача
(продвижение) сообщения с входного интерфейса на выходной.
Следовательно, транзитные (телекоммуникационные) узлы выполняют
функцию коммутатора. В некоторых сетях все возможные маршруты уже
созданы и необходимо только выбрать наиболее оптимальный. Процесс выбора
оптимального маршрута получил название маршрутизация, а устройство ее
реализующее – маршрутизатор.
А2 Интерфейс
Маршрут
B
ТУ1 Интерфейс
A
А4
C
А1 D Маршрут
B C
A ТУ3 D А5
B E
A C Маршрут
А3 ТУ2
А6
Рис.1.2. Телекоммуникационная сеть
Телекоммуникационные узлы могут быть транзитными или оконечными,
например, автоматические телефонные станции (АТС). Как транзитные, так и
оконечные телекоммуникационные узлы могут выполнять функции
коммутаторов и (или) маршрутизаторов. Для создания маршрута необходимо
задать адреса источника и получателя сообщения. Обычно задают адреса
соответствующих интерфейсов узлов и абонентов. Выбор оптимального
маршрута узлы производят на основе таблиц коммутации (или
маршрутизации) с использованием определенного критерия – метрики.
10
